2 相 SPM モータードライバ IC STA7120MC シリーズ データシート 2015 年 6 月 Ver.4.03 1. はじめに ........................................................................................... 2 2. 特徴 .................................................................................................. 2 3. 製品名と電流定格について.............................................................. 2 4. 製品仕様 ........................................................................................... 3 5. 減定格図 ........................................................................................... 6 6. 外形図＆捺印形状 ............................................................................ 6 7. 内部ブロック図＆ピンアサイン ...................................................... 7 8. 応用回路例 ....................................................................................... 8 9. 真理値表 ........................................................................................... 9 10. ロジック入力端子に関して.............................................................. 9 11. 回路構成 ......................................................................................... 10 12. 機能説明 ......................................................................................... 11 13. ご使用に際して .............................................................................. 17 14. 熱設計資料 ..................................................................................... 20 15. 代表特性例 ..................................................................................... 22 サンケン電気株式会社 1 / 22 STA7120MC シリーズ データシート Ver.4.03 1. はじめに 長年ご愛顧頂いております、弊社 2 相ステッピングモーター・ユニポーラ駆動ドライバの各 シリーズですが、新たに「STA7120MC シリーズ」をリリースすることになりました。 本資料は、 「STA7120MC シリーズ」に関する情報をまとめたものです。 2. 特徴 (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) モーター電源電圧 VM=35V max（使用範囲～33V） 主電源電圧 VBB=46V max（使用範囲 10V～44V） 出力電流 IO(max)：2A、3A をラインナップ Phase 入力対応 モーター電流を検出する「検出抵抗」を内蔵 シリーズ品はピンコンパチブル ZIP タイプ 18pin モールドパッケージを採用（STA パッケージ） OFF 時間固定の自励式 PWM 電流制御を採用 … tOFF=12µs (typ) (9) PWM OFF 時の損失を低減する回路（同期整流回路）を搭載 (10) モーターホールド時に発生する異音を防止する同期 PWM 機能を搭載 (11) 待機時のドライバ消費電流を低減する Standby 機能を搭載 (12) モーターコイルオープン／ショート保護および過熱保護を内蔵 (13) ブランキング時間（Min オン時間）を外部信号で切替可能 →3.0µs／5.0µs 3. 製品名と電流定格について STA7120MC シリーズの製品名と電流定格の対応を表 3-1 に記載します。 表 3-1 STA7120MC シリーズ製品名と電流定格の対応一覧 製品名 STA7122MC STA7123MC 電流定格 (最大設定電流値) 2A 3A ○ サンケン電気株式会社 ○ 2 / 22 STA7120MC シリーズ データシート Ver.4.03 4. 製品仕様 表 4-1 絶対最大定格 項目 モーター電源電圧 主電源電圧 特記なき場合、TA=+25℃ 備考 記号 VM VBB 規格値 単位 35 V 46 V STA7122MC 2.0 A IO 制御電流値 出力電流 STA7123MC 3.0 A VLI V Logic 入力電圧 ‐0.3 ～ 5.5 VLO 5.5 V Logic 出力耐圧 Flag 端子 VREF V REF 入力電圧 ‐0.3 ～ 5.5 VRS V 検出電圧 ±1 PD 3.5 W No Fin 許容損失 TJ 150 °C ジャンクション温度 °C TA 動作周囲温度 ‐20 ～ 80 °C Tstg 保存温度 ‐30 ～ 150 （※）出力電流値は、Duty 比、周囲温度、放熱条件によって制限される可能性があります。 いかなる使用条件下においても、決して指定された最大出力電流および最大接合部温度 （TJ）を超えないようにしてください。 表 4-2 推奨動作範囲 特記なき場合、TA=+25℃ 項目 記号 モーター電源電圧 主電源電圧 Logic 入力電圧 VM VBB VIN(Logic) 規格値 Min Max 33 10 44 0 5.5 単位 備考 V V V 0.1V 以下では制御電流 精度が低下します。 10pin リード部温度 °C TC 85 ケース温度 No Fin 時 注：VM が高いほど、OUT 端子の耐圧（75V min）に近づくためブレイクダウンを起こしやす い状態に近づきます。 OUT 端子がブレイクダウン（サージノイズ含）すると、本シリーズでは異常（コイルオ ープン）と認識し、保護が働く可能性が高くなるので十分な評価をお勧めします。 Ref 入力電圧 VREF 0.1 0.9 V サンケン電気株式会社 3 / 22 STA7120MC シリーズ データシート Ver.4.03 表 4-3 電気的特性 特記なき場合、TA=+25℃、VBB=24V 項目 記号 出力 MOSFET 耐圧 IBB IBBS VDSS 出力 MOS FET ON 抵抗 RDS(on) 出力 MOS FET Di 順電圧 VF 最大応答周波数 fCLK VLIL VLIH ILIL ILIH VLOL ILOL VREF VREFS IREF 主電源電流 Logic 入力電圧 Logic 入力電流 Logic 出力電圧 Logic 出力電流 REF 入力電圧 REF 入力電流 SENSE 検出電圧 VSENSE 検出抵抗 ※2 RS PWM 最小オン時間 tON(min) PWM オフ時間 tOFF Standby‐Enable 復帰時間 tSE スイッチング時間 過電流検知電圧※3 過電流検知電流 VSOC÷RS 負荷断線未検知時間 過熱保護温度 tPDON tPDOFF VSOC 定格 Min. Typ. Max. 15 3 75 0.18 0.12 0.85 0.9 0.24 0.18 1.2 1.3 250 0 2.3 0.7 5.5 ±1 ±1 0.5 3 0.9 5.5 0.1 2.0 ±10 VREF×1/3 －0.03 VREF×1/3 VREF×1/3 ＋0.03 0.15 0.1 3.0 5.0 12 100 単位 条件 mA mA V 動作時 Standby 時 ID=1mA Ω STA7122MC STA7123MC STA7122MC STA7123MC V kHz V V µA µA V mA V V µA Standby1※1 VREF＝0.1～5V V VREF=0.6V Ω STA7122MC STA7123MC µs µs µs B_SEL=L B_SEL=H µs tOPP 1.6 0.9 0.45 3 4.5 2 µs µs V A A µs TTSD 125 °C IOCP Duty＝50％時 VLIL＝0V VLIH＝5V ILOL＝3mA VLOL＝0.5V Standby1※1 ＆ Standby2※2 IN → Out ON IN → Out OFF Sense 端子電圧 STA7122MC STA7123MC PWM オフから開始 ケース裏面 ＇飽和温度時（ ※特記なき場合、電流は製品から流れ出す方向を‘－’とします。 ※1 Standby1 の状態は、｢IBBS｣、｢出力：OFF｣となります。 ※2 Standby2 の状態は、｢IBBS｣、｢出力：OFF｣、 「プロテクト解除」となります。 ※3 VSENSE＞VSOC の条件で保護回路が働きます。 サンケン電気株式会社 4 / 22 STA7120MC シリーズ データシート Ver.4.03 図 4-1 基準電圧 VREF の設定範囲 5.5V Standy1設定範囲 2.0V 禁止帯 OCP (VSOC=0.45V) 1.35Vtyp 0.9V ﾓｰﾀｰ電流設定範囲 0.1V ※「モーター電流設定範囲」⇔「Standby1設定範囲」の切替えに十分注意してください。 切替え時間が遅い場合、OCP動作(VSENSE＞VSOC)となる場合があります。 サンケン電気株式会社 5 / 22 STA7120MC シリーズ データシート Ver.4.03 5. 減定格図 パッケージ許容損失 PD [W] Allowable Package Power Dissipation 図 5-1 減定格図 4.0 3.5 θJ-A=35.7°C/W 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 周囲温度 TA [°C] Ambient Temperature 6. 外形図＆捺印形状 b a LF № 434 12345 ･ ･ ･ ･ ･ a.品名標示 712xMC※ b.ロット番号 第 1 文字 西暦年号下一桁 ･ 18 第 2 文字 月 1～9 月 ： アラビア数字 10 月 ： O 11 月 ： N 12 月 ： D 第 3，4 文字 製造日 01～31 ： アラビア数字 単位：mm ・端子材質：Cu ・端子処理：Ni メッキ＋半田ディップ（鉛フリー） ※a 品名標示の｢x｣は、電流定格違いに より、「2」または「3」の数字が標 示されます。 サンケン電気株式会社 6 / 22 STA7120MC シリーズ データシート Ver.4.03 7. 内部ブロック図＆ピンアサイン 8 9 MIC PreDriver Logic Block & Standby Circuit Protect Protect TSD ÷3 SenseA + Comp Rs Synchro Control PWM Control + - Comp PWM Control OSC OSC 14 Sync Pin 番号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 18 Reg. PreDriver 3 17 OutB 5 OutB VBB 6 N.C. INA INB 4 13 12 INB 7 INA 15 B_SEL 11 Standby2 2 Flag OutA 1 Ref/Standby1 OutA 図 7-1 内部ブロック図 記 号 Out A Out A/ Sense A B_SEL INA /INA Standby2 N.C. VBB Gnd Ref／Standby1 INB /INB Sync Flag Sense B Out B/ Out B 16 SenseB Rs 10 Gnd 機 能 A 相出力 A/相出力 A 相電流検出 ブランキング時間選択 A 相側切替入力 Standby2 設定入力 未接続 主電源（モーター電源） 製品 Gnd 制御電流／Standby1 設定入力 B 相側切替入力 PWM 制御切替入力 異常検知出力 B 相電流検出 B/相出力 B 相出力 サンケン電気株式会社 7 / 22 STA7120MC シリーズ データシート Ver.4.03 8. 応用回路例 図 8-1 応用回路例 VM=10V～33V VDD=3.0V～5.5V ＋ Standby Q1 r1 OutA OutA VBB OutB CA OutB r10 INA INA INB INB Sync B_SEL Standby2 Flag ＋ CB マイコン 等 ＳＴＡ7120ＭCシリーズ Ref/Standby1 SenseA r3～r9 r2 Gnd SenseB C2 1点Gnd ロジックGnd 参考定数 r1=10KΩ r2=1KΩ（VR） パワーGnd r3～9=1K～10KΩ（入力状態が不定とならない場合は不要） r10=5.1K～10KΩ ☆特にロジックラインや Gnd ラインのノイズに注意してください。 ノイズが 0.5V 以上になると製品が誤動作する場合がありますので Gnd パターンの引き回し には十分に注意してください。 製品 Gnd（10pin）部から信号系 Gnd（ロジック Gnd）と VBB 系 Gnd（パワーGnd）を分 けるとノイズ低減の効果があります。 ☆使用しない Logic 入力端子（INA、/INA、INB、/INB、B_SEL、Standby2、Sync）は、必 ず VDD 側又は Gnd 側にプルアップ／プルダウンをしてください。 オープンで使用した場合には、製品が誤動作します。 ☆Logic 出力（Flag）端子を使用しない場合は、必ずオープンにして下さい。 サンケン電気株式会社 8 / 22 STA7120MC シリーズ データシート Ver.4.03 9. 真理値表 （1）相切替入力対出力 表 9-1 相切替入力端子 A 相側 INA(5pin) Low High Low High /INA(6pin) Low Low High High OutA(1pin) OFF ON OFF OFF /OutA(2pin) OFF OFF ON OFF B 相側 INB(12pin) Low High Low High /INB(13pin) Low Low High High OutB(18pin) OFF ON OFF OFF /OutB(17pin) OFF OFF ON OFF ※Out はパワーMOSFET のドレインの状態を表しています（PWM 動作は含んでおりません）。 （2）Logic 入力 表 8-2 Logc 入力論理 端子名 Sync B_SEL Standby2 Low Level PWM 非同期 3.0µs(typ) Enable High Level PWM 同期 5.0µs(typ) Standby2 （プロテクト解除） （3）出力端子 表 9-2 モニター出力論理 端子名 High Level（Hi-Z） Low Level 正常動作 保護回路動作 Flag ・モニター出力構成は、オープンドレインとなっています。 ご使用の際はプルアップ抵抗（5.1K～10KΩ 程度）を取り付けて下さい。 ・保護回路が働いた時点で出力が OFF 状態となります。 保護機能を解除するためには、VBB を再投入するか Standby2 に設定して下さい。 10. ロジック入力端子に関して ロジック系入力端子(INA、/INA、INB、/INB、B_SEL、Standby2、Sync 端子)には、ノイ ズ耐量向上のためにローパスフィルター(LPF)を設けています。 また各入力端子構成は、MOS 入力となっているためハイインピーダンスの状態にあります。 ご使用の際は、必ず「Low レベル」または「High レベル」にてご使用願います。なおマイコ ンからの信号がハイインピーダンスになることが想定される場合は、プルダウン抵抗、または プルアップ抵抗を取り付けて下さい。特に出力の ON⇔OFF に関わる IN 端子がご使用中にハ イインピーダンスになると出力が異常発振となる可能性があり、最悪の場合には MOSFET が 破壊する可能性があります。 サンケン電気株式会社 9 / 22 STA7120MC シリーズ データシート Ver.4.03 11. 回路構成 (1)制御用モノリシック IC（MIC） ・Logic Block Logic 入力信号に応じて各ブロックへ信号を伝播します。 ・PWM Control OFF 時間固定の自励 PWM 電流制御を行ないます。 内蔵発振器（OSC）にて PWM オフ時間やブランキング時間を決定しています。 なお動作メカニズムは、現行の SLA7080MPR シリーズと同一になります。 （詳細な動作は、次節を参照して下さい） ・Synchro Control モーターホールド時に発生することがある異音を防止する、チョッピング同期回路になります。 Sync 端子を High レベルにすると、A 相と B 相のチョッピング OFF を同期させる信号を発 生させます。 なお動作メカニズムは SLA7080MPR シリーズと同一になりますので、チョッピング同期機 能をモーター回転時に動作させた場合、モーター電流が正常に制御されずトルクの低下や振 動の増加を招く場合があります。このため、回転時に本機能を使用することは推奨していま せん。 ・Reg 回路 出力 MOS FET のゲートドライブ回路（Pre-Drive）やリニア回路の動作に必要な電源を生成 する内部レギュレータになります。 ・Protect 回路 モーターコイルのショート／オープン保護回路となります。 保護はすべて検出抵抗 Rs に生じた電圧を検知することで働きます。 このため、OUT 端子や電流検出端子が Gnd にショートした際の過電流は検知できません。 またオープン保護回路は PWM 動作しているときにのみ働きますので、モーターを高速回転 させているなど定電圧駆動の状態となっているときは働きません。 保護回路が働くと出力 Disable となるとともに回路電流を軽減（約 1／3）します。 この状態からは下記の方法で復帰できます。 ①主電源 VBB の再投入。 ②Standby2 端子を High として Standby2 状態とし、プロテクト状態を解除する。 ・TSD 回路 製品（制御 IC）の温度が上昇し、閾値以上の温度となった場合に出力を Disable にしてドラ イバを保護する回路になります。 復帰方法に関しては、Protect 回路と同等となります。 (2)出力 MOS FET チップ 電流定格（2 種類）の違いにより、それぞれ搭載する MOS FET チップが異なります。 仕様に関しては、表 4-3 を参照してください。 (3)検出抵抗 本シリーズ品にはモーター電流を検出するための抵抗を搭載しております。 電流定格の違いにより、搭載する抵抗値は異なります。 仕様に関しては、表 4-3 を参照してください。 サンケン電気株式会社 10 / 22 STA7120MC シリーズ データシート Ver.4.03 12. 機能説明 (1)PWM 制御に関して ①ブランキング期間について モーターを駆動させた際の Sense 端子に発生する動作波形の観測例を図 12-1 に示します。 図 12-1 PWM チョッピング時 Sense 端子波形例 Itrip 時間軸拡大 Out 0 Out 5µs/div 500ns/div PWM がオン→オフの直後に数 µs の期間、Sense 端子にはスパイク状のノイズ（リンギン グノイズ）の発生が確認できます。このリンギングノイズは「モーターコイルの線間容量」、 「モーター配線の引き回し」等により発生の仕方がさまざまです。 本シリーズでは、検出電圧 VRS と REF 端子電圧の 1/3（Vtrip）をコンパレータで比較す ることで電流制御(PWM オン→オフ)しています。このため、PWM オンの直後に Sense 端 子に発生するリンギングノイズが Vtirp を超えるような場合、コンパレータが反応し PWM オフしてしまいます（ハンチング状態） 。 この現象を防止するため、PWM オンしてから一定期間はコンパレータからの電流検出信 号を無視する「ブランキング期間」を設けています（図 12-2）。 図 12-2 PWM 制御時 SENSE 端子波形模式図 ＰＷＭチョッピング１周期 ON OFF （内部固定） Itrip A相 0 A相 ブランキング期間 サンケン電気株式会社 ※図はＡ相ON時 11 / 22 STA7120MC シリーズ データシート Ver.4.03 ②ブランキング時間とハンチング現象について ブランキング時間を短くする事で下限域の電流 制御（追従）性を向上させる事が出来る反面、リン ギングノイズに対する余裕度が減少します。このた め、実際にモーターを駆動した場合、ハンチング現 象が発生する場合があります（図 12-3 に発生時の 波形例を示します） 。 この対策として、STA7120MC シリーズではブラ ンキング時間を選択できるようにしました（B_SEL 端子） 。 短いブランキング時間（3.0µs）を選択した状態 でハンチング現象が観測された場合には、長いブラ ンキング時間（5.0µs）を選択することにより、こ の問題を改善できる場合があります。 図 12-3 ハンチング現象発生時 の Sense 端子波形例 Itrip 0 20μs/div ③ブランキング時間の違いに関して ブランキング時間の違いに着目して特性を比較した場合、表 12-1 のようになります。た だし両者の比較は、モーター、モーター電源電圧や REF 入力電圧などといった駆動条件、 回路定数が同じ場合を考えます（つまり、製品だけを変えて比較するという意味です）。 表 12-1 ブランキング時間の違いによる特性比較 比較項目 特性比較 内部ブランキング設定時間 短 長 PWM 最小オン時間 小 対リンギングノイズ耐量 大 最小コイル電流 小 次に、各項目について簡単に説明します。 ・PWM 最小 ON 時間 ton(min) 本製品の PWM 制御ではブランキング時間が設けてあるため、電流を絞るために ON 時 間を短くしようとしてもブランキング時間より短くすることが出来ず、この分だけ必ず ON となります。 PWM 最小 ON 時間とは、このブランキング時間により必ず出力が ON 状態となる時間 を指し、ブランキング時間の短い方が「小」となります。 ・最小コイル電流 PWM 最小 ON 時間状態で制御されている時のコイル電流を指します。ブランキング時 間の短い方が電流を絞ることが出来るということになります。 サンケン電気株式会社 12 / 22 STA7120MC シリーズ データシート Ver.4.03 ④PWM オフ期間について 本シリーズでは、PWM オフ時間は内部発振器より生成した固定時間となっています。 またこの PWM オフ時間に発生する損失を低減するため、PWM オン時と同様に MOS FET をオン状態としてモーターコイルに蓄えられた逆起電力を解消する機能が内蔵されていま す（同期整流動作） 。 図 12-4 に逆起電力回生方法の違いを示しますが、 本シリーズは PWM オフ側の MOS FET も OFF⇔ON します。なお同期整流動作の切替りの際は MOSFET が同時に ON することを 防止するためのデッドタイム （約 0.5µs） が設けられており、この期間は回生電流が MOS FET のボディダイオードに流れます。 図 12-4 同期整流動作 Vcc 【通常回生動作】 Ion 【同期整流回生動作】 Vcc Ioｆｆ Ion Ioｆｆ SPM Vg SPM Vg Vrs PWMオン Rs PWMオフ Vg Vg Vrs PWMオン PWMオン Rs PWMオフ ﾃﾞｯﾄﾞﾀｲﾑ時の回生電流 PWMオン ﾃﾞｯﾄﾞﾀｲﾑ FET Gate信号 Vg 0 FET Gate信号 Vg Vref 検出電圧 Vrs 0 FET Gate信号 Vg 0 FET Gate信号 Vg Vref 検出電圧 0 Vrs デッドタイムの期間は、回生電流がFETボディダイオードに流れます。 サンケン電気株式会社 13 / 22 STA7120MC シリーズ データシート Ver.4.03 (2)保護機能 本シリーズには、 「モーターコイルショート保護回路」、 「モーターコイルオープン保護回路」 および「過熱保護回路」が搭載されております。 以下に各保護回路の説明を示します。 ①モーターコイルショート保護（負荷ショート）について 本シリーズに内蔵したモーターコイル保護回路は、電流制御と同様に検出抵抗に発生する 電圧 VRS を検知することで動作し、保護動作の電圧 VSOC は約 0.45V に設定しております。 なお保護回路が働いた時点で、出力が Disable の状態となります。 モーターコイルショート保護動作条件：VRS＞VSOC 図 12-5 モーターコイルショート保護回路動作 VM コイルショート SPM VOCP コイルショート 通常動作時 VREF Vg VRS VRS Rs 0 ⇒出力Disable ※検出抵抗を通らずに流れる過電流は検知できません。 ②モーターコイルオープン保護について（特許取得済） ユニポーラ駆動において、動作時に 1 つの出力端子（モーターコイル）が断線することは、 ドライバ破壊の原因になります。これは断線後に接続されている MOS FET に、PWM オフ 時に逆起電力により非常に高いエネルギーが加わる「アバランシェ状態」となるためです。 「アバランシェ状態」では、出力が MOS FET のドレイン‐ソース間の耐圧に達した状態 （ブレイクダウンした状態）でモーターコイルに蓄えられたエネルギーを解消します。本シ リーズでは、ある程度のアバランシェエネルギー耐量を持った MOS FET を使用しています が、アバランシェエネルギー耐量は温度に依存し、高温になるにつれて低下します。 断線状態では PWM 動作を繰り返すたびに高いエネルギーが加わるため、MOS FET の温 度は上昇、「印加エネルギー＞耐量」となった時点でドライバが破壊します。そこで本シリ ーズには、この「アバランシェ状態」を検知してドライバを保護する回路を搭載しました。 以下にその動作を示します。 モーターコイルが断線すると先に説明しましたように、PWM オフ期間中は接続されてい る MOS FET が耐圧に達した状態で回生電流が流れます。正常時は検出電圧 VRS が PWM オ フ期間は負電位になるのに対して、モーターコイルが断線した状態では正電位が発生するこ とになります。つまり、PWM オフ期間に VRS が正電位であることを検知することにより、 モーターコイルが断線していることを検知できることになります。 本シリーズでは、検知誤動作を回避するためモーター断線の状態を連続して 3 回検知した 時点で保護が働く様に設計されています。図 12-6 に動作図を示します。 サンケン電気株式会社 14 / 22 STA7120MC シリーズ データシート Ver.4.03 図 12-6 負荷オープン保護動作 通常動作時PWM動作図 ﾓｰﾀｰ断線時PWM動作図 VM VM SPM SPM Ion Ioff 断線 Vg Vg Vout Vout Vrs Rs Vrs Rs ﾓｰﾀｰ断線時 FET Gate信号 Vg 0 FET Gate信号 Vg 0 VDSS Vout 2VM VM Vout 0 0 VREF ﾌﾞﾚｲｸﾀﾞｳﾝ(ｱﾊﾞﾗﾝｼｪ状態) VREF VRS VRS 0 0 ﾓｰﾀ断線検知 ※注意 PWM オフした後に発生するサージノイズにより出力のブレイクダウンが確認された場 合、ブレイクダウン発生期間が負荷断線未検知時間（tOPP）を過ぎても継続しますと、実 際に負荷が断線していなくても保護機能が働く場合があります。モーター及び配線の引き 回し等の見直しをしてブレイクダウン時間を負荷断線未検知時間（tOPP）内で収まるよう に改善を行って下さい（セットバラツキの考慮も必要です） 。 なおブレイクダウンが確認されていない場合には、動作に問題ありません。 また改善方法の 1 つとして、Out-Gnd 間にサージノイズ吸収用のコンデンサを取り付け ることで正常動作となる場合があります。 ｻｰｼﾞがVdssに達していない Vdss Vout 【問題なし】 ﾌﾞﾚｲｸ期間がｔopp以下 Vdss Vout 【問題なし】 サンケン電気株式会社 ﾌﾞﾚｲｸ期間がｔopp以上 Vdss Vout 【改善要】 15 / 22 STA7120MC シリーズ データシート Ver.4.03 ③過熱保護について 製品温度が上昇し、TTSD を超えたところで保護回路が働き、全出力が Disable になります。 注）本製品の内部構成はマルチチップ構成（制御用 IC×1，MOSFET×4，チップ抵抗× 2）となっています。主な発熱源は MOSFET とチップ抵抗となりますが、実際に温 度を検知する場所は制御用 IC です。このように発熱源と熱の検知場所（制御用 IC） とに距離があるため、熱の伝達に遅れが生じます。このため急激な温度変化には追従 できません。従いまして、設計段階でアブノーマル評価を十分に行い、ジャンクショ ン温度が保証値（150℃）を超えないようにして下さい。 サンケン電気株式会社 16 / 22 STA7120MC シリーズ データシート Ver.4.03 13. ご使用に際して (1)モーター電流の設定について 本シリーズにおけるモーター電流 Io は、図 8-1 の応用回路例の場合、r1，r2 と製品内蔵の 検出抵抗 Rs により決まります。以下に Io を求める計算式を示します。 Io r2 1 VDD Rs r1 r 2 3 ・・・・・式① ここで 2 重下線の項は、基準電圧 VREF になります。 VREF を 0.1V 以下に設定すると製品のバラツキや配線パターンのインピーダンス等の影響を 受け電流精度が低下する可能性が高くなります。 (2)制御電流の下限値について 本シリーズは、OFF 時間固定の自励式 PWM 電流制御方式を採用しています。固定されて いる PWM オフ時間内にモーターコイルに蓄えられたエネルギーが解消してしまうと、コイル 電流は図 13-1 に示すような断続した電流として流れます。つまり、PWM による平均電流が低 下し、モータートルクも低下します。このコイルに電流が断続的に流れ始める状態を制御電流 の下限値と弊社では考えています。 制御電流の下限値は、ご使用されるモーター等の条件により異なりますが、以下の式にて概 算できます。 I O min V M 1 1 R t exp OFF t C VM RDS(on) tOFF ： ： ： モーター電源電圧 MOS FET オン抵抗 PWM オフ時間 Lm R R Rm RDS ( on) RS tC Rm Lm RS ： ： ： ・・・・・・式② モーター巻き線抵抗 モーター巻き線インダクタンス 電流検出抵抗 制御電流値をこの下限値以下に設定しても製品が破壊することはありませんが、設定電流に 対し制御電流が悪化します。 図 13-1 制御電流下限モデル波形 Itrip大 A相 Itrip小 0 A相 コイル電流が0になる タイミングが発生する サンケン電気株式会社 17 / 22 STA7120MC シリーズ データシート Ver.4.03 (3)アバランシェエネルギーの確認 本シリーズのユニポーラ駆動方式は、出力の MOS FET の耐圧を越えるサージ電圧（リンギ ングノイズ）が製品に印加される場合があります。本製品は、このサージ電圧を想定して十分 なアバランシェ耐量を持つ MOS FET を使用しておりますので、 VM 通常はサージ電圧が発生しても問題なく使用いただけます。 ただし、モーターのハーネスの引き回しが長い場合や定格電流 および定格電圧付近で使用される場合は、弊社の想定を越えるア SPM バランシェエネルギーが製品に印加されることがありますので ID 実機評価において必ず製品に印加されているアバランシェエネ ルギーを確認してください。 VDS(AV) アバランシェエネルギーの確認方法を以下にまとめます。 図 13-2 に観測ポイント，図 13-3 に波形図を示します。 Rs 【計算例】 図 13-3 の波形観測の結果より VDS(AV)=80V ID=1A t=0.5µs のデータが得られた場合、アバランシェエネルギーEAV は下 記より求められます。 EAV≒VDS(AV)×1/2×ID×t ・・・・・式③ ＝80V×1/2×1A×0.5×10－6 ＝0.02[mJ] 例のように計算した EAV を、 図 13-4 に示すグラフと比較し、 MOS FET のアバランシェエネルギー耐量範囲内であるか を確認して安全性を判断します。 図 13-2 観測ポイント VDS(AV) ID t 図 13-3 ブレイクダウン時 波形図 図 13-4 繰返しアバランシェエネルギー耐量 EAV 20 16 STA7123MC Eav [mJ] 12 8 STA7122MC 4 0 0 25 50 75 100 125 150 製品温度 Tc[℃] サンケン電気株式会社 18 / 22 STA7120MC シリーズ データシート Ver.4.03 (4)モーター電源電圧（VM）と主電源電圧（VBB）について 本製品は図 7-1 の内部ブロック図に記載したように、制御用 IC（MIC）と出力段パワー MOSFET マルチチップ構造となっているため、モーター電源と主電源とは電気的に分離され ております。したがいまして、モーター電源と主電源とで異なった電源を使用して駆動するこ とも可能です。ただし両電源は電源電圧範囲が異なりますので、注意願います。 (5)内部ロジック回路に関して a）チョッピング同期回路について モーターHold 時に発生することがある、モーター異音を防止するための機能となり、Sync 端子をハイレベルに設定すると有効となります。 ただしこの機能をモーター回転時に使用すると、制御電流が安定せず、モータートルクの 低下や振動の増加が起きる場合があるため、回転時に使用することはお勧めできません。 b）出力 Disable（Standby1、2）回路について モーターフリー状態（出力 Disable）にする方法として、REF 端子を 2V 以上にする方法 （Standby1）と、Standby2 端子を”High”にする方法（Standby2）があります。どちらも 主電源系の回路を停止させて回路電流を低減する、Standby モードになります。 違いは、Standby2 は保護機能が働いた状態から復 図 13-5 Disable 解除と Phase 信号 帰する機能を兼ねている点です。 切替のタイミング なお出力 Disable（Standby1、standby2）状態か Ref電圧 らモーターを回転させるモードに移行する場合、製品 励磁信号 の立ち上がりだけではなく、モーター励磁電流の立ち 100µs(min) 上がり時間を考慮した上で、Disable 解除から Phase 信号を切り替えるまでの時間を設定するようにして Phase信号 ください（図 13-5） 。 c）Ref／Standby1 端子について 本製品の REF 端子は表 9-1 の真理値表や前項 b などに説明がありますが、 ①出力制御電流の基準電圧設定 …Low レベル （VREF≦0.9V） ②出力 Enable／Disable 制御入力…High レベル （VREF≧2.0V） の 2 つの機能を兼ねております。なお出力 Enable／Disable の切り替わりのしきい値電圧は、 約 1.75V に設定しています。 REF 電圧制御の際は、下記に注意してください。 ・①の領域だけでなく、①～閾値電圧（1.75V typ）の範囲も、REF 電圧にしたがい制御 電流値も変わりますので、損失には注意が必要となります。 また REF 電圧によっては制御電流値が OCP の動作範囲に入り、OCP 保護が働く場合 もありますので注意して下さい。 ・閾値電圧付近に REF 電圧が設定された場合、出力が Enable と Disable を繰り返してし まう可能性があります。 d）ロジック入力端子（INA、/INA、INB、/INB、B_SEL、Standby2、Sync 端子）について 使用しない端子がある場合には、VDD または GND へ接続をしてください。 オープンで使用した場合、製品が予期せぬ動作をする可能性があります。 e）モニター出力端子（Flag 端子）について 製品内部は図 13-6 の等価回路のように、オープンドレイ ン出力となっていますので、ご使用の際はプルアップ抵抗 (5.1K～10KΩ 程度)を取り付けてください。 なお Flag 端子を使用しない場合は、必ずオープンとして ください。 サンケン電気株式会社 図 13-6 モニター出力端子内 部等価回路 静電気 出力 保護回路 19 / 22 STA7120MC シリーズ データシート Ver.4.03 14. 熱設計資料 本シリーズでの損失を正確に算出するには、モーターの実動作時の時定数や励磁モード、入力 周波数及びそのシーケンス等、変動するパラメータが必要になり現実的ではありません。 そこで、まずワースト条件にて、近似計算にて算出します。最小限のパラメータのみを抽出し た損失の計算式は以下の通りです。 P I 2 (R DS(on)＋Rs) 2 P I RDS(on) Rs ： ： ： ： 製品損失 動作電流≒Io 搭載 MOSFET のオン抵抗 搭載検出抵抗 上記にて算出した製品損失を元に、下に示した図 14-1 の温度上昇曲線を用いて製品のジャン クション温度を推定します。この時、最悪条件（動作周囲温度の最大値）にて、シャンクション 温度が 150℃を超えなければ問題はありませんが、 最終判断は実動作における製品発熱を測定し、 図 14-1 より損失およびジャンクション温度を確認してください。 図 14-1 製品温度上昇特性 150 ΔTJ-A=35.7×PD 上昇温度 ΔT [°C] 125 100 75 ΔTC-A=22.9×PD 50 25 0 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 パッケージ許容損失 PD [W] 製品に放熱板を付けて使用される場合、ΔTJ-A を算出するパラメータの中で製品の熱抵抗 θJ-A が変化します。この値は放熱板の熱抵抗を θFIN とすると θJ-A≒θJ-C＋θFIN＝(θJ-A－θC-A)＋θFIN となり、この式で算出した θJ-A の値を代わりに使用して計算します。 また実動作にて製品温度を測定しジャンクション温度を推定する場合は、次のように考えます。 まず、製品の樹脂裏面中央部の温度上昇を測定します(ΔTC-A)。この温度上昇から図 14-1 の製 品温度上昇グラフを見て、損失 P とジャンクション温度 TJ を推定します。この際、製品の温度 上昇 ΔTC-A とジャンクション上昇温度 ΔTJ の関係は、以下の計算式で近似できます。 ΔTJ≒ΔTC-A＋P×θJ-C サンケン電気株式会社 20 / 22 STA7120MC シリーズ データシート Ver.4.03 ☆注意事項 ・本製品の内部構成はマルチチップ構成（制御用 IC×1，MOSFET×4，チップ抵抗×2）とな っています。主な発熱源は MOSFET とチップ抵抗となりますが、実際に温度を検知する場所 は制御用 IC です。このように発熱源と熱の検知場所（制御用 IC）とに距離があるため、熱の 伝達に遅れが生じます。このため急激な温度変化には追従できません。従いまして、設計段階 でアブノーマル評価を十分に行い、ジャンクション温度が保証値（150℃）を超えないように して下さい。 ・この熱設計資料は、実際に製品を動作させる前にどの程度まで使用できるかを検討するための 資料です。最終的には実機にて製品発熱（10Pin の温度）を確認して判断して下さい。 なお製品発熱の最大推奨値は以下の様になります。 No Fin 時：85℃ Fin 接続時：75℃ サンケン電気株式会社 21 / 22 STA7120MC シリーズ データシート Ver.4.03 15. 代表特性例 (1)出力 MOS FET オン電圧 VDS(on)特性 STA7122MC STA7123MC 0.8 0.8 Io=2.0A Io=3.0A 0.6 VDS(on) [V] VDS(on) [V] 0.6 0.4 Io=2.0A 0.4 Io=1.0A Io=1.0A 0.2 0.2 0.0 0.0 -25 0 25 50 75 100 125 -25 0 製品温度 Tc[℃] 25 50 75 100 125 製品温度 Tc[℃] (2)出力 MOS FET ボディダイオード順方向電圧 VF 特性 STA7122MC STA7123MC 1.0 1.0 0.9 0.9 Io=2.0A VSD [V] VSD [V] Io=3.0A 0.8 0.7 0.8 0.7 Io=2.0A Io=1.0A Io=1.0A 0.6 0.6 -25 0 25 50 75 100 125 製品温度 Tc[℃] -25 0 25 50 75 100 125 製品温度 Tc[℃] サンケン電気株式会社 22 / 22