激光打印，电动工具等无刷直流电机驱动芯片MS4931应用于替代

鑫邦旺科技

MS4931描述

MS4931 为一款三相无刷电机的预驱动芯片，最高工作电压可达 35V，能适用驱动宽范围的 N 沟功率 MOSFET。芯片具有堵转保护，过温保护，以及同步整流等功能。内部同步整流可以使得芯片处于衰减期时通过打开合适的功率管从而降低功耗。

MS4931 提供使能,方向,刹车输入脚，用于控制电流，逻辑输入脚 FG1 和 FG2 可用于测量电机转动情况.芯片工作温度范围-40°C105°C，采用 28 脚 QFN 封装。

外置MOS工作电流可以做到10A以上，适合运用于需要大电流的电机驱动场合。

特点

驱动 3 组共 6 个 N 型功率管

同步整流，停机模式，低功耗

低压保护和过温保护

HALL 原件输入

PWM 控制电流，正、反转工作模式，可切换

死区时间保护

FG 输出

5V 稳压输出

锁机检测保护

应用

激光打印器

复印机

电动工具

大型家电

监控摄像头

替代方案

MS4931 pin=pin A4931

MS4931封装图

管脚图

内部框图

功能描述

驱动模块

芯片采用一种直接的 PWM 驱动方式减小功耗，PWM 通过调整输出模块上臂管的关断来实现调节功能，电机的驱动强度由其占空比决定。

在正常的 PWM 关断之时，同步整流开始发挥作用，下臂管导通，相比 LDMOS 寄生的二极管续流大大减小了热量的产生。

过流保护

过流保护电路用于限制输出电流的最大峰值，由 VREF 与 SENSE 脚的 Rsense 电阻决定(VREF=0.2，Rsense 为电流检测电阻)，公式为 Ilimit=0.2/Rsense。电路通过减小输出导通占空比来限制输出电流。

过流保护电路在检测 PWM 工作中在二极管中流过的反向电流时拥有一个 1.2u 左右的操作延时，从而防止限流电路工作异常。如果电机绕组的内阻或电感太小，在启动时（电机中没有反向电动势的产生），电流将会快速变化。这个工作延时可能会导致限流在大于设定值时才发生。因此在设定限流值时，有必要考虑延时引起的增加。

注意在限流电路中 PWM 频率，是由内置的振荡器决定，大概 50kHZ。

速度控制方法

脉冲从 ENABLE 管脚输入，可以通过调节 PWM 波的占空比来调节电机速度。ENABLE 为 0 时为 ON 态，ENABLE 为 1 时为 OFF 态。

如果有必要使用反向逻辑，可以加入一额外的 NPN 管。当 ENABLE 持续高电平，芯片会判定占空比为 0，会导致 CLD 电路计数重置并且 HB 脚的输出为 0。

CLD 保护电路

MS4931 包含有一个抑制保护电路，当电机正常运转但 HALL 信号长时间不变化时电路开始工作。当 CLD 电路工作时所有输出上臂管全部关断。

低压保护

MS4931 通过结合一比较器使用带隙电压作基准进行比较，电路检测 5.6V 的 HBIAS 电压，当BRAKEZ 为低且 HBIAS 电压低于 4.15V 时，所有输出晶体管将被关断。

为使 HBIAS 电压在 4.15V 附近不出现振荡，设置有 0.3V 的迟滞。因此，当 HBIAS 电压恢复到 3.2V时，低压保护电路才会关闭，所有输出管恢复工作。

过温保护

当芯片结温超过 154°C 时，过温保护电路被激活，关断所有输出管。当温度恢复到迟滞温度 40°C时，所有输出管恢复工作。

但是，由于过温保护仅仅在芯片结温超过设定值才会被激活，它并不能保证产品伴随这个电路就能免受破坏。

HALL 输入信号

幅度超过迟滞（最大 35mV）的 HALL 信号可以被识别，但考虑到噪声效应以及相位偏移，至少大于 100mV 的幅度为最佳。为了减少输出噪声的干扰，可以在 HALL 输入端接一对地电容。在 CLD 保护电路中 HALL 输入作为一个判断信号。虽然电路能无视大量的噪声，但关注时有必要的。HALL 信号同时为 HHH 或者 LLL 时被认为是错误态，将关闭所有输出管。

如果使用到 HALL 芯片，在一端固定（无论正负）一个共模电平范围(0.3VHBIAS-1.7V)，允许另一端的电压范围可以为 0HBIAS。

节电模式

在 MS4931 处于 STOP 态时，几乎所有电路都被关断，以减少功耗。当使用 HALL 偏置脚时，节电模式的电流消耗将近为 900uA。即使在结电模式，芯片仍然具有 5V 的稳定电压输出。并且，在节电模式下，芯片处于 Short Brake 态（低端管短接）。

电源稳定性

芯片产生大的输出电流，并且采用一种开关驱动的方式，电源线势必会被轻易的干扰。为此，为保证电压稳定，需要在 VBB 和地之间接入一个足够大的电容。电容地端接到 GND 上，尽可能的靠近管脚。如果不可能在 pin 脚上接入大电容，可在管脚附近接入 0.1uF 的陶瓷电容。

如果在电源线上嵌入一个二极管以防止电源线反接，电源线更容易被干扰，就需要更大的电容。

HBIAS 的稳定性

HBIAS 是逻辑电路的电源，为了稳定性，需要连接 0.1uF 或更大的电容。电容接地端需要连接到芯片的逻辑地(SGND)上。

电荷泵

电源电压通过电荷泵被逐步抬升，以提供高端管的栅电压。电压是通过逐步抬升被 CP1 和 CP2 之间的电容 CP，然后在 VG 和 VBB 之间的电容 CG 上逐渐累积。CP 和 CG 的大小推荐以下关系：

CG = CP =1uF

CP 上充放电频率为 50KHZ，当 CP 电容很大时 VG 将会被抬升。可是当电容太大，充放电将变的没有效率，VG 充电时间也就会很长。

使用须知

芯片具有同步整流功能，可以提高驱动效率。同步整流开始发挥作用，利用下臂管导通，相比寄生的二极管续流大大减小了热量的产生。可是，同步整流可能引发电源电压的上升，比如以下情况：

输出占空比突然减少

ENABLE 输入频率突然降低

必须采取有效措施去保护芯片，确保电源电压上升也不会超过绝对最大参数，包括：

电源到地的大电容的选择

电源到地的二极管的接入

典型应用图

1. 在任何环境下都不能超过芯片的绝对参数；

2. 流过大电流的 VBB，以及各个输出脚在版图布线时尽可能的宽和短；

3. VBB 的旁路电容，特别是陶瓷电容的连接应该尽可能的靠近芯片 VBB 脚；

4. HBIAS 被作为芯片的基准电压，需要使用电容连接在 HBIAS 和 GND 之间用来稳定 HBIAS。因此，该电容需要尽可能的靠近 HBIAS 脚。

5. 连接电机的地线以及 MCU 的地区域在版图设计中需要隔离；

6. HBIAS 不推荐被用于周边电路，因为精度并不高。