【導(dǎo)讀】隨著人們生活、工作需求的轉(zhuǎn)變，以及半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，電機的應(yīng)用場景越來越多。比如，實現(xiàn)家庭自動化的空調(diào)、洗衣機、冰箱、清潔設(shè)備，實現(xiàn)辦公自動化的IJP/LBP/MFP打印機、掃描儀，實現(xiàn)工業(yè)自動化的ATM機、自動售貨機、游樂設(shè)備、監(jiān)控攝像頭、機器人，各類服務(wù)器風(fēng)扇、鼓風(fēng)機、通風(fēng)風(fēng)扇、吊扇，以及數(shù)碼相機、玩具、電子門鎖、5V USB或電池供電的手持設(shè)備等，在這些儀器或者設(shè)備中都少不了電機的身影。
如果將這些電機按工作電源進行分類，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、無刷直流電機和步進電機。不同的電機特性對應(yīng)不同的應(yīng)用場景，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說，操作簡單、功率低的小型步進電機就能滿足系統(tǒng)設(shè)計要求，其中40V/2A的步進電機驅(qū)動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(qū)動開發(fā)經(jīng)驗和擁有超過190種電機驅(qū)動產(chǎn)品線的基礎(chǔ)上，在2021年9月份推出了一款面向小型步進電機市場的高性價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(qū)動產(chǎn)品線的重要特色之一。以步進電機驅(qū)動為例，東芝無一例外地將邏輯控制、柵極驅(qū)動和功率驅(qū)動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(shù)現(xiàn)有的電機驅(qū)動器需要相當(dāng)多的外部組件才能運行，但近年來，客戶對較低“總BOM”成本的要求有所增加，所以東芝才應(yīng)市場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價比？
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(qū)動一個電機的同時最大化地減少外圍器件的使用。這是如何實現(xiàn)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(tǒng)（ACDS）技術(shù)來實現(xiàn)高精度恒定電流的電機驅(qū)動，減少了電流檢測電阻的使用，而在常規(guī)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(nèi)部時鐘，在系統(tǒng)設(shè)計時無需增加外部振蕩器就能實現(xiàn)二次振蕩，對比常規(guī)外掛式振蕩器，還能額外省去用來匹配的1個電阻和1個電容。
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(qū)動的應(yīng)用以及采用12V驅(qū)動的應(yīng)用，內(nèi)部集成三端穩(wěn)壓器，省掉了常規(guī)三端穩(wěn)壓器外置的濾波電容的使用。
最后，步進電機驅(qū)動電路通常由兩個H橋組成，兩個高邊采用PMOS，兩個低邊采用NMOS，但這種方案的導(dǎo)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(qū)動產(chǎn)品TB62262FTG為例，其導(dǎo)通電阻在1Ω左右。導(dǎo)通電阻大會帶來一個問題，那就是電流越大，發(fā)熱就越高。所以，為了降低導(dǎo)通電阻，TB67S539FTG采用了全部是NMOS的方案，將導(dǎo)通電阻降到0.8Ω，來滿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做高邊驅(qū)動，這又會增加系統(tǒng)設(shè)計的復(fù)雜性，因此東芝在TB67S539FTG中的高邊內(nèi)置了電荷泵。
如此，TB67S539FTG僅需配置一個電容器的情況下（一個大電容、一個小電容組合成一個濾波電容），就能驅(qū)動一個尺寸為42mm×42mm的四二步進電機及以下的產(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(diào)制阻容元件、外置的三端穩(wěn)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)沒有了。這對于系統(tǒng)廠商而言，不僅可以節(jié)省BOM成本，還能節(jié)約PCB的布板空間。
此外，作為系統(tǒng)級芯片，TB67S539FTG還自帶過流保護、過溫保護、欠壓保護等保護電路功能。驅(qū)動電流衰減模式方面，混合衰減、慢衰減、快衰減和自動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單、小巧、價格有競爭力的步進電機驅(qū)動方案，TB67S539FTG會是個不錯的選擇。
* 文章轉(zhuǎn)自《電子工程專輯》2022年3月刊。
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