MAX14870/MAX14872：高效紧凑型全桥直流电机驱动器

在电机驱动领域，电子工程师们一直在寻找小巧、低功耗且功能强大的解决方案。MAX14870/MAX14872 全桥直流电机驱动器就是这样一款值得关注的产品，下面让我们深入了解它的特点、性能和应用。

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产品概述

MAX14870/MAX14872 专为驱动和控制 4.5V 至 36V 电压范围内的有刷直流电机及继电器而设计。它具有极小的驱动导通电阻，可有效降低功耗。其独特的无电荷泵设计，减少了外部元件数量，同时降低了电源电流。集成的快速衰减电流调节功能，允许用户调整电机启动峰值电流，且仅需极少的外部元件。另外，独立的电压检测输入 (SNS) 可减少因寄生走线电阻引起的电流检测误差。

关键特性

小尺寸高功率

• 高电流承载能力：能够处理高达 2.5A 的峰值电机电流，为电机提供强劲动力。
• 紧凑封装：采用 3mm x 3mm 的 12 引脚 TDFN - EP 封装，大大节省了电路板空间。
• 宽电源范围：4.5V - 36V 的灵活电源范围，可使用电池供电，延长设备运行时间。

低功耗长寿命

• 低导通电阻：总桥导通电阻典型值为 280mW，减少了功率损耗。
• 低电源电流：在 30kHz/24V 条件下，电源电流典型值仅为 1mA；在 12V 待机模式下，最大待机电流为 10µA。

简化设计加速上市

• 无电荷泵架构：减少了外部元件，降低了设计复杂度。
• 简单的电流调节：仅需一个感测电阻即可实现电流调节，简化了 PCB 布局。

强大保护确保稳定

• 短路保护：驱动输出具备短路保护功能，可防止对地、电源以及 M1 和 M2 之间的短路。
• 热关断和欠压锁定：当出现过热或欠压情况时，能够自动保护设备。
• 故障诊断输出：FAULT 输出可指示热过载和过流故障。
• 宽温度范围：工作温度范围为 - 40°C 至 + 85°C，适应恶劣环境。

电气特性

电源参数

• 电源电压：范围为 4.5V 至 36V，满足多种应用需求。
• 电源电流：在不同工作条件下，电源电流表现良好，如在无开关操作时，典型值为 0.5 - 1.2mA；在 12V 供电且驱动器处于关断状态时，关断电源电流典型值为 3.7 - 10mA。
• 欠压锁定阈值：上升阈值典型值为 3.8V，滞后为 400mV。

驱动器参数

• 输出电阻：在不同温度下有不同表现，如在 (T_J = +25°C) 且 (I_M = 2.5A) 时，典型值为 280mΩ；在 (T_J = +125°C) 时，典型值为 410mΩ。
• 过载电流限制：为 3A，保护电机和驱动器。
• 漏电流：M1 和 M2 的漏电流在 EN 为高且 (V{M1}=V{M2}=0V) 或 (V_{DD}) 时，最大为 ±1μA。

电流调节参数

• SNS 电流检测阈值：典型值为 94mV，上升阈值为 100 - 110mV。
• 输入漏电流：SNS 和 COM 的输入漏电流在 (V{SNS}=±250mV) 或 EN 为高且 (V{COM}=±250mV) 时，最大为 ±1μA。

逻辑信号参数

• 输入逻辑电平：FWD、REV、PWM、DIR 的输入逻辑高电压典型值为 2V，输入逻辑低电压最大为 0.8V；EN 输入逻辑高电压典型值为 1.6V，输入逻辑低电压最大为 0.4V。
• FAULT 输出：FAULT 输出低电压在断言且 (I{SINK}=5mA) 时，最大为 0.5V；关断漏电流在未断言且 (V{FAULT}=5.5V) 时，最大为 ±1μA。

保护参数

• 热关断阈值：典型值为 +160°C，滞后为 10°C。

交流电气特性

包含 PWM 频率、死区时间、M1 和 M2 的压摆率、传播延迟、电流调节固定关断时间、最小导通时间、过流消隐时间、过流自动重试超时、使能开启和关闭延迟等参数，确保驱动器在动态工作时的稳定性和可靠性。

功能与控制

方向控制差异

MAX14870 通过 PWM 和 DIR 输入控制方向，而 MAX14872 则使用 FWD 和 REV 输入进行方向控制。具体的操作模式可参考两者的功能表。

过流保护

当 M1 或 M2 出现大于 6A（典型值）的电流且持续时间超过 1µs 时，检测到过流情况，H 桥驱动器自动禁用，FAULT 输出断言。若过流情况持续超过过流自动重试超时时间（典型值为 2ms），则进入自动重试模式。

PWM 控制（仅 MAX14870）

PWM 输入用于电机速度和转矩控制。通过改变 PWM 的占空比，可以调整电机两端的有效（平均）电压，实现一阶速度控制。当 PWM 为高电平时，电机按 DIR 定义的方向驱动；当 PWM 为低电平时，桥接器进入制动模式。

FWD/REV 控制（仅 MAX14872）

FWD 输入用于驱动电机正向旋转或开启继电器，REV 输入则用于反转电机极性或关闭继电器。该控制方式可实现双极性或单极性电机控制。

斜率控制

MAX14870/MAX14872 在 M1 和 M2 转换期间采用有源斜率控制进行开启和关闭操作，集成的压摆率限制功能可降低与高 di/dt 率相关的电磁兼容性问题（如传导和辐射 EMI）。

热关断保护

当结温超过 160°C（典型值）时，H 桥进入三态，M1 和 M2 禁用，FAULT 输出断言。当结温降至 150°C（典型值）时，M1 和 M2 自动重新启用。

电流检测与调节

在 COM 和 GND 之间连接一个感测电阻 (RSENSE) 可监测电机电流。电机电流应使 COM 端电压相对于 GND 限制在 ±250mV 范围内。当电机电流超过由感测电阻定义的电流限制时，内部电流调节功能启动，限制启动电流。当电机电流超过最大阈值时，H 桥驱动反转进行快速衰减，固定时间 (t_{OFF}=15μs) 后恢复正常操作。

应用与设计考虑

适用场景

该驱动器适用于打印机和扫描仪、继电器驱动、自动售货机和游戏机等多种设备。

布局考虑

应使用低电阻走线将重复引脚（COM 引脚和 VDD 引脚）连接在一起。在电流检测部分，为减少电压检测误差，应尽量减小 RSENSE 到 GND 的串联走线电阻，采用星形接地连接，并在靠近 RSENSE 电阻处进行电压检测或使用差分电压检测。

功率考虑

驱动器总功耗可通过公式 (P{TOTAL}=P{DRIVER}+P{SW}+P{D}) 计算，其中 (P{DRIVER}=I{M}^{2} × R{ON})，(P{SW}=I{M} × 2 ×(1 / 2 × V{DD} × f{SW} × t{R}))，(P{D}=I{M} × 2 × V{BF} × t{DEAD} × f_{SW})。

电流调节操作

• 无电流调节操作：若不需要内部或外部电流调节，可将 SNS 直接连接到 GND，无需感测电阻。
• 外部电流调节操作：可通过外部 PWM 调节和感测电阻反馈在控制回路中控制电机电流。若使用快速衰减控制，当 H 桥方向反转时，COM 电压会出现负脉冲。

外部电容使用

不建议在电机端子之间使用外部电容，因为增加的电容会导致不必要的功耗，公式为 (P{D}=V{DD}^{2} × C × f_{SW})。

订购信息与总结

MAX14870 和 MAX14872 都提供 -40°C 至 +85°C 温度范围的 12 引脚 TDFN - EP 封装产品。电子工程师们在设计电机驱动电路时，MAX14870/MAX14872 凭借其小巧的尺寸、低功耗、强大的保护功能和灵活的控制方式，无疑是一个不错的选择。你在使用类似电机驱动器时遇到过哪些挑战呢？欢迎在评论区分享你的经验。