1 、THMC40/41的功能特点
THMC40/41是一种二相直流风扇无刷电机驱动器;可用于需要PRM速率控制的12V散热风扇的控制。这种驱动器具有以下特点:
无刷电机驱动器THMC40/41的结构特点、引脚功能及应用范围●可对直流风扇进行速率控制而无需外部功率驱动,并可减少元件数目、节省空间、降低成本。
●采用独特的调节电机绕组功率电平方法控制风扇速率。
●通过VPWM电压改变运行周期,可在11%~100%范围内以PWM控制方式来调节风扇速率。
●功耗低,睡眠模式下的典型电流值仅为300μA。
●具有关断和自动重试功能,可有效保护锁定转子。
●具有速率信号或锁定转子检测信号输出。
●带有低噪声的霍尔传感器信号调节。
●具有热关断保护功能,当芯片结温超过165℃时会自动关闭。
2 、内部构成及引脚功能
2.1 内部结构
THMC40/41驱动器内部由23kHz PWM振荡器、PWM产生器、转速器、高端栅极驱动器、低端栅极驱动器、霍尔传感比较器、启动和睡眠检测电路、锁定转子检测与自动再启动电路、热管理电路、高低端开关、同步开关电路以及电源电路等部分构成,图1所示其内部结构框图。
无刷电机驱动器THMC40/41的结构特点、引脚功能及应用范围THMC40/41两芯片的不同之处是其脚2功能有区别。THMC40的脚2(TACH)输出为漏极开路转速计信号输出。可用作风扇实际速率的监视和测量;THMC41的脚2(RD)输出则为漏极开路电机转子锁定检测输出,可用作电机锁定时的报警。但两种驱动器均为驱动电机绕组设置了RDS=0.4Ω、额定电流为1A的高、低端PW同DMOS驱动电路,并从脚5(VOUT)、脚11(PHA)和脚10(PHB)输出,因此,无需外加功率驱动电路。THMC40/41通过调节电机绕组的功率电平来控制风扇速度。
2.2 引脚排列与功能
THMC40/41采用双列14引脚封装形式,其引脚排列如图2所示,各引脚的功能说明如下:
脚1(Cosc):外部振荡电容连接端,可能性用于设计定PWM振荡器的频率。与脚1连接的内部180μA电流源和电流吸收器用来给振荡器电容充电和放电,以在脚1上产生从0.5~2.3V的三角波电压信号。
脚2(TACH):漏极开路转速计信号输出端(仅THMC40),可用作风扇实际速度的监视和测量。对于THMC41,其脚2(RD)为漏极开路电机转子锁定检测输出,可用来在电机锁定时进行报警。THMC40的脚2(TACH)状态与脚13(H+)、脚12(H-)、脚11(PHA)和脚10(PHB)的输入状态的对应关系如表1所列。
表1 THMC40的2脚与10~13脚的对应关系
H+ H- PHA PHB THAC(THMC40)
+ - High(OFF) LOW(ON) High(OFF)
- + LOW(ON) High(OFF) LOW(ON)
脚3(CP):外部电荷储存电容连接端,用于产生VOUT输出高端DMOS管所需的栅极驱动电压。
脚4(VPWR):驱动器供给电压输入端。
脚5(VOUT):电机绕组高端PWM驱动输出。
脚6(NC)和脚8(NC)为空端。
脚7(PGND)、脚(AGND):分别是驱动器的功率地和模块地。
脚10(PHB)、脚11(PHA):分别为电机B相、A相绕组低端驱动引脚。可用来驱动换相(可根据霍尔效应位置传感器监测的转子位置进行控制)。
脚13(H+)、脚12(H-):分别是传感比较器正、负输入引脚。
无刷电机驱动器THMC40/41的结构特点、引脚功能及应用范围3 、电气参数
THMC40/41的主要电气功参数如下:
●最高输入电压VPWM:18V;
●高端PWM驱动输出最高电压VOUT:18V;
●低端驱动电压VPHA、VPHB:40V;
●传感比较器传感输入电压VH+、VH-:7V;
●PWM占空因数控制输入电压VPWM:7V;
●漏极开路转速计信号输出电压V7ACH(仅THMC40):7V;●漏极开路电机转子锁定检测输出电压VRD(仅THMC41):7C;●振荡电容电压Vcosc:7V;
●充电泵电容电压VCP:30V;
●高端PWM驱动输出电流IOUT:1.5A;
●低端PWM驱动输出电流IPHA、IPHB:1.5A;
●功耗PD:1022mW;
●工作温度范围Tc:-30~+80℃;
●存贮温度范围Tstg:-55~+150℃;
●最高结温Tj:150℃。
●焊接温度(10s)TLEAD:300℃。
4 、应用
THMC40/41主要用于变速直流无刷风扇电机的驱动。其应用领域包括桌上电脑、工作站、服务器、打印机、实验室检测仪器以及实验室电源等。
图4是THMC40/41的应用电路原理图。图中12V直流电压经二极管CR1加至THMC40/41的脚4(VPWR)作为其工作电压,其工作电流约为5μA。与脚4相连的电容C4是旁路电容,C5的作用是消除电机换向时在输入电源上出现的电流尖峰。C2是PWM振荡器频率设定电容,C3是电荷泵储能电容。
将THMC40/41的脚5(VOUT)高端驱动输出施加于电机绕组的公共端L,即可利用芯片内部产生的PWM信号可为电机提供一个可控制的功率,从而控制电机的转速。当PWM驱动信号开通期间,电机电流增加;在PWM驱动信号截止期间,电机电流减小。在THMC40/41脚14(VPWM)上的速率控制输入开路时,可由1~10MΩ电阻控制风扇运行。利用VPWM电压可以决定VOUT上输出的PWM波形占空因数,VPWM既可以是直流控制电压输入,亦可以是数字控制输入。将VPWM电压和脚1(Cosc)上产生的三角波电压进行比较,从而使芯片内部PWM比较器的输出占空因数与电压VPWM成正比。当脚14上的电压VPW《0.7V时,THMC40/41处于睡眠状态;当VPWM在0.7~2.5V之间变化时,其PWM占空比也将在11%~100%范围内作相应改变,从而使电扇风速随之变化。