【導讀】隨著(zhù)人們生活、工作需求的轉變，以及半導體技術(shù)的發(fā)展，電機的應用場(chǎng)景越來(lái)越多。比如，實(shí)現家庭自動(dòng)化的空調、洗衣機、冰箱、清潔設備，實(shí)現辦公自動(dòng)化的IJP/LBP/MFP打印機、掃描儀，實(shí)現工業(yè)自動(dòng)化的ATM機、自動(dòng)售貨機、游樂(lè )設備、監控攝像頭、機器人，各類(lèi)服務(wù)器風(fēng)扇、鼓風(fēng)機、通風(fēng)風(fēng)扇、吊扇，以及數碼相機、玩具、電子門(mén)鎖、5V USB或電池供電的手持設備等，在這些儀器或者設備中都少不了電機的身影。
如果將這些電機按工作電源進(jìn)行分類(lèi)，可以分為交流電機和直流電機。在直流電機中，比較典型的有：有刷直流電機、無(wú)刷直流電機和步進(jìn)電機。不同的電機特性對應不同的應用場(chǎng)景，比如針對小型打印機、微型掃描儀，以及一些小的智能化終端來(lái)說(shuō)，操作簡(jiǎn)單、功率低的小型步進(jìn)電機就能滿(mǎn)足系統設計要求，其中40V/2A的步進(jìn)電機驅動(dòng)方案具有明顯的成本優(yōu)勢。
在這樣的背景下，東芝在40年的電機驅動(dòng)開(kāi)發(fā)經(jīng)驗和擁有超過(guò)190種電機驅動(dòng)產(chǎn)品線(xiàn)的基礎上，在2021年9月份推出了一款面向小型步進(jìn)電機市場(chǎng)的高性?xún)r(jià)比的單芯片電機解決方案——TB67S539FTG。
什么是單芯片電機解決方案？
眾所周知，高集成度是東芝電機驅動(dòng)產(chǎn)品線(xiàn)的重要特色之一。以步進(jìn)電機驅動(dòng)為例，東芝無(wú)一例外地將邏輯控制、柵極驅動(dòng)和功率驅動(dòng)部分集成到一顆芯片中，這就是單芯片電機解決方案。
為什么要推單芯片電機解決方案？
這是因為大多數現有的電機驅動(dòng)器需要相當多的外部組件才能運行，但近年來(lái)，客戶(hù)對較低“總BOM”成本的要求有所增加，所以東芝才應市場(chǎng)需求推出這種高集成度的解決方案。
如何兼顧小封裝和高性?xún)r(jià)比？
以TB67S539FTG為例，它采用主流的BiCD-0.13μm工藝，QFN32的封裝只有5mm×5mm，卻能在驅動(dòng)一個(gè)電機的同時(shí)最大化地減少外圍器件的使用。這是如何實(shí)現的呢？
首先，在TB67S539FTG方案中，東芝采用了原創(chuàng )的高級電流檢測系統（ACDS）技術(shù)來(lái)實(shí)現高精度恒定電流的電機驅動(dòng)，減少了電流檢測電阻的使用，而在常規方案中，兩顆電流采樣電阻的面積幾乎與TB67S539FTG一樣大。
其次，TB67S539FTG集成了內部時(shí)鐘，在系統設計時(shí)無(wú)需增加外部振蕩器就能實(shí)現二次振蕩，對比常規外掛式振蕩器，還能額外省去用來(lái)匹配的1個(gè)電阻和1個(gè)電容。
再者，TB67S539FTG采用單電源供電，支持4.5V-34V的電源輸入，適用于采用24V電壓驅動(dòng)的應用以及采用12V驅動(dòng)的應用，內部集成三端穩壓器，省掉了常規三端穩壓器外置的濾波電容的使用。
最后，步進(jìn)電機驅動(dòng)電路通常由兩個(gè)H橋組成，兩個(gè)高邊采用PMOS，兩個(gè)低邊采用NMOS，但這種方案的導通電阻往往比較大，以采用這種P+NMOS方案的東芝上一代電機驅動(dòng)產(chǎn)品TB62262FTG為例，其導通電阻在1Ω左右。導通電阻大會(huì )帶來(lái)一個(gè)問(wèn)題，那就是電流越大，發(fā)熱就越高。所以，為了降低導通電阻，TB67S539FTG采用了全部是NMOS的方案，將導通電阻降到0.8Ω，來(lái)滿(mǎn)足小封裝下的良好散熱需求。但如果高邊和低邊全是NMOS，就需要增加電荷泵電路來(lái)做高邊驅動(dòng)，這又會(huì )增加系統設計的復雜性，因此東芝在TB67S539FTG中的高邊內置了電荷泵。
如此，TB67S539FTG僅需配置一個(gè)電容器的情況下（一個(gè)大電容、一個(gè)小電容組合成一個(gè)濾波電容），就能驅動(dòng)一個(gè)尺寸為42mm×42mm的四二步進(jìn)電機及以下的產(chǎn)品，而如電流檢測電阻、外掛式振蕩器和與之匹配的頻率調制阻容元件、外置的三端穩壓器和與之匹配的濾波電容等周邊元器件基本上就已經(jīng)沒(méi)有了。這對于系統廠(chǎng)商而言，不僅可以節省BOM成本，還能節約PCB的布板空間。
此外，作為系統級芯片，TB67S539FTG還自帶過(guò)流保護、過(guò)溫保護、欠壓保護等保護電路功能。驅動(dòng)電流衰減模式方面，混合衰減、慢衰減、快衰減和自動(dòng)的混合衰減模式可以自由選擇。因此，如果您正在尋找一種簡(jiǎn)單、小巧、價(jià)格有競爭力的步進(jìn)電機驅動(dòng)方案，TB67S539FTG會(huì )是個(gè)不錯的選擇。
* 文章轉自《電子工程專(zhuān)輯》2022年3月刊。
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