变速直流风扇电机驱动器THMC40/41及其应用

2006-05-07 15:49:35来源: 国外电子元器件

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:

●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。

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。

脚14(VPWM):PWM占空因数控制电压输入端。其控制信号可以是直流电压信号,也可以输入来自PC母板上超级I/O芯片上的数字PWM控制信号。但在后者条件下,应在速度控制线与VPWM之间插入由10kΩ电阻和0.1μF电容组成的RC滤波器,如图3所示。

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。

编辑: 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/designarticles/sensor/200605/1538.html
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