STは、低電圧モーター制御ドライバ ファミリをリリースしました。
このファミリは3つの製品で構成されています:
STSPIN220 : 低電圧ステッピングモータードライバー
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STSPIN230 : BLDCモーター用の低電圧トリプルハーフブリッジモータードライバー
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STSPIN240 : 低電圧データブラシDCモーター
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これらの製品は同じシリコンをベースにしており、共通の特徴を持っています。まず、小型のQFN 3x3パッケージで提供されます。ハイサイド + ローサイドのRDsonは通常0.4オームで、25⁰ Cを意味します。ただし、モーター制御アプリケーションを設計する場合は、125⁰ Cで最大値を取ることをお勧めします。そうしないと、最大電流の計算が楽観的になりすぎます。実際、データシートに1.3 A RMSの電流が記載されている場合でも、この値はダイが耐えられる電流であり、アプリケーションが流せる最大電流ではないことに留意する必要があります。電力消費により、電流は低くなります。消費電力は、パッケージ、基板のレイアウト（銅の面積と厚さ）、および基板上の他のコンポーネントによって発生する熱によって異なります。アプリケーションが耐えられる電流を見積もるには、RDsonを0.8オーム (125o Cでは、25o Cでの抵抗の2倍)、消費電力を50 o C/Wと想定します。消費される電力は抵抗 * 電流^2なので、この場合、0.8 * 1.3^2 = 1.35Wとなります。想定される電力消費では、67o Cの上昇を意味します。民生用アプリケーションでも、この温度上昇により過熱シャットダウンが発生する可能性があります。さらに、ステッパー モーターまたはBLDCモーターでは、2つのブリッジが同じRMS電流を消費する必要があり、このエネルギーをすべて消散させる方法はありません。
STSPIN2x製品ファミリには過熱保護機能が統合されています。ダイ温度が160o Cに達すると、チップは自動的にシャットダウンします。実際には、温度が125o Cに達すると、RDsonが指数関数的に増加するため、過熱が発生します。 過熱状態は余分な電流によって発生するため、STSPIN2xには過電流保護と短絡保護も組み込まれています。
アプリケーションが消費できる最大電流を見積もるには、最高環境温度とボードの消費電力を知る必要があります。この情報があれば、電力マージンを計算でき、ブリッジの抵抗と使用されているブリッジの数を知ることで、最大電流を計算できます。
必要な電圧供給は1.8 ～ 10Vの1つだけです。これらのデバイスは、プリンターなどの低電力およびポータブルデバイスを対象としているため、非常に低電力でシャットダウンする必要があります。STSPIN製品にはスタンバイ ピンがあり、デバイスをシャットダウンして10nAのみを消費することが可能です。
中出力または高出力のモーター制御を設計する場合、ハイサイドを駆動するためにチャージポンプが必要です。低電力設計では、高電力ソリューションのNMOSとは異なり、ハイサイドをPMOSにすることができるため、ゲートをオンにするにはグランドを基準にすることができます。チャージポンプは故障の一般的な原因であるため、これにより設計が簡素化されます。
DCモーターは安価で駆動が容易なため、玩具業界でよく使用されます。STSPIN240は、2つのDCモーターを駆動できるデュアルHブリッジです。各ブリッジに1つずつ、合計2つのPWM電流コントローラが統合されています。toffピンのRC回路により、減衰タイミングをプログラミングできます。減衰は常に、低圧側での電流の再循環によってゆっくりと減衰します。
ステッピングモーターの駆動は、90度の位相差を持つ2つのDCモーターの駆動と考えることができます。の STSPIN220 最大256マイクロステップを駆動できる低電圧ステッピング モーター ドライバーです。このような小さなマイクロステップを設計するのは、主にマーケティング目的のためです。エンジニアリングの観点から見ると、それはあまり論理的ではありません。実際、ブリッジの切り替えが頻繁に行われると、切り替え時の電力損失が大きくなり、伝導損失よりも高くなることもあります。50kHzを超える速度でのスイッチングは避けることをお勧めします。理論上は、最大速度は200ステップ/秒になりますが、実際にはそれよりも低い速度で発生します。つまり、256マイクロステップ構成は非常に低速でのみ使用できます。また、低速でも、ノイズはマイクロステップよりも大きくなります。実際、モーターの2mHインダクタンスで5Vアプリケーションでブリッジが10マイクロ秒間オンになると、電圧は100mV増加します。これは、フルステップの真ん中、つまりsin(pi/4) にある2つのマイクロステップ間の68mVに等しい電圧の差と比較する必要があります。STSPIN220は同カテゴリでは最高クラスですが、設計者は最小のマイクロステップが必ずしもアプリケーションに適しているわけではないことを認識する必要があります。幸いなことに、 STSPIN220 はフル稼働するように構成できます。 ½ 1/4、 1/8、 1/16、 1/32、 1/64、 1/128 または 1/256 ステップ。高速で動作している場合、STSPIN220は、MODE1とMODE2という2つのピンをグランドに接続することで、簡単にフルステップに強制できます。MODE1とMODE2の入力が異なる組み合わせに切り替わるとすぐに、以前の状態が復元されます。
モーターを駆動するには、方向を指定するために1つのピンを使用し、次のマイクロステップに移動するために1つのピンを使用します。各HブリッジにはPWM電流コントローラがあります。周波数は、T0FFピンのRC回路によってプログラムされます。TOFF時間は、ゆっくりとした減衰の場合は 5/8 、速く減衰する場合は 3/8 に分割されます。この構成により、モーターの駆動が大幅に簡素化されます。
最後に、BLDCバージョンはSTSPIN230です。この種のモーターは、モーター速度をかなり速くする必要がある場合に使用され、たとえばドローンに使用されます。STSPIN230 には3つのハーフ ブリッジがあり、それぞれが2つのピンで制御されます。PWM電流制御がないため、このデバイスには、グランドとVcc間の短絡を回避するためのインターロック保護が追加されています。
結論として、低電力アプリケーションで駆動する必要があるモーターの種類に関係なく、STSPIN2xファミリは、メーカーと専門家の要件を満たすファクター評価ボード用のArduinoを備えた最先端のソリューションを提供します。