MC33035CP TGS | Alldatasheet
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- Manufacturer or author: yy-chunj
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无刷直流马达控制电路 1. 概述与特点 MC33035CP/CB是一块高性能单片集成无刷直流马达控制电路 其内部包括转子位置解码器 温度 补偿电路 频率可调的锯齿波振荡器 三个集电极开路上驱动器 三个推拉式大电流下驱动器用于驱动 功率 MOS 场效应管 还有欠压保护 热保护 限流电路和失效输出端 典型的马达控制功能包括开环 速度控制 正转或反转 运行使能和动态减速等功能 MC 33035CP/CB能控制具有60 /300 或120 /240 电相位的马达 也能控制带电刷的直流马达 其特点如下 工作电压 10V 到30V 具有欠压保护功能 6.25V 的参考电压能给传感器供电 应用于闭环伺服系统的误差放大器 用于控制外部MOS 管的大电流驱动器 具有限流电路 具有电流敏感参考引出端 具有热保护功能 可选择60 /300 或120 /240 传感器相位 能用于控制电刷式直流马达 封装形式 DIP24/ SOP24 TIGER ELECTRONIC CO.,LTD
- 功能框图与引脚说明 2. 1 功能框图 R R S S Q Q 转子位置 欠压保护 振荡器 误差放大 脉宽调制 热保护 限流 解码器 参考电压 调整器
- 2 引脚说明 引脚 符 号 功 能 引脚 符 号 功 能
1 BT 上驱动输出 13
误差放大输出 脉宽调制输入
2 AT 上驱动输出 14 OUTfault 失效输出端
3 F/R 正转或反转 15 INIS
电流传感器负输入
4 SA 传感器输入 16 GND 地
5 SB 传感器输入 17 VCC 电源
6 SC 传感器输入 18 VCC 电源
7 Enable 输出使能 19 CB 下驱动输出
8 REFOUT 参考电压输出 20 BB 下驱动输出
9 INIS+ 电流传感器正输入 21 AB 下驱动输出
10 OSC 振荡器 22 Select 60
/120 选择
11 INERO+ 误差放大器正输入 23 Brake 制动
12 INERO
误差放大器负输入 24 CT 上驱动输出 3. 电特性 3. 1 极限参数 除非另有规定 Tamb= 25 参 数 名 称 符 号 条 件 额 定 值 单 位 电源电压 VCC 40 V 数字输入端电压 3 23 脚 Vref V 振荡器输入电流 IOSC 灌电流或拉电流 30 mA 误差放大器输入电 压范围 VIR 11 12 脚 -0.3 Vref V 误差放大器输出电 流 IOUT 灌电流或拉电流 10 mA 电流传感器输入电 压范围 Vsense 9 15 脚 -0.3 5.0 V 失效输出电压 VCE(Fault) 20 V 失效输出拉电流 ISink(Fault) 50 mA 上驱动电压 VCE(top) 1 24 脚 40 V 上驱动拉电流 ISin(top) 1 24 脚 50 mA 下驱动电源电压 VC 18 脚 30 V 接下表
续上表 参 数 名 称 符 号 条 件 额 定 值 单 位 下驱动输出电流 IDRV 灌电流或拉电流 21 脚 100 mA 功耗 PD 867 mW 工作环境温度 Tamb -40~85 结温 Tj 150 贮存温度 Tstg -65~150 3. 2 电特性 除非另有规定 Tamb= 25 VCC= VC=20V RT=4.7K CT=10nF 规 范 值 参 数 名 称 符 号 测 试 条 件 最小 典型 最大 单 位 参考电压单元 参考输出电压 Vref Iref=1.0mA 5.9 6.24 6.5 V 电压调整 Regline VCC=10~30V Iref=1.0mA 1.5 30 mV 负载调整 Regload Iref=1.0~20mA 16 30 mV 输出短路电流 ICS 40 75 mA 参考欠压 保护 门限 Vth 4.0 4.5 5.0 V 误差放大器 输入失调电压 VIO Tamb= -40 0.4 10 mV 输入失调电流 IIO Tamb= -40 8.0 500 nA 输入偏置电流 IIB Tamb= -40 -46 -1000 nA 输入共模 电压 范围 VICR
0 Vref V
开环电压增益 AVO VO=3.0V RL=15K 70 80 dB 输入共模 抑制 比 CMRR 55 86 dB 纹波抑制比 SVR VCC=VC=10~30V 65 105 dB 输出电压 摆幅 高态 低态 RL=15K 到地 RL=15K 到Vref 4.6 5.3 0.5 1.0 V 接下表
续上表 规 范 值 参 数 名 称 符 号 测 试 条 件 最小 典型 最大 单 位 振荡器 振荡频率 fOSC 22 25 28 kHz 频率随电 压的 改变 fOSC/ V VCC=10~30V 0.01 5 % 锯齿波峰电压 VOSC P 4.1 4.5 V 锯齿波谷电压 VOSC V 1.2 1.5 V 逻辑输入 输入门限 电压 高态 低态 VIH VIL 23 脚 3.0 0.8 V 传感器输 入电 流 高态 低态 IIH IIL 6 脚 VIH=5.0V VIL=0V -150 -600 -70 -337 -20 -150 uA F/R Select 和 Brake 端输入电 流 高态 低态 IIH IIL 23 脚 VIH=5.0V VIL=0V -75 -300 -36 -175 -10 -75 uA 输出使能 端输 入电流 高态 低态 IIH IIL 测7 脚 VIH=5.0V VIL=0V -60 -60 -29 -29 -10 -10 uA 限流比较器 门限电压 Vth 85 101 115 mV 输入共模 电压 范围 VICR 3.0 V 输入偏置电流 IIB -0.9 -5.0 uA 输出和功率部分 上驱动输 出管 饱和压降 VCE sat Isink=25mA 0.5 1.5 V 上驱动输 出管 漏电流 IDRV leak VCE=30V 0.06 100 uA 接下表
续上表 规 范 值 参 数 名 称 符 号 测 试 条 件 最小 典型 最大 单 位 上驱动输出管 开关时间 上升 下降 tr tf CL=47pF RL=1.0k 107 300 300 ns 失效输出 饱和 压降 VCE sat Isink=16mA 225 500 mV 下驱动输 出管 电压 高态 低态 VOH VOL VCC=20V VC=30V Isource=50mA Isink=50mA 18.9 1.5 2.0 V 上驱动输出管 开关时间 上升 下降 tr tf CL=1000pF 200 200 ns 欠压保护 驱动输出使能 滞后 Vth(on) VH VCC 或VC 上升 8.2 0.1 8.9 0.2 0.3 V 电源电流 17 脚电流 17 脚电流 18 脚电流 18 脚电流 ICC IC VCC=VC=20V VCC=20V VC=30V VCC=VC=20V VCC=20V VC=30V 3.5 5.0 6.0 mA
- 特性曲线 Vcc=20V Vc=20V Ta=25 CT=100nF CT=10nF CT=1.0nF 振荡频率 kHz 定时电阻 k Vcc=20V Vc=20V RT=4.7k CT=10nF 100 1.0 10 100 1000 -55 -25 0 25 50 75 100 125 频率偏差(%) -4.0 -2.0 2.0 4.0 温度 频率偏差与温度振荡频率与定时电阻 -24 -16 -8.0 8.0 1.0k 10k 100k 1.0M 10M Vcc=20V Vc=20V Vo=3.0V RL=15k CL=100pF 相位 增益 开环电压增益(dB) 频率(Hz) 误差放大器开环电压增益与频率 相位(度) 240 220 200 180 160 140 120 100 输出负载电流(mA) 0.8 1.6 -1.6 -0.8 输出饱和压降(V) 拉电流 (负载到地) Vref 地 灌电流 (负载到Vref) Vcc=20V Vc=20V 误差放大器输出饱和压降 与输出负载电流 2.95 3.0 3.05 1.0us/DIV 输出电压(V) 误差放大器小信号瞬态响应 1.5 3.0 4.5输出电压(V) 误差放大器大信号瞬态响应 Av=+1.0 空载 Av=+1.0 空载 5.0us/DIV
Vcc=20V Vc=20V Ta=25 Vcc=20V Vc=20V 空载 Vcc=20V Vc=20V RL CL1.0nF Ta=25 Vcc=20V Vc=20V Ta=25 -24 -20 -16 -12 -8.0 -4.0 01 0 20 30 40 50 60 参考输出电压变化 mV 参考输出电流 mA 参考输出电压变化与输出电流 01 0 20 30 400 1.0 2.0 3.0 7.0 4.0 5.0 电源电压 V 参考输出电压与电源电压 参考输出电压 V 6.0 空载 Ta=25 -40 -20 40参考输出电压 mV -55 -25 0 25 50 75 100 125 温度 参考输出电压与温度 100 150 200 250下管驱动响应时间 ns 电流敏感输入电压 归一化到Vth 下管驱动响应时间 与电流敏感输入电压 0 4.0 8.0 12 16 灌电流 mA 失效输出端饱和压降与灌电流 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25输出饱和压降 V Vcc=20V Vc=20V Ta=25 01 0 20 30 40 0.4 0.8 1.2 灌电流 mA 上驱动管输出端饱和压降与灌电流 输出饱和压降 V
Vcc=20V Vc=20V RL=1.0K CL=15pF Vcc=20V Vc=20V CL=1.0nF Ta=25 Vcc=20V Vc=20V CL=15pF Ta=25 Vcc=20V Vc=20V Ta=25 拉电流 (负载到地) 灌电流 (负载到Vc) RT=4.7K CT=10nF 3-6,9,15,23脚接地 7,22脚开路 Ta=25 100 100ns/DIV 输出电压 上驱动输出波形 100 50ns/DIV 输出电压 下驱动输出波形 100 50ns/DIV 输出电压 下驱动输出波形 02 0 40 60 80 输出负载电流 mA 下驱动管输出端饱和压降与负载电流 输出饱和压降 V Vc 地 Icc Ic 0 5.0 10 15 20 25 30 电源电压 V 电源电流与电源电压 电源电流 mA Vcc=20V Vc=20V RT=4.7K CT=10nF Ta=25 100 PWM输入电压 V 输出占空比 输出占空比与PWM输入电压
- 功能介绍 5.1三相六步交换真值表 输入 输出 传感器电相位 上驱动管 下驱动管 120 SA SB SC SA SB SC F/R Enable Brake INIS AT BT CT AB BB CB 失效输 出 备注 10 0 11 0 11 1 01 1 00 1 00 0 1 0 0 1 1 0 0 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 01 1 10 1 10 1 11 0 11 0 01 1 00 1 00 1 10 0 10 0 01 0 01 0 (注5) F/R=1 10 0 11 0 11 1 01 1 00 1 00 0 1 0 0 1 1 0 0 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 11 0 11 0 01 1 01 1 10 1 10 1 10 0 01 0 01 0 00 1 00 1 10 0 (注5) F/R=0 10 1 01 0 1 1 1 0 0 0 x x 0 x x x 0 x 11 1 11 1 00 0 00 0 (注6) Brake=0 10 1 01 0 1 1 1 0 0 0 x x 1 x x x 1 x 11 1 11 1 11 1 11 1 (注6) Brake=1 V V V V V V x 1 1 x 1 1 1 1 1 1 1 (注8) V V V V V V x 0 1 x 1 1 1 1 1 1 0 (注9) V V V V V V x 0 0 x 1 1 1 0 0 0 0 (注10) V V V V V V X 1 0 1 1 1 1 0 0 0 0 (注11) 注: 1.V为六种有效传感器组合的任一种 X为无关项 数字输入 23脚 均与TTL兼容 电流敏感输入 相对 于15脚有一个100mV门限电压 逻辑0为 85mV 逻辑1为 115mV 失效输出端和上驱动管为集电极开路电路 因此低电平有效 /120 选择端 22脚 为1与60 传感器电相位输入匹配 /120 选择端 22脚 为0与120 传感器电相位输入匹配 有效的60 或120 传感器输入组合与上 下驱动管输出对应 Brake=0时的无效传感器输入 所有的上 下驱动管关闭 失效输出端为0 Brake=1时的无效传感器输入 所有的上驱动管关闭 下驱动管有输出 失效输出端为0 Brake=1时的有效传感器输入 所有的上驱动管关闭 下驱动管有输出 失效输出端为1 Brake=1时的有效传感器输入 Enable=0时的所有的上驱动管关闭 下驱动管有输出 失效输
出端为0 Brake=0时的有效传感器输入 Enable=0时的所有的上 下驱动管关闭 失效输出端为0 所有的下驱动管关闭 失效输出端为0 5.2转子位置解码器 转子位置解码器通过监控三个传感器输入端 信号 给上下驱动输出管提供正确信号 序列 传感器输入端能直接与集电极开路的霍尔效应开关相连 内部上拉电阻可减少外围元件 输入 的门限电压为2.2V 且与TTL兼容 /120 选择端(22 脚)使 CS33035CP/CB与马达的60 120 240 或 300 电传感器相位 匹配 三个传感器输入端就有八种代码组合要能 其中六种是有效的马达位置代码 另外两种无效代 码是因传感器开路或短路引起的 根据六种输入代码 解码器就能确定马达转子的位置 正转/反转输入端 能通过翻转定子绕组的电压来改变马达旋转的方向 输入电压由高到低 则对于给定的传感器输入代码 如110 上 下对应的输出管输出作相应的交换 AT AB BT BB CT CB 这样 马达交换次序翻转 马达旋转的方向改变 输出使能端 7 脚 控制马达的开/关 7 脚与地开路时 内部25uA 电流源使输出管正常工作 当 7 脚接地时 上输出管关掉 下管为低电位 这样 马达滑行 失效输出端工作 当制动端 23脚 为高电位时 上输出管关掉 下管工作 使马达产生的反电动势被短路 制动 端比其它输入端有无条件优先权 内部四输入或非门用来监控制动端和上输出管的输入 使得上输出 管为高电平时不制动 防止上 下功率开关管同时导通 CS33035CP/CB用于半波马达驱动时 上驱动 输出管是不用的 但制动端还是起作用的 5.3误差放大器 误差放大器的输入 输出 13 脚 均引出 使得闭环马达速度控制更为方便 放大器直 流电压增益为 80dB 增益带宽为 0.6MHz 输入共模电压范围由地电位到 Vref 在开环速度控制应用 时 放大器被接成跟随器 5.4振荡器 振荡频率由定时元件RT 和 CT 决定 电容CT 由 Vref 经电阻RT 充电 由内部电阻放电 振荡波峰 和波谷电压为4.1V 和1.5V 考虑到音频噪声和输出开关效率 推荐频率范围为20 到30kHz 5.5脉宽调制器 脉宽调制器能改变提供给每一个定子绕组的平均电压来控制马达速度 当CT 放电 振荡器使两个 RS 触发器置位 允许上 下输出管工作 当CT 允电时的电压比误差放大器的输出电压高时 脉宽调 制器使RS1 触发器复位 下输出管停止工作 脉宽调制器仅控制下输出管
上驱动输出 下驱动输出 失效输出 电流敏感输入 RS触发器置位端输入 电容C 误差放大输出 或PWM输入 脉宽调制器时间图 T 5.6限流电路 马达连续超载工作会导致过热甚至烧坏 限流电路能防止这种情况 限流电路是通过监控定子电 流的每一次上升 一旦出现过流 立即关掉开关管直到振荡上升周期结束 定子电流通过电流敏感电 阻RS转换为电压 这个电压与内部100mV电压比较 如果大于100mV 限流比较器使RS2触发器复位 上 下输出管停止工作 限流比较器的输入共模电压范围近似为 3V 电流敏感电阻 RS=0.1/Istator(max). 出现过流时 失效输出端也将工作 由于误差放大器和限流电路的作用 脉宽调制器能确保在一个振 荡周期内上 下输出管只有一个输出导通脉冲出现 5.7参考电压 6.5V 的输出参考电压给振荡器电容充电,给误差放大器提供参考电压,并能输出 20mA 电流作为传 感器低压应用时的电源 5.8欠压保护 三个一组的欠压保护单元用来防止电路和外部功率开关三极管被烧坏 在低电源电压供电时 它 能让IC和传感器正常工作 并使下驱动管有足够的输出电压 VCC 和VC由两个独立的比较器监控 比较器的门限电压为9.1V 这个电压确保驱动MOS管时获得小的RDS on 当Vref直接为霍尔传感器供电 且Vref低于4.5V时 传感器工作不正常 第三个欠压比较器是用来检测这种情况的 如果三个比较器 中的一个检测到欠压情况 失效端工作 上管关掉 下管处于低电位 每一个比较器均有滞后作用以 防止在各自的门限电压处振荡 5.9失效输出 集电极开路的失效输出端 14脚 是用于提供系统故障的信息 它有16mA的输出电流 能直接驱 动发光二极管 并且 在微处理控制系统中 它易与TTL/CMOS逻辑接口 在下列情况下 失效输出端 工作 低电位 无效传感器输入代码 输出使能在逻辑0 限流电路输入电压大于100mV 欠压保护电路中的一个比较器工作 热保护电路工作
这个失效输出端也可用来区别马达是刚启动还是持续超负载工作 在此失效输出端和使能输入端 之间加上RC网络还能建延时闩防止过流 如果过流时间太长 电容C充电 导致使能输入电压越过门 限电压变成低态 由于失效输出到输出使能端的正反馈 形成一个电压闩 这个电压闩一旦形成 只 有短路电容C或改变电源才能重新设置 5.10驱动输出 三个上驱动输出管 24 脚 是集电极开路NPN 三极管 能拉50mA 电流 并有30V 的击 穿电压 三个下驱动输出管 21 脚 能直接驱动N 沟道MOS 管或NPN 管 每一个输出脚 有100mA 的输出电流能力 下驱动输出管电源由VC 18 脚 提供 控制电路地 16 脚 和限流电路 反相输入端要分开接到电源地 5.11热保护电路 当结温超过170 时 热保护电路工作 相当于输出使能端接地 6. 线路与应用说明 6. 1 应用线路 2118 Brake N N SS 马达 CS33035CP CT RT 速度设置 VM Enable F/R C R RS VM A B C 三相六步全波马达控制
- 2 应用说明 上图为三相六步全波开环马达控制的应用图 上驱动管为功率开关达林顿管 下驱动管为功率 MOS 场效应管 输出可驱动 或 Y 型连接的定子线圈 在转子的任意位置 只有一个上管和一个下 管工作 流过定子线圈的电流是双向的 即全波 电流波形边缘出现的尖锋脉冲会导致限流的不稳定 在电流敏感输入端加上一个RC 网络可消除这种尖锋脉冲 使用低感应系数的电阻Rs 也有利于减少尖 锋脉冲 选择MOS 场效应管(下管)时应注意 在制动期间的电流不能超过器件额定值 在制动期间 锋值电流仅由管子和线圈的传导电阻决定 Ipeak= windingswitch M RR EMFV 马达在空载且最大转速时反向电动势 EMF 与电源一样大 在制动的开始 锋值电流接近于两倍 马达制动时的电流 下图为两个周期的交换波形图 第一个周期 ~360 马达全速工作 第二 个周期 360 ~720 马达减速于50%的脉宽调制
0 60 120 180 240 300 360 420 480 540 600 660 720 转子位置度 S S S 代码 100 110 111 011 001 000 100 110 111 011 001 000 A B C A B C Q1+Q6 A B C 马达驱动电流 上驱动输出 全速没有脉宽调制 传感器输入 60/120 端开路 100 110 010 011 001 101 100 110 010 011 001 101 Q2+Q6 Q2+Q4 Q3+Q4 Q3+Q5 Q1+Q5 Q1+Q6 Q2+Q6 Q2+Q4 Q3+Q4 Q3+Q5 Q1+Q5 A B C T T T B B B S S S 代码 传感器输入 60/120 端接地 A B C 下驱动输出 导通功率开关管 减速50脉宽调制 F/R=1 三相六步全波交换波形图
- 外形尺寸 D IP24 SOP24