變速直流風扇電機驅(qū)動器THMC40/41及其應(yīng)用

摘要：THMC40/41是一種可驅(qū)動和控制兩相可調(diào)速12V直流無刷電機的專用驅(qū)動器。文中介紹了THMC40/41的功能特點，詳細描述了該驅(qū)動器的組成結(jié)構(gòu)引腳功能和極限參數(shù)，最后給出了它們的應(yīng)用電路。

關(guān)鍵詞：變速風扇 電機驅(qū)動 THMC40/41

1 THMC40/41的功能特點

THMC40/41是一種二相直流風扇無刷電機驅(qū)動器；可用于需要PRM速率控制的12V散熱風扇的控制。這種驅(qū)動器具有以下特點：

●可對直流風扇進行速率控制而無需外部功率驅(qū)動，并可減少元件數(shù)目、節(jié)省空間、降低成本。

●采用獨特的調(diào)節(jié)電機繞組功率電平方法控制風扇速率。

●通過VPWM電壓改變運行周期，可在11%～100%范圍內(nèi)以PWM控制方式來調(diào)節(jié)風扇速率。

●功耗低，睡眠模式下的典型電流值僅為300μA。

●具有關(guān)斷和自動重試功能，可有效保護鎖定轉(zhuǎn)子。

●具有速率信號或鎖定轉(zhuǎn)子檢測信號輸出。

●帶有低噪聲的霍爾傳感器信號調(diào)節(jié)。

●具有熱關(guān)斷保護功能，當芯片結(jié)溫超過165℃時會自動關(guān)閉。

2 內(nèi)部構(gòu)成及引腳功能

2.1 內(nèi)部結(jié)構(gòu)

THMC40/41驅(qū)動器內(nèi)部由23kHz PWM振蕩器、PWM產(chǎn)生器、轉(zhuǎn)速器、高端柵極驅(qū)動器、低端柵極驅(qū)動器、霍爾傳感比較器、啟動和睡眠檢測電路、鎖定轉(zhuǎn)子檢測與自動再啟動電路、熱管理電路、高低端開關(guān)、同步開關(guān)電路以及電源電路等部分構(gòu)成，圖1所示其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖。

THMC40/41兩芯片的不同之處是其腳2功能有區(qū)別。THMC40的腳2（TACH）輸出為漏極開路轉(zhuǎn)速計信號輸出?？捎米黠L扇實際速率的監(jiān)視和測量；THMC41的腳2（RD）輸出則為漏極開路電機轉(zhuǎn)子鎖定檢測輸出，可用作電機鎖定時的報警。但兩種驅(qū)動器均為驅(qū)動電機繞組設(shè)置了RDS=0.4Ω、額定電流為1A的高、低端PW同DMOS驅(qū)動電路，并從腳5（VOUT）、腳11（PHA）和腳10（PHB）輸出，因此，無需外加功率驅(qū)動電路。THMC40/41通過調(diào)節(jié)電機繞組的功率電平來控制風扇速度。

2.2 引腳排列與功能

THMC40/41采用雙列14引腳封裝形式，其引腳排列如圖2所示，各引腳的功能說明如下：

腳1（Cosc）：外部振蕩電容連接端，可能性用于設(shè)計定PWM振蕩器的頻率。與腳1連接的內(nèi)部180μA電流源和電流吸收器用來給振蕩器電容充電和放電，以在腳1上產(chǎn)生從0.5～2.3V的三角波電壓信號。

腳2（TACH）：漏極開路轉(zhuǎn)速計信號輸出端（僅THMC40），可用作風扇實際速度的監(jiān)視和測量。對于THMC41，其腳2（RD）為漏極開路電機轉(zhuǎn)子鎖定檢測輸出，可用來在電機鎖定時進行報警。THMC40的腳2（TACH）狀態(tài)與腳13(H+)、腳12（H-）、腳11（PHA）和腳10（PHB）的輸入狀態(tài)的對應(yīng)關(guān)系如表1所列。

表1 THMC40的2腳與10～13腳的對應(yīng)關(guān)系

腳3（CP）：外部電荷儲存電容連接端，用于產(chǎn)生VOUT輸出高端DMOS管所需的柵極驅(qū)動電壓。

腳4（VPWR）：驅(qū)動器供給電壓輸入端。

腳5（VOUT）：電機繞組高端PWM驅(qū)動輸出。

腳6（NC）和腳8（NC）為空端。

腳7（PGND）、腳（AGND）：分別是驅(qū)動器的功率地和模塊地。

腳10（PHB）、腳11（PHA）：分別為電機B相、A相繞組低端驅(qū)動引腳。可用來驅(qū)動換相（可根據(jù)霍爾效應(yīng)位置傳感器監(jiān)測的轉(zhuǎn)子位置進行控制）。

腳13（H+）、腳12（H-）：分別是傳感比較器正、負輸入引腳。

腳14（VPWM）：PWM占空因數(shù)控制電壓輸入端。其控制信號可以是直流電壓信號，也可以輸入來自PC母板上超級I/O芯片上的數(shù)字PWM控制信號。但在后者條件下，應(yīng)在速度控制線與VPWM之間插入由10kΩ電阻和0.1μF電容組成的RC濾波器，如圖3所示。

3 電氣參數(shù)

THMC40/41的主要電氣功參數(shù)如下：

●最高輸入電壓VPWM：18V；

●高端PWM驅(qū)動輸出最高電壓VOUT：18V；

●低端驅(qū)動電壓VPHA、VPHB：40V；

●傳感比較器傳感輸入電壓VH+、VH-：7V；

●PWM占空因數(shù)控制輸入電壓VPWM：7V；

●漏極開路轉(zhuǎn)速計信號輸出電壓V7ACH（僅THMC40）：7V；

●漏極開路電機轉(zhuǎn)子鎖定檢測輸出電壓VRD（僅THMC41）：7C；

●振蕩電容電壓Vcosc：7V；

●充電泵電容電壓VCP：30V；

●高端PWM驅(qū)動輸出電流IOUT：1.5A；

●低端PWM驅(qū)動輸出電流IPHA、IPHB：1.5A；

●功耗PD：1022mW；

●工作溫度范圍Tc：-30～+80℃；

●存貯溫度范圍Tstg：-55～+150℃；

●最高結(jié)溫Tj：150℃。

●焊接溫度（10s）TLEAD：300℃。

4 應(yīng)用

THMC40/41主要用于變速直流無刷風扇電機的驅(qū)動。其應(yīng)用領(lǐng)域包括桌上電腦、工作站、服務(wù)器、打印機、實驗室檢測儀器以及實驗室電源等。

圖4是THMC40/41的應(yīng)用電路原理圖。圖中12V直流電壓經(jīng)二極管CR1加至THMC40/41的腳4（VPWR）作為其工作電壓，其工作電流約為5μA。與腳4相連的電容C4是旁路電容，C5的作用是消除電機換向時在輸入電源上出現(xiàn)的電流尖峰。C2是PWM振蕩器頻率設(shè)定電容，C3是電荷泵儲能電容。

將THMC40/41的腳5（VOUT）高端驅(qū)動輸出施加于電機繞組的公共端L，即可利用芯片內(nèi)部產(chǎn)生的PWM信號可為電機提供一個可控制的功率，從而控制電機的轉(zhuǎn)速。當PWM驅(qū)動信號開通期間，電機電流增加；在PWM驅(qū)動信號截止期間，電機電流減小。在THMC40/41腳14（VPWM）上的速率控制輸入開路時，可由1～10MΩ電阻控制風扇運行。利用VPWM電壓可以決定VOUT上輸出的PWM波形占空因數(shù)，VPWM既可以是直流控制電壓輸入，亦可以是數(shù)字控制輸入。將VPWM電壓和腳1（Cosc）上產(chǎn)生的三角波電壓進行比較，從而使芯片內(nèi)部PWM比較器的輸出占空因數(shù)與電壓VPWM成正比。當腳14上的電壓VPW0.7V時，THMC40/41處于睡眠狀態(tài)；當VPWM在0.7～2.5V之間變化時，其PWM占空比也將在11%～100%范圍內(nèi)作相應(yīng)改變，從而使電扇風速隨之變化。