汽車級(jí)三相集成FET電機(jī)驅(qū)動(dòng)器SGM42560Q：設(shè)計(jì)與應(yīng)用解析

在電子工程師的日常工作中，電機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)是一個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域，尤其是在汽車應(yīng)用場(chǎng)景下，對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的性能和可靠性提出了更高的要求。今天我們就來深入了解一下SGMICRO推出的一款適用于汽車應(yīng)用的16V、2.5A三相集成FET電機(jī)驅(qū)動(dòng)器——SGM42560Q。

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一、產(chǎn)品概述

SGM42560Q是一款三相半橋驅(qū)動(dòng)器，專為驅(qū)動(dòng)三相無刷直流（BLDC）電機(jī)而設(shè)計(jì)。它集成了三個(gè)電流感測(cè)放大器（CSA），用于檢測(cè)BLDC電機(jī)的三相電流。每個(gè)半橋都配備了ENx和PWMx控制輸入，內(nèi)部電荷泵可產(chǎn)生所需的高端柵極驅(qū)動(dòng)電壓。此外，該器件具備多種保護(hù)功能，如欠壓鎖定（UVLO）、過流保護(hù)（OCP）和熱關(guān)斷（TSD），并通過nFAULT引腳指示故障問題。它符合AEC - Q100標(biāo)準(zhǔn)（汽車電子協(xié)會(huì)（AEC）標(biāo)準(zhǔn)Q100 1級(jí)），適用于汽車應(yīng)用，采用綠色TQFN - 3×4 - 24L封裝。

二、主要特性

汽車級(jí)認(rèn)證與溫度范圍

SGM42560Q通過AEC - Q100認(rèn)證，適用于汽車應(yīng)用，器件溫度等級(jí)為1級(jí)，工作環(huán)境溫度范圍為 - 40°C至 + 125°C，能夠在較為惡劣的汽車環(huán)境中穩(wěn)定工作。這不禁讓我們思考，在極端溫度環(huán)境下，其他類似的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器是否也能有如此出色的表現(xiàn)呢？

電源電壓與輸出電流能力

工作電源電壓范圍為3V至16V，具有較高的靈活性。輸出電流能力強(qiáng)勁，連續(xù)電流可達(dá)2.5A，峰值電流可達(dá)5A，能夠滿足大多數(shù)三相BLDC電機(jī)的驅(qū)動(dòng)需求。

低導(dǎo)通電阻

在 + 25℃時(shí)，上下橋的導(dǎo)通電阻（HS + LS）為185mΩ，低導(dǎo)通電阻有助于降低功率損耗，提高電機(jī)驅(qū)動(dòng)效率。

控制輸入與集成功能

控制輸入采用ENx和PWMx，方便靈活控制。集成了低端電流感測(cè)功能，還內(nèi)置了3.3V、50mA的LDO穩(wěn)壓器，可用于為內(nèi)部邏輯和外部電路（如霍爾效應(yīng)傳感器或微控制器）供電。支持100% PWM占空比驅(qū)動(dòng)，并具備自動(dòng)同步整流功能，能有效降低器件的功率損耗。

保護(hù)特性

豐富的保護(hù)功能是SGM42560Q的一大亮點(diǎn)，包括欠壓鎖定（UVLO）、帶可調(diào)閾值的過流保護(hù)（OCP）和熱關(guān)斷（TSD），能有效保護(hù)器件和電機(jī)免受異常情況的損壞。

三、應(yīng)用領(lǐng)域

該器件主要應(yīng)用于三相BLDC電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，在汽車的各種電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用前景，如電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向、冷卻風(fēng)扇、水泵等。你是否在實(shí)際項(xiàng)目中遇到過需要驅(qū)動(dòng)三相BLDC電機(jī)的情況呢？當(dāng)時(shí)又是選擇了什么樣的驅(qū)動(dòng)器呢？

四、電氣特性

電源相關(guān)參數(shù)

輸入電源電壓VIN和VIN_LDO范圍為3V至16V；靜態(tài)電流方面，nSLEEP為高、ENx為低時(shí)為2.8 - 3.6mA，nSLEEP為低時(shí)為45 - 75μA。

控制邏輯參數(shù)

輸入低閾值VIL為0.4V，輸入高閾值VIH為1.5V，邏輯輸入電流在不同條件下范圍為 - 20至20μA。上電延遲tPUD在VIN上升或nSLEEP上升時(shí)為0.8ms，所有邏輯輸入的內(nèi)部下拉電阻RPD為500kΩ，nFAULT下拉電阻RON_nFAULT為5Ω。

保護(hù)電路參數(shù)

UVLO閾值VUVLO在VIN上升時(shí)為2.64 - 2.95V，滯回電壓?VUVLO為200mV；OCP閾值根據(jù)OC_ADJ電阻值不同而不同，ROCP = 0Ω時(shí)為2.3 - 5.2A，ROCP為浮空時(shí)為3.7 - 9.0A，去毛刺時(shí)間tOCD為1.4μs；熱關(guān)斷閾值TSD上升為155℃，滯回溫度THYS為30℃。

電流感測(cè)參數(shù)

電流感測(cè)比例范圍為1/3600 - 1/4400 A/A，不同負(fù)載電流下的電流感測(cè)輸出電流和輸出電壓擺幅也有相應(yīng)規(guī)定。

輸出參數(shù)

輸出在不同負(fù)載電流下的上下橋?qū)娮?、上升時(shí)間、下降時(shí)間、死區(qū)時(shí)間以及PWMx到Sx的延遲時(shí)間等都有詳細(xì)的參數(shù)指標(biāo)。

電荷泵參數(shù)

電荷泵輸出電壓VCP為VIN + 3.7V。

五、詳細(xì)功能解析

輸入邏輯

SGM42560Q的輸入控制邏輯可參考真值表，通過ENx和PWMx的不同組合來控制輸出Sx的狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的靈活驅(qū)動(dòng)。

nSLEEP操作

該引腳為低電平有效，用于在器件不使用時(shí)最小化功耗。睡眠模式會(huì)禁用大部分內(nèi)部電路，包括輸出FET和電荷泵。拉高nSLEEP可使器件正常工作，建議在nSLEEP拉高至少4ms后再施加PWM信號(hào)，以讓電荷泵正常啟動(dòng)。

電流感測(cè)放大器

集成的三個(gè)高端LS電流感測(cè)放大器可通過內(nèi)置電流感測(cè)進(jìn)行電流測(cè)量，常用于實(shí)現(xiàn)過流保護(hù)、外部轉(zhuǎn)矩控制或與外部控制器進(jìn)行無刷直流換向。每個(gè)半橋都有自己的電流感測(cè)輸出（SOx），通過連接電阻可將電流轉(zhuǎn)換為電壓輸出。

自動(dòng)同步整流

該功能可減少體二極管導(dǎo)通損耗，從而降低器件的功率損耗。當(dāng)半橋的兩個(gè)功率FET都關(guān)閉時(shí)，自動(dòng)同步整流功能會(huì)使電感電流通過FET而不是體二極管衰減。

nFAULT輸出

nFAULT為開漏輸出，需外部上拉。在過流（OC）或熱關(guān)斷（TSD）情況下，nFAULT會(huì)被拉低，方便系統(tǒng)檢測(cè)故障。

保護(hù)功能

• UVLO保護(hù)：當(dāng)VIN電源電壓低于VUVLO閾值時(shí)，所有集成FET、驅(qū)動(dòng)器電荷泵和數(shù)字邏輯控制器將被禁用，內(nèi)部邏輯復(fù)位；當(dāng)電源電壓高于該閾值時(shí)，器件恢復(fù)正常工作。
• 熱關(guān)斷（TSD）：當(dāng)器件結(jié)溫過高時(shí)，所有橋和驅(qū)動(dòng)器將關(guān)閉，nFAULT被拉低；溫度恢復(fù)到安全水平后，器件恢復(fù)工作。
• 過流保護(hù)：通過監(jiān)測(cè)FET中的電流來檢測(cè)過流事件。如果FET中的電流超過IOC P閾值的時(shí)間超過tOCD去毛刺時(shí)間，三個(gè)半橋?qū)⒈唤茫琻FAULT引腳被拉低。過流關(guān)斷會(huì)被鎖存，直到nSLEEP復(fù)位或VIN電源循環(huán)。

3.3V LDO輸出

提供3.3V的LDO穩(wěn)壓器，輸出能力為50mA，可用于為內(nèi)部邏輯和外部電路供電，V3P3引腳與GND之間需連接旁路電容，推薦值為4.7μF至10μF。

電荷泵

用于產(chǎn)生高于VIN的柵極電源，以開啟高端FET，VIN和VCP引腳之間需連接一個(gè)1μF（10V或更高）的陶瓷電容器。

六、 封裝與訂購信息

SGM42560Q采用TQFN - 3×4 - 24L封裝，有特定的封裝外形尺寸、推薦焊盤圖案、編帶和卷盤信息以及紙箱尺寸等。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，我們需要根據(jù)這些封裝信息來合理布局電路板，確保器件的正常安裝和使用。

綜上所述，SGM42560Q以其豐富的功能、出色的性能和可靠的保護(hù)特性，為汽車三相BLDC電機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)提供了一個(gè)優(yōu)秀的解決方案。在實(shí)際應(yīng)用中，電子工程師們可以根據(jù)具體的設(shè)計(jì)需求，充分發(fā)揮該器件的優(yōu)勢(shì)，打造出更加高效、穩(wěn)定的電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。你是否打算在未來的項(xiàng)目中嘗試使用SGM42560Q呢？