STA6940M アプリケーションノート Ver. 3.4 2012 年 7 月 STA6940M アプリケーションノート Ver. 3.4 部署名 MCD 事業部低圧モータグループ 本資料は、DC ブラシモーター駆動用 IC STA6940M に関する情報をまとめたもの です。 本資料には開発中の製品も含まれておりますので、暫定的な内容が含まれています。 最新情報に関しては、弊社担当部門までお問合せ願います。 〔目次〕 1． はじめに． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ．．．．．．．．．．．．．．．．． ．．．． ．．．．．．．．．．．．．．．．．．． ．． 2 頁 2． 特徴． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ．．．．．．．．．．．．．．．．． ．．．． ．．．．．．．．．．．．．．．．．．． ．． 2 頁 3． 製品仕様． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ．．．．．．．．．．．．．．．．． ．．．． ．．．．．．．．．．．．．．．．．．． ．． 2 頁 4． 減定格図． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ．． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． 5頁 5． 外形図＆捺印形状． ． ． ． ． ． ． ． ． ．．．．．．．．．．．．．．．．． ．．．． ．．．．．．．．．．．．．．．．．．． ． 5頁 6． 内部ブロック図＆Pin 配列． ．．．．．．．．．．．．．．．． ．．．． ．．．．．．．．．．．．．．．．．．． ．． 6頁 7． 応用回路例． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ．．．．．．．．．．．．．．．．． ．．．． ．．．．．．．．．．．．．．．．．．． ． 7頁 8． 真理値表． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ．． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． 8頁 9．回路構成（制御用 IC 部） ．． ． ．． ． ．． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． 9頁 10．機能説明． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ．．．．．．．．．．．．．． ．．．． ．．．．．．．．．．．．．．．．．．． ．．． ． 10 頁 11．ご使用に際して． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ．．．．．．．．．．．．．． ．．．． ．．．．．．．．．．．．．．．．．．． ．．． ． 16 頁 12．熱設計資料． ． ． ． ．． ． ． ． ． ． ． ． ． ．．．．．．．．．．．．．． ．．．． ．．．．．．．．．．．．．．．．．．． ．．． ． 17 頁 13．代表特性例． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ．．．．．．．．．．．．．． ．．．． ．．．．．．．．．．．．．．．．．．． ．．． ． 20 頁 サンケン電気株式会社 1／20 STA6940M アプリケーションノート Ver. 3.4 1．はじめに この度、新たに「STA6940M」をリリースすることになりました。 本資料は、 「STA6940M」に関する情報をまとめたものです。 2．特徴 ・主電源電圧 VBB＝44V(max)，実仕様：10V～40V ・Logic 電源電圧 VDD＝3V～5.5V 対応 ・出力電流 Io：4A(ave)，8A(max) ・出力段全てに Nch MOS FET を使用し低損失化 ・チャージポンプ回路内蔵 ・正転／逆転／フリー／ブレーキ制御可能 ・定電流制御可能 → オフ時間：35μs 固定(Slow Decay) ・過電流保護(OCP)回路内蔵 → オフ時間：142μs 固定(First Decay) ・過熱保護(TSD)回路内蔵 ・ZIP タイプ 18pin モールドパッケージを採用(STA パッケージ) 3．製品仕様 表 3-1 絶対最大定格 (Ta=25℃) 項 目 記号 主電源電圧 VBB 44 V Logic 電源電圧 VDD 6 V 出力電圧 Vo －1.0 ～ VBB+1.5 Ⅴ 出力電流 Io(max) 8 A Logic 入力電圧 VIN ‐0.3 ～ VDD+0.3 V PWM REF 入力電圧 VPREF ‐0.3 ～ VDD+0.3 V OCP REF 入力電圧 VOREF ‐0.3 ～ VDD+0.3 V VRS ‐1 ～ 2 V 2.7 W DC 駆動 3.0 W PWM 駆動(Slow Decay) 3.2 W PWM 駆動(Fast Decay) 検 出 電 圧 許容損失 PD 規 格 値 単位 ジャンクション温度 Tj 150 ℃ 動作周囲温度 Ta ‐20 ～ 85 ℃ 保存温度 Tstg ‐30 ～ 150 ℃ サンケン電気株式会社 備 考 100us 以下 tw<1µs は含まず 2／20 STA6940M アプリケーションノート Ver. 3.4 表 3-2 推奨動作範囲 項 目 記号 規格値 単位 Min Max 10 40 V 4 A 5.5 V 備考 主電源電圧 VBB 出力電流 Io Logic 電源電圧 VDD PWM REF 入力電圧 VREF 1 V VDD サージ電圧は±0.5V 以下にして下さい。 電流制御動作時 OCP REF 入力電圧 VOREF 2 V 過電流制御動作時 ケース温度 Tc 85 ℃ パッケージ裏面温度 No Fin 時 3.0 表 3-3 電気的特性 特に断りなき場合、Ta=25℃，VBB=24V，VDD=5V の条件となります 定格 項目 記号 主電源電流 IBB Logic 電源電流 IDD チャージポンプ電圧 Vcp VBB+5 V チャージポンプ発振周波数 Fcp 360 KHz 主電源 VUVBL 7 V VUVBH 7.8 V VUVDL 2.3 V VUVDH 2.5 V チャージポンプ電圧 VUVCL 3.8 V 低電圧保護電圧※ VUVCH 4 V 出力MOS FET ON 抵抗 RDS(on) 0.1 出力MOS FET Di 順電圧 VF 0.95 出力MOSFET 耐圧 VDSS ※ 低電圧保護電圧 Logic 電源 ※ 低電圧保護電圧 Logic 入力電圧 Logic 入力電流 Min. Typ. 条件 20 mA 動作時 5 mA 0.13 53 0.25VDD 0.75VDD Ω ID=4A V IF=4A V V IIL ±1 μA IIH ±1 μA Logic 入力最大応答周波数 fclk 100 PWM_REF 入力電圧 VPREF 0.1 PWM_REF 入力電流 IPREF OCP_REF 入力電圧 VOREF OCP_REF 入力電流 IOREF VBB=10V～40V V VIL VIH 単位 Max. KHz 1.0 ±10 0.1 V μA 2.0 ±10 V μA Clock Duty＝50％時 PWM_Ref 設定端子 OCP_REF 設定端子 ※各電源(3 箇所)の低電圧保護機能が 1 つでも働いている場合は出力が Disable となります。 サンケン電気株式会社 3／20 STA6940M アプリケーションノート Ver. 3.4 表 3-3 電気的特性(続き) 特に断りなき場合、Ta=25℃，VBB=24V，VDD=5V の条件となります 定格 項目 記号 PWM 検出電圧 VPSEN 過電流検出電圧 VOSEN Sense 入力電流 ISENSE Diag 出力電圧 VDIAGL Diag Output Voltage VDIAGH Diag 出力電流 IDIAGL Diag Output Current IDIAGH Diag 出力周波数 ｆDIAG Min. Typ. Max. VPREF VPREF VPREF ‐0.045 ‐0.015 ＋0.015 VOREF VOREF VOREF ‐0.045 ‐0.015 ＋0.015 ±20 単位 条件 V V Sense 端子 μA V IDIAGL =1.25mA V IDIAGH =-1.25mA mA VDIAGL =0.5V mA VDIAGH =VDD-0.5V 90 KHｚ PWM オフ期間内 ton(min) 5 μs PWM オフ時間 tPOFF 35 μs OCP 最小オン時間 toon 5 μs OCP オフ時間 tOOFF 142 μs PWM 最小オン時間 (ブランキング時間) クロスオーバー カレントディレイ時間 tCOCD 1.25 VDD-1.25 1.25 -1.25 150 750 PWM 動作時 OCP 動作時 ns tcon 3.0 μs IN → Out ON tcoff 2.7 μs IN → Out OFF 過熱保護動作温度 Ttsdon 140 ℃ パッケージ裏面温度 過熱保護解除温度 Ttsdoff 115 ℃ ※飽和時 スイッチング時間 サンケン電気株式会社 4／20 STA6940M アプリケーションノート Ver. 3.4 4．減定格図 3.5 3.2W 3.0W 3 Θ j- a= 3 9 ℃/ W 2.7W 許容損失P[W] 2.5 Θ j- a= 4 2 ℃/ W 2 Θ j- a= 4 6 ℃/ W 1.5 1 DC駆動 PWM駆動(Slow Decay) PWM駆動(Fast Decay) 0.5 0 0 10 20 30 40 50 60 周囲温度Ta[℃] 70 80 90 図 4-1 減定格図 5．外形図＆捺印形状 Lot No Type No a.品名標示 STA6940M Type Number b.ロット番号 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） Lot Number 第 1 文字 西暦年号下一桁 1st letter The last digit of year 第 2 文字 月 2nd letter Month 1～9 月：ｱﾗﾋﾞｱ数字 10 月 ：O 11 月 ：N 12 月 ：D (1 to 9 for Jan. to Sept. O for Oct. N for Nov. D for Dec.) 第 3，4 文字 製造日 3rd &4th letter day 01～31：ｱﾗﾋﾞｱ数字 Arabic Numerals サンケン電気株式会社 5／20 STA6940M アプリケーションノート Ver. 3.4 6．内部ブロック図＆Pin 配列 図 6－1 内部ブロック図 VDD CP1 7 CP2 13 12 CP 14 VBB VBB 1 18 MIC Charge Pump Reg UVLO 2 IN1 5 IN2 6 Diag 11 PWM_REF 8 Comp OCP_REF 9 Comp Logic Block Pre_Driver 15 17 OB 4 Sense2 GND 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 OB Reg OCP Cont o 記 OA 16 OSC PWM 10 Pin 番号 OA 3 号 機 Sense1 能 VBB 主電源端子（モーター電源） OA モーター接続 A 端子 Sense1 IN1 IN2 VDD PWM_REF OCP_REF Gnd Diag CP2 CP1 CP Sense2 モーター定電流検出端子 正転／逆転／フリー／ブレーキ設定入力端子 ロジック電源端子 定電流設定入力端子 過電流設定入力端子 製品 Gnd 端子 PWM 動作＆過電流検知出力端子 チャージポンプ用コンデンサ接続端子 モーター過電流検出端子 OB モーター接続 B 端子 VBB 主電源端子（モーター電源） ※1pin と 18pin の VBB 端子はパッケージ内で接続されています。 サンケン電気株式会社 6／20 STA6940M アプリケーションノート Ver. 3.4 7．応用回路例 VDD=3V c2 c1 5.5V VDD CP1 CP2 CP VBB=10V 40V VBB IN1 IN2 OA Diag CB + STA6940M 1 DCM OCP_REF r4 5 + CA OB 2 PWM_REF c3 GND Sense2 Sense1 3 Rs Gnd Gnd 参考定数 ｒ1＝3KΩ CA＝100μF/50V ｒ2＝1KΩ CB＝10μF/10V ｒ3＝1KΩ c1＝0.1μF ｒ4＝10KΩ c2＝0.1μF ｒ5＝10KΩ c3＝0.1μF Ｒs＝0.22Ω ※検出抵抗 Rs の損失を考慮してください(損失 P ≒ Io Rs On Duty ) 2 ☆出力(OA，OB)に‐1.0Ⅴ以下の電圧が発生すると誤動作する場合がありますので、 各出力－Gnd 間にショットキーバリアダイオードを取り付けて下さい。 ☆特に VDD ラインのノイズに注意してください。 VDD ラインのノイズが 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 VDD 系 Gnd（S‐Gnd）と VBB 系 Gnd（P‐Gnd）を 分けるとノイズ低減の効果があります。 ☆マイコン等で制御しない Logic 入力端子（IN1，IN2）は、必ず VDD 又は Gnd 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（Diag）端子を使用しない場合は、必ずオープンにして下さい。 ☆Sense1 端子と Sense2 端子は、必ず両端子共に検出抵抗 Rs と接続してください。 片側の Sense 端子が外れるとドライバの破壊する恐れがあります。 サンケン電気株式会社 7／20 STA6940M アプリケーションノート Ver. 3.4 8．真理値表 (1)Logic 入力(IN 端子) STA6940M の入力論理は表 8-1 ようになります。 表 8-1 入力論理 入力 出力 状態 IN1 IN2 OA OB L L High Z High Z フリー H L H L 正転 L H L H 逆転 H H L L ブレーキ (2)Logic 出力(Diag 端子) STA6940M は、ドライバの状態を示す Diag 出力を備えています。 表 8-2 に Diag の状態について示します。 表 8-2 Diag 出力状態 定電圧動作時 定電流 OFF 時間 発振 High Level (90KHz) 保護機能動作時 Low Level 【ロジック端子に関しての注意】 ロジック入力(IN1，IN2)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。又、各入力端子は CMOS 構成となっているためハイインピーダンスになり ます。このため、ご使用の際は、 「Low レベル」or 「High レベル」に固定してご使用願います。 ロジック出力(Diag)端子は CMOS 構成となっていますので、電源や Gnd へ直接接続はしないで ください。 サンケン電気株式会社 8／20 STA6940M アプリケーションノート Ver. 3.4 ９．回路構成（制御用 IC 部） 【Reg】 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。 【UVLO】 主電源，Logic 電源 およびチャージポンプに加わった電圧がドライバを動作するうえで 十分な電圧となって初めて出力がオンします。 各電源のうち 1 つでも規定値に達していない場合は、出力は Disable になります。 【Charge Pump】 Nch MOS FET で構成しているハイサイドゲートドライブ回路の供給源の電圧を生成 しています。このブロックにはチャージポンプ用に360KHzの発振器を搭載しています。 【Pre Drive】 出力段の Nch MOS FET のゲートドライブ回路になります。 ハイサイドドライブはチャージポンプ回路、ローサイドドライブは Reg からの供給でドライブ 電圧を生成しています。 【Current ＆ OCP Control】 定電流制御および過電流動作時をコントロールするための回路です。 PWM_REF(定電流制御)と OCP_REF(過電流)に設定された電圧と検出電圧を比較し、それぞれ オフ時間固定の制御を行います。 【OSC】 Current ＆ OCP Control 内で生成するブランキング時間および各オフ時間を生成するための 原発の発振器になります。 サンケン電気株式会社 9／20 STA6940M アプリケーションノート Ver. 3.4 １０．機能説明 (1)基本動作 VM ①モーターフリー動作(IN1：Low，IN2：Low) 全ての MOS FET をオフした状態となりモーターコイル には電流が流れないためモーターはフリーの状態になります。 OFF OFF OA OB OFF OFF Rs 図 10-1 フリー動作 ②モーター正転動作(IN1：High，IN2：Low) VM OA 端子に繋がるハイサイド MOS FET と OB 端子に繋がる ローサイド MOS FET がオンすることでモーターコイルに電流が ON 流れモーターが回転する状態になります。 OFF OA OB IM OFF ON Rs 図 10-2 正転動作 VM ③モーター逆転動作(IN1：Low，IN2：High) OA 端子に繋がるローサイド MOS FET と OB 端子に繋がる ハイサイド MOS FET がオンすることでモーターコイルに電流が OFF ON OA 流れモーターが回転する状態になります。 OB IM ON OFF Rs 図 10-3 逆転動作 サンケン電気株式会社 10／20 STA6940M アプリケーションノート Ver. 3.4 VM ④モーターブレーキ動作(IN1：High，IN2：High) OA 端子に繋がるローサイド MOS FET と OB 端子に繋がる ローサイド MOS FET がオンすることでモーターコイル間を電気 OFF OFF OA 的にショートした状態になります。 OB ON ON Rs 図 10-4 ブレーキ動作 (2)定電流動作(PWM) モーター起動時の電流増加の制限や意図的に定電流駆動を VM 行うことが出来ます。 動作としては、モーター電流 IM が流れる検出抵抗 Rs に 発生する電圧が PWM_REF 端子で設定した電圧 VPREF に ON OFF OFF 達したところで定電流動作が行われます。モーター電流が OA 定電流値に達した後逆起電力回生として 35μs のオフ時間 IM_ON となります。このときの逆起電力の回生方法は、ローサイド 側の MOS FET とモーターコイルのループで行われます OB IM_OFF Slow Decay:35μs OFF ON (Slow Decay)。その後、オフ時間経過後に PWM オンした Rs 際にはリンギングノイズの発生による誤動作を回避するため、 5μs の間はブランキング時間として定電流制御が無反応と なる期間を設けています。 図 10-5 定電流動作 期間 35μs 期間 5μs IPREF IM 0 VPREF VRS 0 Diag 0 ※PWM オフタイミングと Diag の発振は非同期です。 図 10-6 定電流動作波形図 サンケン電気株式会社 11／20 STA6940M アプリケーションノート Ver. 3.4 (3)フェイズ PWM 制御 本製品に備わっている PWM 制御は上記で説明しましたようにブランキング時間とオフ 時間が固定による制御になります。このため PWM_REF 端子を低下してもブランキング時間 には必ず電流が流れるため、ブランキング時間に流れる電流増加分と PWM オフ時間に回生 する電流減少分の平衡がとれた電流が必ず流れてしまいそれ以下に電流値を下げることは 出来ません。 この対策としては以下に説明します「フェイズ PWM」の制御が必要となります。 フェイス PWM 制御は(2)項で説明した PWM 電流制御(内蔵コンパレータ制御)と異なり、 外部の入力信号の ON/OFF Duty による PWM 制御になります。 フェイズ PWM 制御の回生方式として「Fast Decay モード」と「Slow Decay モード」が 存在します。以下に各回生方式について説明します。 ①Fast Decay モード この方式は、回生時に出力 Disable 機能を応用した制御になります。つまり、回生時の 入力条件には IN1 と IN2 を共に「Low レベル」に設定します。 設定電流値は、ON Duty とパルス周波数により設定します。 又、ON Duty は、50%よりに長く設定する必要があります。 入力パルス周波数(PWM 周波数)としては、30KHz～50KHz での設定をお勧めします。 【入力条件】 ・正転時－IN1：パルス入力，IN2：Low 固定 ・逆転時－IN1：Low 固定 ，IN2：パルス入力 以下に動作図および波形図を示します。 Fast Decay 正転時 IN1 VM IN2 ON OFF OFF OA IM_ON OB IM_ON IM_OFF IM_OFF OFF ON Rs OFF IM_ON + IM_OFF 図 10-7 フェイズ PWM 制御(Fast Decay モード) 更に応用として、上記にて IN が Low 固定となっているところに、別の IN で入力 しているパルス信号を反転した信号を入力することでドライバの発熱を低減する効果が 期待できます。これは、上記で回生時に OFF している MOSFET を ON して回生する 制御となり「同期整流制御」と呼んでいます。 サンケン電気株式会社 12／20 STA6940M アプリケーションノート Ver. 3.4 ②Slow Decay モード この方式は、回生時にブレーキ機能を応用した制御になります。つまり、回生時の入力 条件に IN1 と IN2 を共に「High レベル」に設定します。 設定電流値は、ON Duty とパルス周波数により設定します。 又、ON Duty は、50%よりに短く設定する必要があります。 入力パルス周波数(PWM 周波数)としては、30KHz～50KHz での設定をお勧めします。 【入力条件】 ・正転時－IN1：High 固定 ，IN2：パルス入力 ・逆転時－IN1：パルス入力 ，IN2：Hihg 固定 以下に動作図および波形図を示します。 Slow Decay 正転時 IN1 VM IN2 ON OFF OFF OA IM_ON OB IM_ON IM_OFF OFF ON IM_OFF Rs ON IM_ON + IM_OFF 図 10-8 フェイズ PWM（Slow Decay モード） (4)過電流動作(OCP) VM モーター軸を外部からロック時やモーターコイルショー トなどの過渡応答の速い過電流発生時の保護を行います。 動作としては、モーター電流 IM が流れる検出抵抗 Rs に ON OFF OA 発生する電圧が OCP_REF 端子で設定した電圧に達した IM_OFF First Decay 142μs 値に達した後逆起電力回生として 142μs のオフ時間となり がオフになり電源に向かって回生されます(Fast Decay)。 OB IM_ON ところで定電流動作が行われます。モーター電流が過電流 ます。このときの逆起電力の回生方法は、全ての MOS FET OFF OFF ON OFF Rs 図 10-9 過電流動作 サンケン電気株式会社 13／20 STA6940M アプリケーションノート Ver. 3.4 期間 142μs IOREF IM 0 VOREF VRS 0 Diag 0 図 10-10 過電流時動作波形図 注意：過電流を検知してもドライバが Disable にはなりません。 (5)過熱保護(TSD) 本製品には、加熱保護(TSD)を内蔵しております。本製品の TSD は自己復帰形となります。 動作としては製品温度が上昇し、製品裏面温度が Ttsdon を超えたところで TSD が働き出力が 全て Disable になります。その後製品温度が冷めて、製品裏面温度が Ttsdoff を下回ったところ で出力が Enable に復帰します。 又、下記に TSD と Diag の関係図を示します。 Diag[V] VDD Ttsdoff Tc [ Ttsdon ] 注意)本製品の内部構成はマルチチップ構成(制御用 IC×1，MOSFET×4)になっています。 実際に温度を検知する回路は制御用 IC になります。主な発熱源である MOSFET とは 距離があるため熱の伝達が遅れます。このため、急激な温度変化には追従できません。 サンケン電気株式会社 14／20 STA6940M アプリケーションノート Ver. 3.4 (6)定電流動作と過電流動作の設定について 定電流動作の基準電圧 VPREF と過電流動作の基準電圧 VOREF の設定は自由に設定する ことが出来ます。 ①VPREF＜VOREF の場合 定電流機能優先の条件になります。 過電流動作が行われる条件は、定電流動作におけるブランキング時間(5μs)より早く検出 電圧 VRS が VOREF に達することで機能します。 ②VPREF＞VOREF の場合 定電流機能を働かせずに過電流動作優先の条件になります。 (7)定電圧保護(UVLO) 主電源電圧 VBB，ロジック電源電圧 VDD，チャージポンプ電圧 VCP(VCP‐VBB)の それぞれの端子に加わる電圧が規定値を越えないと出力が Enable になりません。 ※チャージポンプ電圧 VCP は製品に内蔵されているチャージポンプ回路と外付けのコンデンサ により昇圧されます。 VDD VUVDH 0V VBB VUVBH 0V VCP VUVCH VBB Diag 0V 出力Disable 出力Enable 出力Disable 出力Enable 出力Disable 出力Enable 図 10-11 電源シーケンス図 ※VBB および VDD の電源シーケンスに制約はありません。 サンケン電気株式会社 15／20 STA6940M アプリケーションノート Ver. 3.4 １１．ご使用に際して (1)PWM 制御時のモーター電流の定数設定（ｒ1，ｒ2，ｒ3，Rs） STA6940M における PWM 制御のモーター電流 Io の設定方法は、外付けする部品の ｒ1，ｒ2，ｒ3，Rs の定数により決まります(7 項の応用回路例より)。 以下に Io を求める計算式を示します。 r3 Io VDD 0.015 r1 r 2 r 3 Rs ・・・・・式① ※2 重下線の項は基準電圧 VPREF になります。 VPREF 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。 STA6940M は、OFF 時間固定の他励式 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が解消してしまう とコイル電流は図 11-1 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。 Itrip大 Io Itrip小 0 コイル電流が0になる タイミングが発生する 図 11-1 制御電流下限モデル波形 (2)過電流保護の定数設定 上記(1)項と同様に 7 項の応用回路例を用いた際の過電流設定 IOCP の計算式を示します。 r 2 r3 Iocp VDD 0.015 r1 r 2 r 3 Rs ・・・・・式② ※2 重下線の項は基準電圧 VOREF になります。 (3)電源（VBB、VDD）の ON/OFF シーケンスに関して 本製品は、主電源 VBB とロジック電源 VDD の ON/OFF の順序に制限はありません。 サンケン電気株式会社 16／20 STA6940M アプリケーションノート Ver. 3.4 (4)内部ロジック回路に関して ・入力端子（IN1,IN2） 使用しない端子（論理レベル固定）がある場合には、オープンとはせずに、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。 ・出力端子（Diag 端子） Diag 端子は、図 11‐2 の等価回路に示すように、CMOS 出力となっています。 このため Diag 端子を使用しない場合は、必ずオープンとしてください。 図 11‐2 Diag 端子内部等価回路 VDD 静電気 保護回路 出力 １２．熱設計資料 STA6940M 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。 ①低電圧(DC)駆動時 P Io 2 R DS(on) 2 ②定電流(PWM)駆動時 P Io 2 R DS(on) 2 t ON t OFF ＋ (Io 2 R DS(on)＋VF Io） t ON＋t OFF t ON＋t O P ： 製品損失 Io ： 動作電流≒Io F F RDS(on) ： 搭載 MOSFET のオン抵抗 Rs ： 搭載検出抵抗 VF ： 搭載 MOSFET ボディダイオード tON ： PWM オン時間 tOFF ： PWM オフ時間 サンケン電気株式会社 17／20 STA6940M アプリケーションノート Ver. 3.4 上記にて算出した製品損失を元に、下記 Fig12‐1 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、Fig12‐1 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。 Fig12－1 製品温度上昇特性 2ch通電時：通常DC駆動 140 製品温度上昇Δ T [℃] 120 Δ Tj ΔT‐aJ-a=46×P =46×PDD 100 80 Δ =35×P D ΔTTc‐a =35×P 60 c-a D 40 20 0 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 パッ ケージ 許容損失P D [W ] 3ch通電時：PWM動作(Slow Ｄｅｃａｙ) 140 温度上昇Δ T [℃] 120 Δ Tj ‐a =42×P ΔT =42×PDD J-a 100 80 Δ Tj -a =35×P ΔT =35×P c-a D D 60 40 20 0 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 3 3.5 パッ ケージ 許容損失PD[W ] 4ch通電時：フェイズPWM(Fast Ｄｅｃａｙ) 140 温度上昇Δ T [℃] 120 =39×PDD Δ ΔT Tj ‐a J-a=39×P 100 80 ΔTTjc-a-a =35×P Δ =35×P D D 60 40 20 0 0 0.5 1 1.5 2 2.5 パッ ケージ 許容損失PD[W ] サンケン電気株式会社 18／20 STA6940M アプリケーションノート Ver. 3.4 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、製品の樹脂捺印面の中央部の温度上昇を測定します(ΔTc-a)。 この温度上昇から前頁の温度上昇曲線グラフを見て、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 になります。 ☆注意事項 ・ジャンクション温度が保証値（150℃）を超えないよう十分な熱評価をお願いします。 ・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、実機にて製品発熱を確認して判断して下さい。 製品発熱の最大推奨値は以下の様になります。 ・No Fin 時：Tc=85℃ max サンケン電気株式会社 19／20 STA6940M アプリケーションノート Ver. 3.4 １３．代表特性例 (1)出力 MOS FET オン抵抗 RDS(on)特性：1 石分 0.17 オン抵抗Rds(on)[Ω ] 0.15 0.13 0.11 0.09 0.07 0.05 0 25 50 75 100 125 ジャンクション温度Tj[℃] 150 175 (2)出力 MOS FET ボディダイオード順方向電圧 VF 特性：1 石分 0.9 0.85 ダイオードVF[V] 0.8 0.75 4A 0.7 3A 0.65 2A 0.6 0.55 1A 0.5 0 25 50 75 100 125 ジャンクション温度Tj[℃] サンケン電気株式会社 150 175 20／20