MS4931——三相无刷电机驱动

产品简述

  MS4931 是一款三相无刷电机的预驱动芯片，最高工作电

压可达 35V，能驱动宽范围的 N 沟功率 MOSFET。

  芯片具有堵转保护、过温保护以及同步整流等功能。当芯

片处于衰减期时，内部同步整流可以通过打开合适的功率管，

从而降低功耗。

  MS4931 提供使能、方向、刹车输入脚，用于控制电流，

逻辑输入脚 FG1 和 FG2 可用于测量电机的转动情况.

芯片的工作温度范围为-40°C 到 105°C，采用 QFN28 封装。

主要特点

◼驱动 3 组共 6 个 N 型功率管

◼同步整流，停机模式，低功耗

◼低压保护和过温保护

◼HALL 元件输入

◼PWM 控制电流，可切换正、反转工作模式

◼死区时间保护

◼FG 输出

◼5V 稳压输出

◼锁机检测保护

应用

◼激光打印器

◼复印机

◼电动工具

◼大型家电

◼监控摄像头

产品规格分类

管脚图

管脚说明

内部框图

极限参数

  芯片使用中，任何超过极限参数的应用方式会对器件造成永久的损坏，芯片长时间处于极限工作

状态可能会影响器件的可靠性。极限参数只是由一系列极端测试得出，并不代表芯片可以正常工作在

此极限条件下。

电气参数

无其他说明，TA=25°C，VBB=24V。

如有需求请联系——三亚微科技 王子文（16620966594）

如有需求请联系——三亚微科技 王子文（16620966594）

功能描述

驱动模块

  芯片采用一种直接的 PWM 驱动方式减小功耗。PWM 通过调整输出模块上臂管的关断，来实现调

节功能，电机的驱动强度由其占空比决定。

  在正常的 PWM 关断时，同步整流开始发挥作用。相比 LDMOS 寄生的二极管续流，下臂管导通能

够极大地减小热量的产生。

过流保护

  过流保护电路用于限制输出电流的最大峰值，由 VREF 与 SENSE 脚的 Rsense 电阻决定

（VREF=0.2，Rsense 为电流检测电阻），公式为 Ilimit=0.2/Rsense。电路通过减小输出导通占空比，来

限制输出电流。

  过流保护电路在检测 PWM 工作时，在二极管中流过的反向电流会有一个 1.2μs 左右的工作延时，

从而防止限流电路工作异常。如果电机绕组的内阻或电感太小，在启动时（电机中没有反向电动势的

产生），电流将会快速变化。这个工作延时可能会导致限流在大于设定值时才发生。因此在设定限流

值时，有必要考虑延时引起的增加。

  注意在限流电路中，PWM 频率是由内置的振荡器决定，大概 50kHz。

速度控制方法

  脉冲从 ENABLE 管脚输入，可以通过调节 PWM 波的占空比，来调节电机速度。

  ENABLE 为 0 时为 ON 态，ENABLE 为 1 时为 OFF 态。

  如果有必要使用反向逻辑，可以加入一额外的 NPN 管。当 ENABLE 持续高电平，芯片会判定占空

比为 0，会导致 CLD 电路计数重置并且 HB 脚的输出为 0。

CLD 保护电路

  MS4931 包含一个抑制保护电路。当电机正常运转但 HALL 信号长时间不变化时，电路开始工作。

当 CLD 电路工作时，所有输出上臂管全部关断。

  时间由连接 CLD 脚的电容决定。设置时间=90×C(μF)

  当一个 0.022μF 的电容接入时，保护时间约 2s。设置时间必须足够大，以满足电机的启动时间。

计数被重置的条件：

BRAKEZ 端为高                     ——>  保护释放并重新计数（重置初始态）

DIR 正反转调节                     ——>  保护释放并重新计数

0%占空比 ENABLE 波被检测   ——>  保护释放并重新计数

低压条件被检测                     ——>  保护释放并重新计数（重置初始态）

TSD 条件被检测                    ——>  停止计数

  当 CLD 脚接地，逻辑电路将进入初始态，防止发生速度控制。当不需要使用 CLD 保护功能时，将

一个大小近 220kΩ 和 4700pF 的电容并联对地。

低压保护

  MS4931 通过结合比较器，使用带隙电压作基准进行比较，电路检测 5.6V 的 HBIAS 电压，当

BRAKEZ 为低且 HBIAS 电压低于 4.15V 时，所有输出晶体管将被关断。

  为使 HBIAS 电压在 4.15V 附近不出现振荡，设置 0.3V 的迟滞。因此，当 HBIAS 电压恢复到 3.2V

时，才会关闭低压保护电路，所有输出管恢复工作。

过温保护

  当芯片结温超过 154°C 时，过温保护电路被激活，关断所有输出管。当温度恢复到迟滞温度 40°C

时，所有输出管恢复工作。

  但是，由于过温保护仅仅在芯片结温超过设定值才会被激活，它并不能保证产品就能免受破坏。

HALL 输入信号

  可以识别到幅度超过迟滞（最大 35mV）的 HALL 信号，但考虑到噪声效应以及相位偏移，至少大

于 100mV 的幅度为最佳。为了减少输出噪声的干扰，可以在 HALL 输入端接对地电容。在 CLD 保护电

路中，HALL 输入作为一个判断信号。虽然电路能无视大量的噪声，但关注是有必要的。HALL 信号同

时为 HHH 或者 LLL 时，被认为是错误态，将关闭所有输出管。

  如果使用到 HALL 芯片，在一端固定（无论正负）一个共模电平范围(0.3VHBIAS-1.7V)，允许另一

端的电压范围可以为 0HBIAS。

节电模式

  当 MS4931 处于 STOP 态时，几乎所有电路都被关断，以减少功耗。当使用 HALL 偏置脚时，节电

模式的电流消耗将近 900μA。即使在节电模式，芯片仍然具有 5V 的稳定电压输出。并且，在节电模式

下，芯片处于 Short Brake 态（低端管短接）。

电源稳定性

  芯片产生大的输出电流，并且采用一种开关驱动的方式，电源线势必会被轻易地干扰。为保证电

压稳定，需要在 VBB 和地之间接入一个足够大的电容。电容地端接到 GND，尽可能的靠近管脚。如果

不能在 pin 脚上接入大电容，可在管脚附近接入 0.1μF 的陶瓷电容。

  如果在电源线上嵌入一个二极管以防止电源线反接，则电源线更容易被干扰，这就需要更大的电

容。

HBIAS 的稳定性

  HBIAS 是逻辑电路的电源，为了稳定性，需要连接 0.1μF 或更大的电容。电容接地端需要连接到芯

片的逻辑地(SGND)。

电荷泵

  电源电压通过电荷泵被逐步抬升，以提供高端管的栅电压。电压是通过 CP1 和 CP2 之间的电容 CP

被逐步抬升，然后在 VCP 和 VBB 之间的电容 CG 上逐渐累积。CP 和 CG 的大小推荐以下关系：

  CG =0.1μF，CP =0.01μF

  CP 上充放电频率为 50kHz。当 CP 电容很大时，VCP 将会被抬升。可是当电容太大，充放电将变得

没有效率，VCP 充电时间也就会很长。

使用须知

  芯片具有同步整流功能，可以提高驱动效率。同步整流开始发挥作用，相比寄生的二极管续流，

利用下臂管导通，能够极大地减小热量的产生。可是，同步整流可能会引发电源电压的上升，比如以

下情况：

⚫输出占空比突然减少

⚫ENABLE 输入频率突然降低

  必须采取有效措施来保护芯片，确保电源电压上升也不会超过绝对最大参数，包括：

⚫电源到地的大电容的选择

⚫电源到地的二极管的接入

典型应用电路图

1. 在任何环境下，都不能超过芯片的绝对参数。

2. 在版图布线时，流过大电流的 VBB 以及各个输出脚尽可能的宽和短。

3. VBB 的旁路电容，特别是陶瓷电容的连接，应该尽可能的靠近芯片 VBB 脚。

4. HBIAS 作为芯片的基准电压，需要在 HBIAS 和 GND 之间连接电容，用来稳定 HBIAS。因此，该电容

   需要尽可能的靠近 HBIAS 脚。

5. 在版图设计中，连接电机的地线以及 MCU 的地区域需要隔离。

6.不推荐 HBIAS 用于周边电路，因为精度并不高。

与 Allegro A4931 差异与对比说明

封装外形图

QFN28(5X5X0.75_P0.50)

——爱研究芯片的小王

审核编辑 黄宇