TMC6300：3相BLDC/PMSM电机高效驱动芯片的卓越之选

一、引言

在电子设备小型化、智能化的浪潮下，电机驱动技术扮演着至关重要的角色。尤其是在低电压、电池供电的应用场景中，对电机驱动芯片的效率、功耗和体积提出了更高的要求。TMC6300作为一款专为3相BLDC/PMSM电机设计的高效低电压驱动芯片，凭借其出色的性能和丰富的功能，成为众多应用领域的理想选择。

文件下载：TMC6300_datasheet_rev1.08.pdf

二、TMC6300概述

2.1 基本信息

TMC6300是由TRINAMIC公司推出的一款高度集成的电机驱动芯片，适用于峰值电流高达2A的3相BLDC/PMSM电机。它具有超低的待机电流，仅需单节锂离子电池或双节AA电池即可工作，电压范围为2V（最低1.8V）至11V DC，非常适合电池供电的设备。

2.2 应用领域

该芯片的应用领域十分广泛，涵盖了物联网与手持设备、电池驱动的电机、打印机、POS机、玩具、办公与家庭自动化、CCTV与安防设备、HVAC系统以及移动医疗设备等多个领域。

2.3 产品特性与优势

• 宽电压范围：支持2V至11V DC的电压输入，可适配多种电池供电方案，如1 - 2节锂离子电池或至少2节AA / NiMh电池。
• 高电流驱动能力：能够驱动峰值电流达2A的3相电机，满足大多数小型电机的驱动需求。
• 直接桥控制：支持BLDC或PMSM的正弦换向直接桥控制，提供更平滑的电机运行。
• 超低待机电流：典型待机电流小于50nA，有效延长电池续航时间。
• 低导通电阻：低侧和高侧的RDSon典型值均为170mΩ，降低功率损耗，提高效率。
• 全面保护与诊断功能：具备过温保护、短路保护等多种保护功能，并提供诊断输出，确保系统的稳定可靠运行。
• 小巧封装：采用QFN 3*3 20引脚封装，体积小巧，适合对空间要求较高的应用。

三、工作原理

TMC6300主要用于电池供电、对空间和待机功率要求苛刻的驱动应用，尤其在BLDC电机控制以及其他磁执行器控制方面表现出色。芯片内每个半桥的MOSFET都能独立开关，内部的先断后通（BBM）逻辑避免了交叉导通问题。在有足够的电源电容时，电池电压可降至约2.0V（但不能低于1.8V）。

四、引脚分配

4.1 封装外形

TMC6300采用QFN20封装，尺寸仅为3x3mm²，引脚间距0.4mm，这种小巧的封装适合应用在小型化设备中。

4.2 信号说明

Pin	Number Type	Function
W	1	Bridge W output
VCP	2	Charge pump voltage. Optionally tie to VS using 1nF to 100nF capacitor. May be left unconnected.
UH	3	DI，Bridge U high - side control (1 = high - side on)
VH	4	DI，Bridge V high - side control (1 = high - side on)
WH	5	DI，Bridge W high - side control (1 = high - side on)
UL	6	DI，Bridge U low - side control (1 = low - side on)
WL	7	DI，Bridge W low - side control (1 = low - side on)
GND	8	DI，tie to GND
GND	9	DI，tie to GND
VL	10	DI，Bridge V low - side control (1 = low - side on)
VIO/NSTDBY	11	1.8V to 5V IO supply voltage for all digital pins. IC goes to standby mode and resets when this pin is pulled to GND.
DIAG	12	DO，Diagnostic output. High level upon driver error. Reset by VIO cycle.
1.8VOUT	13	Output of internal 1.8V regulator. Attach 100nF ceramic capacitor to GND near to pin for best performance. Provide the shortest possible loop to the GND pad. The regulator becomes shut down when VIO is pulled low.
GND	14	GND. Connect to GND plane near pin.
U	15	Bridge U output
BRUV	16	Foot point of bridges U and V. Connect to GND directly, or via a sense resistor.
V	17	Bridge V output
VS	18	Bridge supply voltage. Provide filtering capacity >10µF near pin with shortest possible loop to GND pad.
-	19	Leave this pin open
BRW	20	Foot point of bridge W. Connect to GND directly, or via a sense resistor.
Exposed die pad	-	Connect the exposed die pad to a GND plane. Provide as many as possible vias for heat transfer to GND plane.

从搜索结果中暂未获取到TMC6300引脚功能详细解析的额外信息，后续我们继续围绕芯片手册内容讲解。大家在实际应用中，对于引脚的连接和功能使用有疑问时，可以随时查阅手册，同时也不妨大胆思考每个引脚在不同应用场景下的变化。接下来，了解一下它的典型应用电路。

五、典型应用电路

5.1 标准应用电路

3相驱动器提供三个半桥，具有用于低侧和高侧的独立使能信号，可驱动PMSM或BLDC电机。若需要进行电流测量，可添加一个公共脚点分流电阻，但要保证该电阻的电压降最大不超过400mV，以确保正常运行。为减小电源纹波，尤其是在低电压运行时，建议使用陶瓷或低ESR电容器进行电源滤波。在驱动器附近使用至少100µF电解电容或10µF陶瓷电容，可有效降低纹波。VCC_IO可以由单独的电源（如3.3V调节器）供电，也可由微控制器端口引脚驱动。若同时有两个以上的桥开启（在1µs内），建议在VCP引脚添加电容。诊断输出可指示任何过流或过温情况，电机驱动器在电源上电或VIO_NSTDBY引脚循环后会自动重启。

5.2 高效驱动电路

TMC6300集成了高效功率级，由于其内部电荷泵，即使在低电源电压下也具有低RDSon，可实现高电机电流驱动能力和低功耗，适用于电池供电应用。但在高电机电流和高占空比运行时，MOSFET的导通电阻会导致驱动器发热，进而使PCB散热结构升温，进一步提高驱动器温度。一般来说，温度升高约100°C会使MOSFET电阻增加约50%。因此，在高占空比、高负载条件下，尤其是在高温环境中，需仔细考虑热特性。对于QFN 3mm x 3mm封装，当电机电流长时间高于1.4A时，PCB设计的热性能变得至关重要，建议使用4层PCB布局，并确保裸片焊盘与GND平面有5个过孔连接。

5.3 低功耗待机电路

对于电池供电应用和符合节能规则的市电供电应用，常需要待机模式，此时电源保持开启但电流消耗降至较低水平。可通过VIO_NSTDBY引脚控制TMC6300的待机操作，将该引脚拉至GND以关闭I/O电压，同时确保所有数字输入引脚不为高电平，因为数字I/O引脚中的ESD保护二极管会限制输入电平在GND和IO电源电压VIO_NSTDBY之间。在进入待机模式之前，应停止电机并使线圈电流降至较低水平，或完全关闭电机驱动器。

5.4 极低I/O电压运行电路

当使用1.8V（±5%）的I/O电压时，VIO欠压阈值可能过高，无法确保TMC6300从复位状态正常释放。此时可使用内部1.8V调节器为TMC6300的VIO引脚自供电，因为它的输出略高于复位电压阈值。上电时，使用端口引脚将VIO/NSTDBY引脚的电压强制为至少1.4V；进入低功耗待机模式时，将其拉低至低于0.6V。也可使用PNP晶体管提供低电阻开关，在运行期间为VIO供电。此外，还可选择为TMC6300使用额外的2.0V I/O电压调节器，或使用更高的I/O电压并应用电平转换器。

六、感测电阻选择

感测电阻可通过外部ADC测量电机电流，用于控制或限制电机转矩，还能提高IC中低侧开关过流保护的灵敏度。选择感测电阻时，应根据所需的峰值电机电流确定最佳测量范围。一般建议使感测电阻上的电压降保持在200 - 300mV，远低于最大推荐电压400mV。以下是根据所需（峰值）电机线圈电流选择感测电阻的示例表：	R SENSE [Ω]	maximum motor coil current [A]
1.50	0.2
1.00	0.3
0.75	0.4
0.50	0.6
330m	0.8
270m	1.0
220m	1.2
150m	1.6
120m	2.0
100m	2.0 (limited by driver max. ratings)

感测电阻应选择低电感类型，如薄膜或合成电阻，以防止电压尖峰导致感测电压输入振铃，影响测量结果的稳定性。同时，低电感、低电阻的PCB布局也非常重要，建议使用大面积接地平面。

在搜索中未获取到TMC6300感测电阻选择注意事项的额外信息。大家在选择感测电阻时，一定要严格依据手册中的要求和上述表格来操作，同时思考不同的电机电流和应用场景对感测电阻的具体影响。接下来，我们来看看TMC6300的保护与诊断功能。

七、保护与诊断功能

7.1 过温保护

TMC6300集成了两级温度传感器，用于防止IC过热。热量主要由电机驱动级产生，通过接地短路保护可避免大多数可能导致驱动器MOSFET过热的临界情况。过热关机只是一种应急措施，应通过设计避免温度上升到关机水平。过温保护的温度阈值如下：	Temperature Level	Comment
150°C	在IC因过热损坏之前，该值可相对安全地关闭驱动级。在大型PCB上，当温度检测器触发此设置时，功率MOSFET的峰值温度约为150°C。
120°C	过温关机释放的温度水平，可避免过温关机频繁循环。

需要注意的是，过温保护并非在所有情况下都能避免IC的热损坏。当电机电流超过额定值时，热量产生过快，过温传感器可能来不及响应。触发过温传感器（ot标志）后，驱动器将保持关闭状态，直到系统温度降至预警水平（otpw）以下，以防止持续升温至关机水平。

7.2 短路保护

TMC6300的功率级通过额外测量每个功率级MOSFET的电流来防止短路。大多数短路情况是由电机电缆绝缘缺陷引起的，例如与系统接地的导电部件接触。短路检测具有防误触发功能，在关闭电机之前会重试三次。通过添加感测电阻可提高低侧短路保护的灵敏度。一旦检测到短路，所有驱动桥将关闭，DIAG输出将置位。要重启电机，需禁用并重新启用驱动器。但短路保护不能防止所有可能的短路事件，短路电流限制通常超过驱动器MOSFET的绝对最大值，且短路事件具有不确定性，可能涉及复杂的外部组件网络，因此应尽量避免短路情况的发生。

7.3 诊断输出

诊断输出DIAG提供重要的状态信息，当DIAG输出有效时，表示驱动器无法正常工作。

很遗憾，搜索未获取到TMC6300保护功能实际应用案例的额外信息。大家在设计使用TMC6300时，可以结合其保护功能的特点，思考如何在不同的应用场景中更好地发挥这些功能，避免芯片损坏。接下来，让我们看看它的一些电气特性。

八、电气特性

8.1 工作范围

• 结温：-40°C至125°C。
• 电源电压：2V至11V。
• 电源和IO电压：电池耗尽极限时，VVS为1.8V，VVIO为2V至5.25V。
• 连续运行时每个输出的RMS电流：VVS < 2.1V时，为0.1A至0.8A；VVS ≥ 2.1V、VVS ≥ 2.2V、VVS ≥ 2.5V且TJ < 110°C时，分别为1.0A、1.2A、1.4A。
• 最大输出电流占空比限制：TJ < 100°C时，VS电源引脚电流IVS和输出电流IOx分别为2.0A和2.4A。

8.2 DC和时序特性

在不同的工作条件下，芯片具有一系列的DC和时序特性参数，例如：

• 电源电流：在特定条件下，总电源电流（运行时）、IO电源电流（运行时）、总电源电流（低功耗待机时）等都有相应的典型值和范围。
• 电机驱动部分：低侧和高侧MOSFET的RDS ON、上升和下降斜率、驱动器关闭时的电流源等参数也有明确规定。
• 电荷泵：电荷泵输出电压（平均值）在特定条件下有一定范围。
• 线性调节器：内部1.8V调节器的输出电压在特定条件下有典型值和波动范围。
• 开关延迟：数字输入到输出切换的延迟时间以及两个信号之间延迟时间的匹配等也有相应参数。
• 检测器电平：包括电源电压欠压阈值、VIO欠压阈值、低功耗待机输入电压阈值、1.8V调节器启用阈值、短路到地和VS的检测器阈值、短路检测延迟、过温预警和关机温度等。
• 数字引脚：输入电压低电平和高电平、输入施密特触发器滞回、输出电压低电平和高电平、输入泄漏电流、数字引脚电容等参数也有明确规定。

8.3 热特性

芯片的热特性与PCB布局、类型和尺寸有关，以下是一些典型的热特性参数：	Parameter	Symbol Conditions	Typ	Unit
Typical power dissipation	P D（2A电流从一个半桥输出到第二个输出，35kHz斩波，11V，60°C封装峰值表面）	1	W
Typical power dissipation	P D（0.7A电流在块换向，35kHz斩波，11V，45°C封装峰值表面）	0.5	W
Thermal resistance junction to ambient on a multilayer board	R TMJA（双信号和两个内部电源平面板（2s2p），如JEDEC EIA JESD51 - 5和JESD51 - 7定义（FR4，35µm CU，70mm x 133mm，d = 1.5mm））	40	K/W
Thermal resistance junction to case	R TJC（结到封装散热片）	7	K/W

很遗憾，搜索未能获取关于TMC6300电气特性在实际电路中影响的额外信息。不过，我们可以结合前面提到的电气特性，思考在实际设计中如何根据这些特性来优化电路。比如，在电源电压和电流的选择上，要充分考虑芯片的工作范围，避免超出极限值。接下来，我们看看在PCB设计时需要注意的布局问题。

九、布局考虑

9.1 裸片焊盘

TMC6300通过裸片焊盘将驱动器和线性调节器产生的热量散发到电路板上。为实现最佳的电气和热性能，应在裸片焊盘和接地平面之间使用适量的实心导热过孔。印刷电路板应具有大面积的接地平面，以便将热量扩散到电路板中，并提供稳定的GND参考。

9.2 接地布线

TMC6300的所有信号都以各自的GND为参考，应将器件下方的所有GND引脚直接连接到公共接地区域（GND和裸片焊盘）。裸片焊盘正下方的GND平面应视为虚拟星点。出于散热考虑，PCB顶层应连接到大面积的PCB GND平面，以在PCB内散发。特别要注意的是，感测电阻容易受到GND差异和GND纹波电压的影响，应尽量将电阻靠近IC放置，并通过一个或多个过孔连接到GND平面。

9.3 电源滤波

1.8VOUT输出电压的陶瓷滤波电容（建议使用100nF）应尽可能靠近1.8VOUT引脚放置，其GND返回应直接连接到裸片焊盘或最近的GND引脚，且该接地连接不应与其他负载共享，也不应使用额外的过孔连接到GND平面，应使用尽可能短而粗的连接。电机电源引脚VS应使用陶瓷电容或陶瓷电容与电解电容组合进行去耦（建议使用47μF或更大的电容，具体取决于电机线圈电流），并将电容靠近器件放置。同时，要考虑到开关电机线圈输出具有较高的dV/dt，若电机走线与其他走线距离过近且较长，可能会对高阻信号产生电容性干扰。

9.4 布局示例

TRINAMIC网站提供了所有评估板的完整原理图和布局数据，可作为实际设计的参考。

遗憾的是，目前未能搜索到TMC6300 PCB布局优化技巧的额外信息。不过现有手册已经为我们的PCB设计提供了基础方向，大家不妨结合实际的项目需求和经验去进一步探索优化方案。

十、封装机械数据

10.1 尺寸图纸

TMC6300采用QFN20封装，尺寸图虽未按比例绘制，但给出了各部分的详细尺寸参数，如总厚度A为0.8 - 0.9mm，主体尺寸X和Y均为3.0mm，引脚间距e为0.4mm等，这些参数对于PCB设计和器件安装至关重要。

10.2 封装代码

TMC6300 - LA型号的封装为QFN20（RoHS），工作温度范围为 - 40°C至 + 125°C，代码和标记为（TMC logo）6300 。

很可惜，搜索没有得到TMC6300封装对性能影响的额外信息。不过我们可以从已有的知识推测，小巧的封装有利于产品小型化，但可能在散热等方面提出挑战，这也提醒我们在设计中要综合考虑封装与性能的平衡。接下来我们看看该芯片在可持续发展方面的设计理念。

十一、可持续性设计

在当今社会，可持续增长是一个重要且紧迫的挑战。TRINAMIC公司在设计TMC6300时，致力于通过设计高效的IC产品来为可持续发展做出贡献。这款芯片通过智能控制接口和先进算法，可有效降低能源消耗，确保电机平稳安静运行，为用户带来良好体验，同时减少对外部资源的需求，如降低电源供应、冷却基础设施的需求，减小电机尺寸和磁体材料的使用。

很遗憾，搜索未获取到TMC6300在可持续发展中应用案例的额外信息。不过，我们可以从芯片的设计理念出发，思考它在不同应用场景下如何助力可持续发展。比如在电池供电设备中，其低功耗和高效的特性就有助于减少能源消耗。

十二、总结

TMC6300作为一款专为3相BLDC/PMSM电机设计的低电压驱动芯片，凭借其宽电压范围、高电流驱动能力、超低待机电流、全面的保护与诊断功能以及小巧的封装等优势，在众多应用领域展现出了卓越的性能。在实际应用中，电子工程师需要根据具体的需求，合理选择感测电阻，精心设计PCB布局，充分发挥芯片的各项功能，同时也要关注芯片的热特性和保护功能，确保系统的稳定可靠运行。相信随着技术的不断发展，TMC6300将在更多的领域得到广泛应用，为电子设备的小型化、智能化和可持续发展做出更大的贡献。

大家在使用TMC6300的过程中，遇到任何问题或者有新的发现，欢迎在评论区分享交流。