2008 年 3 月 三垦电气株式会社 MCD 事业部电机技术 2G 5 相步进电机驱动控制集成电路 SI - 7510 应用手册 (Ver.3.1) 〔目录〕 1. 前言 ---------------------------------------------------------2. 特点 ---------------------------------------------------------3. 产品规格 3-1 绝对最大额定规格 ----------------------------------------3-2 推荐工作条件 --------------------------------------------3-3 电气特性 ------------------------------------------------4. 限定值图 -----------------------------------------------------5. 输入逻辑真值表 -----------------------------------------------6. 内部方框图 ---------------------------------------------------7. 引脚排列与功能表 ---------------------------------------------8. 标准外接电路图（推荐参数） -----------------------------------9. 输入/输出时序图及电机线圈励磁时序 9-1 输入/输出时序图 ------------------------------------------9-2 电机线圈励磁时序 ----------------------------------------10. 外形尺寸图、标记 10-1 外观图 -------------------------------------------------10-2 标记 -------------------------------------------------------------------------------11. 设定电流的计算 11-1 设定电流的计算 -----------------------------------------11-2 节电方法 -----------------------------------------------12. 斩波动作 12-1 斩波 OFF 时间 -----------------------------------------12-2 消隐时间 -----------------------------------------------12-3 斩波 ON 时间 ------------------------------------------13. 输出元件（功率 MOS FET）的损耗计算方法 13-1 损耗计算所需的参数 -------------------------------------13-2 损耗计算（近似计算） -----------------------------------14. 使用注意事项 14-1 关于噪声 -----------------------------------------------14-2 关于电源时序 -------------------------------------------- 2 2 3 3 3 4 4 5 5 6 7 8 9 9 10 10 11 11 11 12 12 14 14 1 / 14 1. 前言 本产品为 5 相步进电机新五边形驱动专用的控制集成电路。 由于内置了励磁时序电路，因此可以通过从外部输入时钟 (CL) 来驱动电机。 输出段上使用 Nch 功率 MOSFET 阵列，以 SI-7510+MOS 阵列×2 共 3 个封装构 成驱动器。 ※ 本产品使用的驱动方式包含东方马达株式会社的专利。因此，使用时请注意电机 的选择。 2. SI-7510 的特点 【1】支持主电源电压 Vcc1 = 10 到 42V 【2】支持控制电源电压 Vcc2 = 3 到 5.5V 【3】正转 (CW) /逆转 (CCW) 切换功能 【4】4 相励磁 (Full) /4-5 相励磁 (Half) 切换功能 【5】Enable/Disable 切换功能 在 Disable 时内部计数器工作，输入时钟后时序会前进。 【6】内置高端驱动用充电泵电路 本产品输出段全部采用 Nch MOS FET 构成。 内置用于高端驱动的充电泵电路。 【7】采用外接 Rt/Ct 自励式定电流控制。 【8】最大输出电流由配对使用的 MOSFET 阵列的额定电流决定。 输出电流 推荐 MOS FET Io = 6A SLA5073 + SLA5074 Io = 7A SLA5068 + SLA5065 2 / 14 3. 产品规格 3-1 绝对最大额定规格 项目 主电源电压 逻辑电源电压 逻辑输入电压 REF 输入电压 Sense 输入电压 充电泵输出电压 允许损耗 工作环境温度 保存温度 结温 符号 Vcc1 Vcc2 VIN VREF Vsense VMC3 PD Ta Tstg Tj 规格 44 7 -0.３～Vcc2 -0.３～Vcc2 2 48 1.6 -10～80 -20～150 150 单位 Ｖ Ｖ Ｖ Ｖ Ｖ Ｖ Ｗ ℃ ℃ ℃ 符号 Vcc1 Vcc2 VREF 工作范围 10～42(※) 3～5.5 0.1～1 单位 V V V 3-2 推荐工作条件 项目 主电源电压 逻辑电源电压 REF 电压 ※如果使用时 Vcc1 在 35V 以上，请在 Vcc1～VMC3 之间插入 5V 的齐纳二极管。 3-3 电气特性 项目 符号 条件 Min 主电源电流 逻辑电源电流 逻辑输入电压 逻辑输入电流 ENA 输入电流 REF 输入电流 Sense 电压 Sense 电流 Mo 输出电压 RC 引脚阈值电压 RC 引脚流出电流 充电泵输出电压 高端输出电压 （栅极-源极之间） 低端输出电压 最大输入 Clock 频率 最小输入 CL 宽度(on) 上电复位时间 输出延迟时间 CW/CCW, F/H 输入 数据建立时间 CW/CCW, F/H 输入 数据保持时间 Icc1 Icc2 VIL VIH IIL IIH IENA IREF Vsense Isense VMOL VMOH VRCL VRCH IRC VMC3 VHGSL VHGSH VLGL VLGH fck TCON TPW TIO TICS TICH Vcc2 = 5V Vcc2 = 5V VIL = 0V VIH = 5.5V VENA = 0V IENA = 0~5.5V VREF = 1V Vsense = 0V,2V IMOL = 1mA IMOH = －1mA 规格 Typ 3.75 ‐20 ‐20 ‐100 ‐20 单位 Max 25 10 1.25 20 20 20 20 1 20 1 ‐20 4 0.5 1.5 300 Vcc1+9 VRC = 0V 1 无 ZDi 8.5 1 7.5 100 1 1.5 2 对 CL↑ mA mA V V μA μA μA V μA V V V V μA V V V V V kHz μs μs μs 500 ns 500 ns 3 / 14 4. 限定值图 45 主 电源 电压 V cc1 (V) Loa d supply Voltage 40 35 30 25 20 15 10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 环 境温 度 Ta (℃) Ambient Temperat ure 5. 输入逻辑真值表 功能 (Pin No.) L H Enable (5) Disable※1 Enable Full／Half (9) Full Half CW／CCW (10) CW CCW Reset※2 Clock Reset (11) Enable ※上述各功能与 CL 信号不同步工作。 ※1 如果在 Disable 状态下输入 CL，内部计数器会工作，时序前进。 ※2 Reset 时（原点）输出 ON 的相，高端：A 相，低端：C 相、D 相。 4 / 14 6. 内部方框图 7. 引脚排列与功能表 Pin 编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 符号 MC1 MC3 MC2 Vcc1 Enable Vcc2 MO CL F/H CW/CCW Reset RC Ref Sense Gnd VOLE VOLD VOLC VOLB VOLA VOHSE VOHGE VOHSD VOHG VOHSC VOHGC VOHSB VOHGB VOHSA VOHGA 功能 充电泵用电容连接引脚（对 MC2） 充电泵用电容连接引脚（对 Gnd） 充电泵用电容连接引脚（对 MC1） 主电源电压输入 输出 OFF 逻辑电压输入 用于检测电机位置的监视器 时钟 4Φ，4‐5Φ 切换 正转、反转切换 复位 用于设定斩波 OFF 时间的 RC 连接 用于设定电机电流的参考电压输入 用于检测电机电流 Gnd 低端 MOS FET 栅极连接引脚（E 相） 低端 MOS FET 栅极连接引脚（D 相） 低端 MOS FET 栅极连接引脚（C 相） 低端 MOS FET 栅极连接引脚（B 相） 低端 MOS FET 栅极连接引脚（A 相） 高端 MOS FET 源极连接引脚（E 相） 高端 MOS FET 栅极连接引脚（E 相） 高端 MOS FET 源极连接引脚（D 相） 高端 MOS FET 栅极连接引脚（D 相） 高端 MOS FET 源极连接引脚（C 相） 高端 MOS FET 栅极连接引脚（C 相） 高端 MOS FET 源极连接引脚（B 相） 高端 MOS FET 栅极连接引脚（B 相） 高端 MOS FET 源极连接引脚（A 相） 高端 MOS FET 栅极连接引脚（A 相） 5 / 14 8. 标准外接电路图（推荐常数） ☆请注意 Vcc 线路的噪声。 Vcc 线的噪声超过 0.5V 时，产品可能出现误动作。 6 / 14 9. 输入/输出时序图及电机线圈励磁时序 9-1 输入/输出时序图 CL Reset Enable CW/CCW F/H OHA OHB OHC OHD OHE OLA OLB OLC OLD OLE MO 0 Reset CL Reset Enable CW/CCW F/H OHA OHB OHC OHD OHE OLA OLB OLC OLD OLE MO 5 10 15 CW,Full 75 80 85 20 25 30 CCW,Full 90 95 100 35 40 45 50 60 65 70 75 CW,Half CCW,Half 105 55 110 ＊各入力信号切替え条件 CL CW/CCW F/H 切替え禁止範囲 切替え禁止範囲 500ns 500ns 切替え可能範囲 CW,Half Disable CCW,Full Disable Reset 7 / 14 8 / 14 4 相励磁 Full Step 励磁方式 1 11 10 1 0（原点） 0（原点） 12 2 2 13 3 3 CCW 14 4 4 9-2 电机线圈励磁时序 15 5 5 16 6 6 CW 17 7 7 18 8 8 19 9 9 10. 外形尺寸图、标记 SI-7510 为 Pin 间距 1.778mm 的 Dip 型集成电路。 10-1 外观图 27.10(1.067) 27.10max(1.106max) 16 8.80(0.346) 10.0max (0.394max) 30 1 15 1.778±0.25 (0.007±0.010) 10.16 (0.400) 5.08max 2.54min (0.100min) (0.200max) 0.51min(0.020min) 1.0(0.039) 0.48±0.1 (0.019±0.004) 0.25 +0.11 -0.05 +0.004 (0.010 -0.002 ) 0°～15° 10-2 标记 (1) (2) (3) (4) SK JAPAN SI-7 510 栏 项目 规格 (1) 年份代码 公历年份末位数 (2) 月份代码 月 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 字母 1 2 3 4 5 6 7 8 9 O N D (3) 管理代码 数字 1～9, 0 (4) 管理代码 数字 1～9, 0 年月在打印标记时设定。 9 / 14 11. 设定电流的计算 11-1 设定电流的计算 图 11.1 表示 Reset 时（励磁原点）的电 机电流路径。 本产品采用总电流控制，设定电流 Io 与 电机线圈电流 IOM 的关系如下所示。 Io = 2×IOM 与 检 测 电 压 VRS 进 行 比 较 的 参 考 电 压 VREF 的分配器比例为 1：1，设定电流 Io 可用以下公式表示。 （参见图 9.2） Io = VREF/RS VREF = Vcc2×r2/(r1 + r2) 图 11.1 电机电流路径 11-2 节电方法 若要在电机保持等情况下减小电机扭矩， 如图 11.2 所示添加 rx 与 Tr.电路。 设定电流 Iopd 的计算公式如下所示。 Iopd= 1 Vcc2 ・ r1(r2+rx) Rs 1+ r2･rx 上述计算公式未考虑三极管的饱和电压。 图 11.2 电流设定电 10 / 14 12. 斩波动作 图 12.1 表示斩波工作时各引脚的工作波 形，图 12.2 表示斩波工作时的电流路径（实 线：斩波 ON 电流 ION ，虚线：斩波 OFF 电流 IOFF）。 12-1 斩波 OFF 时间 本产品用于控制斩波工作时的斩波 OFF 时 间。斩波 OFF 时间由 RC 端子外接的 Rt / Ct 的 时 间 常 数 决 定 ， 是 RC 引 脚 电 压 由 约 1.5V 降至约 0.5V 所需的时间。 • 斩波 OFF 时间 tOFF 的计算公式 tOFF≒1.1×Rt×Ct Rt = 15～75KΩ，Ct = 420～1100pF（推荐值） 12-2 消隐时间 Rt/Ct 与消隐时间 tBRK 也有关系。消隐时 图 12.1 斩波工作波形 间可防止斩波工作从 OFF 到 ON 时发生的 振铃噪声导致的误动作。消隐时间为 RC 引 脚电压由约 0.5V 增加至约 1.5V 所需的时 间。RC 引脚电压增加时由 RC 引脚流出约 200μA 的电流。 • 消隐时间 tBRK 的计算公式 tBRK≒Ct/(200×10-6) 在消隐时间内即使检测电压比参考电压更 高 ， 电 源 控 制 电 路也不会工作，始终保持 ON 状态。因此，如果 Ct 的常数过大，在 尝试设定较小的输出电流值时可能无法下降 至设定值。如果 Ct 的常数过小，可能会发 生振铃噪声，导致误动作。 图 12.2 斩波电流路径 12-3 斩波 ON 时间 在本产品中，斩波 ON 时间由主电源电压 Vcc1、电机时间常数以及斩波 OFF 时间等 因素决定 在电机实际转动时，由于电机线圈的电感成分会因磁力线被切割而不断变化，斩波 ON 时 间也会变化。 11 / 14 13. 输出元件（功率 MOS FET）的损耗计算方法 SI-7510 在输出段上连接功率 MOS FET，驱动电机。 该功率 MOS FET 的近似损耗计算方法如下所示。该计算方法为近似式，未考虑实际工作时 的参数变动等因素。因此作为最终判断，请确认实际工作时功率 MOS FET 的发热情况。 13-1 损耗计算所需的参数 要计算功率 MOS FET 的损耗，需要用到以下参数。 ① 控制电流 IOM（电流波纹的平均值） ② 励磁方式 ③ 电流控制时的斩波时间：tON，tOFF ④ 功率 MOS FET 的 ON 电阻：RDS(ON) ⑤ 功率 MOS FET 的体二极管正向电压 VSD 在这里，④ 和 ⑤ 请使用所用功率 MOS FET 规格中的最大值。 此外，③ 需要在实际工作中确认。 13-2 损耗计算（近似计算） 各励磁方式中各相的损耗状态如下所示。 ※以在 MOS 阵列中使用 SLA5073 (3ch) 和 SLA5074 (2ch) 时为例。 下述状态下，表中记载的各符号的损耗用以下公式表示。 • H1 = IO2×RDS(ON) [W] • H2 = IOM2×RDS(ON) [W] • L1 = IO2×RDS(ON)×tON/(tON+tOFF) + IO×VSD×tOFF/(tON+tOFF) [W] • L2 = IOM2×RDS(ON)×tON/(tON+tOFF) + IOM×VSD×tOFF/(tON+tOFF) [W] ※ IO = IOM×2 倍 (Io = Vref÷Rs) tON 与 tOFF 之比 = 1:5（近似计算） 4 相励磁（全步距） 保持时的损耗：请计算任意停止的 Step 部位的损耗。 例）在原点保持时 • SLA5073 的损耗：H1 + L2 [W] • SLA5074 的损耗：L2 [W] 旋转时的损耗：作为平均损耗计算。 • SLA5073 的损耗：(H1×3 + H2×6 + L1×3 + L2×6) ÷10 [W] • SLA5074 的损耗：(H1×2 + H2×4 + L1×2 + L2×4) ÷10 [W] 12 / 14 4-5 相励磁（半步距） 保持时的损耗：请计算任意停止的 Step 部位的损耗。 例）在原点保持时 • SLA5073 的损耗：H1 + L2 [W] • SLA5074 的损耗：L2 [W] 旋转时的损耗：作为平均损耗计算。 • SLA5073 的损耗：(H1×9 + H2×6 + L1×9 + L2×6) ÷ 20 [W] • SLA5074 的损耗：(H1×6 + H2×4 + L1×6 + L2×4) ÷ 20 [W] 允许损耗 P(W) 各功率 MOS 阵列的允许损耗如下所示。 • No Fin 时 SLA5073 … 5W Θj-a = 25℃/W SLA5074 … 4.8W Θj-a = 26℃/W • 使用无限大散热板时 SLA5073 … 30W Θj-c = 4.17℃/W SLA5074 … 25W Θj-a = 5℃/W 参考计算得出的损耗和允许损耗以及下述限定值图，选择散热板。 各 No Fin 环境温度 Ta (℃) 决定 SLA5073，SLA5074 的散热板时，请务必在实际工作时确认产品的温度。上述 计算得出的损耗为近似值，存在误差。 选择散热板时，应保证在最差的条件下，SLA5073，SLA5074 的背面 AlFin 温度在 100℃ 以下。 SLA5073，SLA5074 的详细内容请参见各产品规格书。 13 / 14 14. 使用注意事项 14-1 关于噪声 如果 Vcc2 或 逻辑输入与噪声叠加，内部时序会受到噪声的影响，可能发生时序丢 失，因此请注意控制噪声的产生。 14-2 关于电源时序 建议按 “Vcc1→Vcc2” 的顺序切断电源。 如果先切断 Vcc2，可能在 SI-7510 输出段的 MOS 栅极中贮存的电荷泄放完之前出 现高阻抗。此时 MOS 栅极的电荷自然放电期间 MOSFET 的状态为 ON，会发生过电 流，因此需要注意。 14 / 14