3 相ブラシレスモータコントローラ IC A4915MLP/A4915MET データシート 2014 年 4 月 Ver.1.3 MCD 事業部 低圧モータグループ 本資料は、アレグロマイクロシステムズ社製 3 相ブラシレスモータコントローラ A4915MLP/A4915MET に関する製品の特徴、ご使用方法等をまとめたものです。 本資料は、アレグロマイクロシステムズ社からの情報を日本語のアプリケーションとして 作成したものです。最新の情報に関しては、弊社担当部門まで問い合わせ願います。 〔目次〕 1. はじめに ........................................................................................... 3 2. 特徴 .................................................................................................. 3 3. セレクションガイド......................................................................... 4 3.1. 4. 製品仕様 ........................................................................................... 5 4.1. 4.2. 5. 絶対最大定格 ................................................................................... 5 電気的特性 ....................................................................................... 6 外形図 .............................................................................................. 8 5.1. 5.2. 6. 型番命名規則 ................................................................................... 4 28 ピン eTSSOP パッケージ .......................................................... 8 28 ピン eQFN パッケージ ............................................................... 9 内部ブロック図＆Pin 配列 ............................................................. 10 6.1. 6.2. 内部ブロック図.............................................................................. 10 Pin 配列 ......................................................................................... 11 7. 応用回路例 ..................................................................................... 12 8. 機能説明 ......................................................................................... 14 8.1. 8.2. 8.3. 8.4. 8.5. 8.6. 8.7. 8.8. 8.9. 8.10. 8.11. 8.12. 8.13. 8.14. 8.15. 基本動作 ........................................................................................ 14 DIR ................................................................................................. 14 ENABLE......................................................................................... 15 SPEED........................................................................................... 16 BRAKEn......................................................................................... 17 VREG ............................................................................................. 18 FAULT ............................................................................................ 18 Fault Reset .................................................................................... 19 LSS ................................................................................................ 19 CA, CB, CC.................................................................................... 19 GHA, GHB, GHC ........................................................................... 19 SA, SB, SC .................................................................................... 19 GLA, GLB, GLC ............................................................................. 19 CP1, CP2 ....................................................................................... 19 TSD................................................................................................ 19 サンケン電気株式会社 1 / 30 A4915MLP-T/A4915MET-T データシート Ver. 1.3 8.16. 8.17. 8.18. 8.19. 8.20. 8.21. 8.22. 8.23. 8.24. 8.25. 8.26. 8.27. 8.28. 9. HA, HB, HC.................................................................................... 19 Dead Time ..................................................................................... 20 スリープモード.............................................................................. 21 Center Aligned PWM ..................................................................... 21 Internal/External PWM................................................................... 21 Synchronous Rectification ............................................................. 22 CP1, CP2, VREG .......................................................................... 22 Gate Drive and RGATE ..................................................................... 22 Boot Charge Management ............................................................ 23 真理値表 ........................................................................................ 23 コミュテーション表 ...................................................................... 24 ブートコンデンサの選定について................................................. 24 VREG コンデンサの選定について ................................................ 24 アプリケーション情報 ................................................................... 25 9.1. 9.2. 9.3. 参考基板レイアウト図 ................................................................... 25 Ground ........................................................................................... 26 Layout ............................................................................................ 26 10. 動作波形図 ..................................................................................... 27 10.1. PWM100% 駆動時 ........................................................................ 27 10.2. PWM85%駆動時 ............................................................................ 28 11. パッケージの熱抵抗について ........................................................ 29 サンケン電気株式会社 2 / 30 A4915MLP-T/A4915MET-T データシート Ver. 1.3 1. はじめに A4915 は PWM 電流制御機能を内蔵した 3 相ブラシレス DC モータコントローラです。 本製品は高いゲート駆動能力を有しており、広範囲における N チャネルパワーMOSFET を駆動で きます。 A4915 は内部にチャージポンプ回路を有しており、電源電圧 7V からの駆動が可能です。また、条 件によっては 5V からの駆動も可能です。 ブートストラップコンデンサは、ハイサイドの N チャネルパワーMOSFET を駆動するためのゲート電 圧を作り出します。 A4915 は、同期整流回路を有しています。 この同期整流回路の特徴は、PWM の OFF 期間（電流回生期間）において、外付けパワー MOSFET のボディダイオードに流れていた回生電流をショートすることです（この間、回生電流は外 付けパワーMOSFET のソースからドレインに向かって流れます）。 これにより、外付けパワーMOSFET の損失を減らし、本来必要とされていた外付けクランプダイオ ードを削除でき、さらにはより最適な外付けパワーMOSFET の選択が可能です。 また、A4915 の保護機能として、低電圧保護回路、ラッチ式過熱保護回路および貫通電流防止回 路を有しています。 A4915 を起動するにあたり、特別な電源シーケンスは不要です。 A4915 は、裏面に放熱用シンク Tab を有した 28 ピン eTSSOP パッケージの A4915MLP-T、28 ピン eQFN パッケージ（5mm×5mm×0.9mm）の A4915MET-T があります。 いずれのパッケージも鉛フリーで、100%スズメッキをしているリードフレームです。 2. 特徴 電源電圧範囲 5V~50V ラッチ式過熱保護回路と Flag 出力機能内蔵 大電流の外付け N チャネルパワーMOSFET 駆動可能 外付けパワーMOSFET の損失を低減する同期整流機能内蔵 アナログ入力-PWM Duty 変換回路内蔵 Center Aligned PWM 採用 低電圧保護機能内蔵 ホール IC 入力 貫通電流防止のための時間調整可能なデッドタイム機能搭載 低消費電力スリープモード（電池用途対応） サンケン電気株式会社 3 / 30 A4915MLP-T/A4915MET-T データシート Ver. 1.3 3. セレクションガイド Parts No. A4915MLPTR-T パッケージ 最小梱包単位 4,000 28pin eTSSOP A4915MLP-T A4915METTR-T 1 1,500 28pin eQFN A4915MET-T 1 梱包状態 リール(標準) スティック または IC ケース リール(標準) スティック または IC ケース 対応 量産時 サンプル時 量産時 サンプル時 ※リール対応は、量産出荷のみの対応となります。サンプルは、スティックまたは IC ケースでのご 提供のみとなります。 3.1. 型番命名規則 A 4915 M LP TR -T アレグロ社製品 型名 動作周囲温度範囲 M：-20℃～105℃ パッケージタイプ LP：eTSSOP ET：eQFN リードフレームメッキ T：Tin Plate(RoHS対応) 梱包形態 TR：テーピング(標準リール) 無印：Bulk 製品外観イメージ（not to scale） 28pin eTSSOP LP パッケージ 28pin eQFN ET パッケージ サンケン電気株式会社 4 / 30 A4915MLP-T/A4915MET-T データシート Ver. 1.3 4. 製品仕様 4.1. 絶対最大定格 絶対最大定格 (Tj=25℃) 項目 記号 規格値 単位 主電源電圧 VBB -0.3～50 V ロジック電源電圧 VDD -0.3～6 V VREG端子電圧 VREG -0.3～16 V CP1端子電圧 VCP1 -0.3～16 V CP2端子電圧 VCP2 VCP1-0.3～VREG+0.3 V Logic入力電圧 VI -0.3～6 V ホール入力電圧 VH -0.3～6 V Logic出力電圧 VO -0.3～6 V SPEED入力 VSPEED -0.3～6 V CA,CB,CC端子電圧 VCX -0.3～VREG+50 V GHA,GHB,GHC端子電圧 VGHX VCX-16～VCX+0.3 V SA,SB,SC端子電圧 VSX VCX-16～VCX+0.3 V GLA,GLB,GLC端子電圧 VGLX VREG-16～18 V ジャンクション温度 (＊) TJ 150 ℃ 保 存 温 度 Tstg -55～150 ℃ 動作周囲温度 Ta -20～105 ℃ 備 考 （＊） ジャンクション温度(TJ)が+150℃を越すような異常条件下で使用した場合、デバイス内のサ ーマルシャットダウン回路が動作しますが、このような条件下での使用は極力避けて下さい。 サンケン電気株式会社 5 / 30 A4915MLP-T/A4915MET-T データシート Ver. 1.3 4.2. 電気的特性 (特に断りなき場合、Tj=25℃、VBB=24V) Supply and Reference 定格 Limits 特性項目 Characteristics 記号 Symbol MIN TYP MAX 単位 Units 試験条件 Test Conditions 主電源電圧 VBB 5 - 50 V 動作状態、出力Active - 10 20 mA fENB ～30kHz, CLOAD=10nF - 12 24 mA fPWM ～20kHz, CLOAD=10nF - 3 3.5 mA VREG=13V, 出力Disable 主電源電流 IBB - - 1 μA スリープモード 0.4 0.7 1.0 V ID=10mA ID=100mA ブートダイオード順方向電圧 VfBOOT 1.5 2.2 2.8 V ブートダイオード電流制限 IDBOOT 250 500 750 mA ロジック電源電圧 VDD 3 - 5.5 V IDDQ - 6 10 mA ENABLE=High, 出力Disable IDDS - - 10 μA スリープモード ENABLE端子入力電流（スリープ） IENBSLP - - 1 μA ENABLE=Low, SPEED=Low>tSLEEP SPEED端子入力電流（スリープ） ISPEEDSLP - - 1 μA ENABLE=High, SPEED=Low>tSLEEP BRAKEn端子入力電流（スリープ） IBRAKESLP - - 1 μA ENABLE=Low>tSLEEP DIR端子入力電流（スリープ） IDIRSLP - - 1 μA ENABLE=Low>tSLEEP ENABLE端子入力周波数 fENB 1 - 100 kHz VSPEED=VDD VENABLE=VDD ロジック入力電流 内部PWM周波数 fPWM 14 20 26 kHz SPEED端子入力電圧範囲 VRANGE 0 - VDD V SPEED disable電圧 VSPEEDD 10 15 20 % VSPEED/VDD, Duty=0% SPEED Enable電圧 VSPEEDE 79 82 86 % VSPEED/VDD, Duty=100%1 SPEED端子バイアス電流 ISPEED -25 0 25 μA VSPEED=VDD=5V 11.8 13 13.75 V VBB=9V 11.5 13 13.75 V VBB=7.5V 2*VBB -3.5 - - V VBB=6V 8.0 9.5 - V VBB=5.5V TTSD 155 170 185 ℃ 温度上昇時 VREGON 7 7.8 8.6 V VREG Rising VREG Falling VREG出力電圧 VREG Protection 過熱保護動作温度 VREG低電圧保護電圧 VREGOFF 6.39 7.1 7.81 V VREG低電圧保護ヒステリシス VREGHYS - 700 - mV ブートストラップ低電圧保護電圧 VBOOTUV 55 - 65 ％ VREGに対する割合 - 20 - ％ VREGに対する割合 ブートストラップ低電圧保護ヒステリシス VBOOTUVHYS VDD低電圧保護電圧 VVDDUV - 2.75 2.95 V VDD Rising VDD低電圧保護電圧 VVDDUV 2.45 2.6 - V VDD Falling VDD低電圧保護ヒステリシス VVDDUVHYS 50 100 150 mV スリープ解除ディレイ tWAKE - - 3 ms 1 出力デューティはデッドタイムにより制約を受けます。 ※ Typ データは設計情報として使用して下さい。 サンケン電気株式会社 6 / 30 A4915MLP-T/A4915MET-T データシート Ver. 1.3 (特に断りなき場合、Tj=25℃、VBB=24V) Gate Drive 特性項目 Characteristics ハイサイドゲート出力電圧 ローサイドゲート出力電圧 定格 Limits 記号 Symbol MIN TYP VGSH VCX-0.2 - VGSL - VGSH VREG-0.2 試験条件 Test Conditions - V ブートストラップ充電状態、CLOAD=10nF - VSX+0.3 V Igate<10uA - - V VREG=13V, CLOAD=10nF - - 0.3 V Igate<10uA 6 9 12 Ω Tj=25℃、IGHX=-150ｍA - 17 - Ω Tj=125℃、IGHX=-150ｍA RGate(ON)DOW 2.4 3.5 4.6 Ω Tj=25℃、IGHX=150ｍA N - 5 - Ω Tj=125℃、IGHX=150ｍA GHx端子プルダウン固定抵抗 RGHPD - 5 - kΩ VGHx-VSX<0.3V GLx端子プルダウン固定抵抗 RGLPD - 5 - kΩ VGLx-VLSS<0.3V trGX - 200 - ns 20% to 80%, CLOAD=10nF tfGX - 150 - ns 80% to 20%, CLOAD=10nF 10 - - ns TDEAD=GND ゲートドライブプルアップ抵抗 ゲートドライブプルダウン抵抗 出力スイッチング時間 デッドタイム （OFFからONのディレイ） VGSL MAX 単位 Units RGate(ON)UP - 150 - ns RDEAD=12kΩ 800 925 1050 ns RDEAD=64kΩ - 2.9 - μs RDEAD=220kΩ VIN(1) 0.7VDD - - V VIN(0) - - 0.3VDD V BRAKEn, DIR, ENABLE HA, HB, HC IIN(1) - 10 - μA VIN=High tDEAD Logic I/O ロジック入力電圧 ロジック入力電流 IIN(0) -1 0 1 μA VIN=Low, ENABLE=Low Fault出力電圧 VFault - - 0.2 V No Fault Present; ISINK=1ｍA ENABLE/SPEED スリープタイマー tSLEEP 1 2 3 ms ENABLE=Low, SPEED=High 1 2 3 ms ENABLE=High, SPEED=Low SPEED端子スリープ閾値電圧 SPEEDSTH - - 295 mV Speed=Low>tSLEEP Faultラッチリセット電圧 VRESET - - 0.8 V Fault Present; 出力ラッチ状態 Faultラッチリセットパルス時間 tFAULT 12 - - μs Fault Present; 出力ラッチ状態 ホール入力プルアップ抵抗 RHx - 100 - kΩ VIN=0V ホール入力電流 IHALL - 0 1 μA VIN=5V ロジック入力プルダウン抵抗 RLPD - 50 - kΩ VIN=5V, ENABLE, DIR, BRAKEn ロジック入力電流（スリープ時） ILSLP - - 1 μA - - 1200 ns - - 900 ns - - 1200 ns - - 900 ns - - 900 ns ENABLE - - 1000 ns DIR, BRAKEn tPd(ON) 伝播遅延時間 tPd(OFF) 入力グリッチフィルタ tGlitch ENABLE, DIR, BRAKEn DIR or BRAKEn Input to output change, CLOAD=0nF ENABLE Input to output change, CLOAD=0nF DIR or BRAKEn Input to output change, CLOAD=0nF ENABLE Input to output change, CLOAD=0nF ※ Typ データは設計情報として使用して下さい。 サンケン電気株式会社 7 / 30 A4915MLP-T/A4915MET-T データシート Ver. 1.3 5. 外形図 5.1. 28 ピン eTSSOP パッケージ (28 ピ ン eTSSOP) 単位：mm A4915MLP 28pin eTSSOP リード間隔の許容誤差は累積とはなりません。 端子部材質：銅 端子部メッキ処理：Sn100％ サンケン電気株式会社 推奨ランド形状 8 / 30 A4915MLP-T/A4915MET-T データシート Ver. 1.3 5.2. 28 ピン eQFN パッケージ (28 ピ ン eQFN) 単位：mm A4915MET 28pin eQFN 推奨ランド形状 リード間隔の許容誤差は累積とはなりません。 端子部材質：銅 端子部メッキ処理：Sn100％（ただし、側面はメッキ処理されておりません） サンケン電気株式会社 9 / 30 A4915MLP-T/A4915MET-T データシート Ver. 1.3 6. 内部ブロック図＆Pin 配列 6.1. 内部ブロック図 本点線より外側は、外付け部品および回路を示します。 サンケン電気株式会社 10 / 30 A4915MLP-T/A4915MET-T データシート Ver. 1.3 6.2. Pin 配列 28 VBB 26 25 24 23 GHA SA CA VREG CP2 CP1 27 LSS 1 28 HC GLC 2 27 HB GHC 3 26 HA SC 4 25 BRAKEn 22 1 21 SPEED 2 20 CB 3 19 SB VDD 4 18 GHB A4915MET-T FAULT 5 17 GLB ENABLE 6 15 CC 8 9 10 11 12 13 14 HA HB HC LSS GLC GHC 15 BRAKEn 7 CC 5 24 GLB 6 23 ENABLE DIR GHB 7 GLA TDEAD DIR A4915MET-T A4915MLP-T 1 18 2 19 3 20 4 21 5 22 6 23 7 24 8 25 9 26 10 27 11 28 12 1 13 2 14 3 15 4 16 5 17 6 18 7 19 8 20 9 21 10 22 11 23 12 24 13 25 14 26 15 27 16 28 17 機能 モータ電源入力端子 基準アナログ電圧入力端子 デッドタイム設定端子 ロジック電源入力端子 異常状態出力端子 PWM制御入力端子 回転方向切り替え端子 ブレーキ入力端子 A相ホールIC入力端子 B相ホールIC入力端子 C相ホールIC入力端子 センス端子 C相ローサイドゲート端子 C相ハイサイドゲート端子 C相モータ出力端子 C相ブートストラップ出力端子 B相ローサイドゲート端子 B相ハイサイドゲート端子 B相モータ出力端子 B相ブートストラップ出力端子 A相ローサイドゲート端子 A相ハイサイドゲート端子 A相モータ出力端子 A相ブートストラップ出力端子 ゲートドライブ出力端子 チャージポンプ組み上げ端子2 チャージポンプ組み上げ端子1 グランド端子 GND 記号 VBB SPEED TDEAD VDD FAULT ENABLE DIR BRAKEn HA HB HC LSS GLC GHC SC CC GLB GHB SB CB GLA GHA SA CA VREG CP2 CP1 GND SC A4915MLP-T 22 FAULT SB 8 CB 9 21 20 TDEAD VDD GLA 10 19 SPEED GHA 11 18 VBB SA 12 17 GND CA 13 16 CP1 VREG 14 15 CP2 サンケン電気株式会社 11 / 30 A4915MLP-T/A4915MET-T データシート Ver. 1.3 7. 応用回路例 図 7-1 に応用回路例を示します。 図 7-1：応用回路例 CCP VDD CP1 CP2 VDD VBB CVDD VREG CVBB1 CVBB2 CREG CA VBB ４７V TVS VBB CCA RFAULT GHA FAULT RHA SA TDEAD Rdead GLA RLA CB Hall Sensor HA HB HC VBB CCB GHB RHB SB DIR GLB Micro Processor RLB BRAKEn ENABLE CC SPEED VBB CCC GHC RHC SC GLC RLC LSS GND ☆ 参考定数 CVBB1：0.1uF/63V CVBB2：1000uF/63V CREG：0.68uF/25V CCP：0.47uF/25V CVDD：0.1uF/10V CCA~CCC：0.033uF/63V RFAULT：10kΩ(1/8W) Rdead：12kΩ~220kΩ(1/8W) RHA~RHC：10Ω~100Ω(1/8W) RLA~RLC：10Ω~100Ω(1/8W) サンケン電気株式会社 12 / 30 A4915MLP-T/A4915MET-T データシート Ver. 1.3 特に VBB ラインのノイズに注意して下さい。 VBB ラインには必ず製品の直近にバイパスコンデンサ CVBB1 および電解コンデンサ CVBB2 を 挿入して下さい。 CVBB1 および CVBB2 は、PCB による配線インピーダンス（スルーホールなども含む）をできるだ け避けるために、製品と同一面に挿入されることが望ましいです。 コンデンサ容量 CVDD,CVBB1,CVBB2 の選定について CVDD,CVBB1,CVBB2 はノイズ除去を目的としたコンデンサになります。 応用回路例にてこれらのコンデンサの容量値を推奨値として掲載しておりますが、容量値の 選定につきましては、ユーザ様における実働確認において十分検証を行った上でご判断くだ さい。 コンデンサ容量 CREG,CCA~CCC の選定について 応用回路例にてこれらのコンデンサの容量値を推奨値として掲載しておりますが、容量値の 選定につきましては、「8.27 ブートコンデンサの選定について」および「8.28 VREG コンデン サの選定」についてを参考にしてください。 サンケン電気株式会社 13 / 30 A4915MLP-T/A4915MET-T データシート Ver. 1.3 8. 機能説明 8.1. 基本動作 A4915 は大電流 MOSFET に対応した 3 相ブラシレス DC モータコントローラです。 電池駆動を想定したアプリケーションにも対応しており、モータ電圧が低電圧においても動作 いたします。 A4915 は低消費電流スリープモードを有しており、このスリープモードによりデバイスを OFF 状 態にしたうえで消費電流を最小限に抑えます。 A4915 は 6 個の N チャネルパワーMOSFET を駆動できます。 A4915 は外部 PWM に対する ENABLE, DIR,および BRAKEn を含めた論理回路を内蔵して います。 SPEED 端子にて内部 PWM 機能を使用することができます。内部 PWM 周波数は 30kHz に なります。 PWM デューティについては、SPEED 端子に入力されるアナログ電圧（0~VDD）により制御さ れます。 8.2. DIR DIR 端子は 3 つの Bridge のコミュテーション方向を決める端子です（表 8-25-1 のコミュテーシ ョン表を参照ください）。 図 8-2-1 に DIR 動作時の波形を示します。 図 8-2-1：DIR 動作時の波形（PWM=100%） DIR DIR HA HA HB HB HC HC サンケン電気株式会社 14 / 30 A4915MLP-T/A4915MET-T データシート Ver. 1.3 8.3. ENABLE ENABLE 端子は外部 PWM にてモータの回転スピードを制御する端子です。 ENABLE 端子が H の時、ホール入力端子（H1/H2/H3）で決められた外付け NMOSFEＴ が ON になります。 ENABLE 端子が L の時、選択された外付け NMOSFET が OFF となり、負荷電流が減衰し ます。 外部 PWM を使用する場合、SPEED 端子は VDD に接続してください。 tSLEEP よりも長い時間 ENABLE 入力が Low となった場合、A4915 はスリープモードとなり、 デバイス内の回路を OFF させ、電源からの消費電流を最小限に抑えます。 スリープモードを解除する場合、チャージポンプが安定するまで 3msec 程度の時間を要しま す。従いまして、この期間は出力を ON にする信号の入力は避けてください。 図 8-3-1 に外部 PWM 動作時の波形を示します。 図 8-3-1：外部 PWM 動作時の波形（HA/HB/HC=1/0/1、PWM=60%、DIR=H） ENABLE GHA SA GLA 図 8-3-2：スリープ時の動作波形（PWM=100%、DIR=H） Sleep モード ENABLE SA SB SC サンケン電気株式会社 15 / 30 A4915MLP-T/A4915MET-T データシート Ver. 1.3 8.4. SPEED 内部で生成された PWM 周波数に対するデューティは、SPEED 端子に入力されるアナログ 電圧により制御されます。 図 8-4-1 に VDD 電圧に対する SPEED 電圧の比率に対する ON デューティの特性カーブ を示します。 SPEED 端子を VDD に接続すると、内部 PWM がディスエーブルになり、ENABLE 端子に よる外部 PWM が有効になります。 SPEED<VSPEEDD の場合、出力は 0%となります。 SPEED>VSPEEDE の場合、出力は 100%となります。 図 8-4-1：VSPEED/VDD と ON デューティの特性 サンケン電気株式会社 16 / 30 A4915MLP-T/A4915MET-T データシート Ver. 1.3 8.5. BRAKEn BRAKEn 端子は、モータにブレーキをかけるための端子で、BRAKEn 端子が L の時にブレ ーキモードとなります。 BRAKEn 端子が L の時に、ローサイドの外付け NMOSFET が ON となり、ハイサイドの外 付け NMOSFET は OFF となります。 これにより、モータに発生している BEMF（逆起電圧）を効果的にショートし、モータにブレー キをかけます。スリープモードを除いて、BRAKEn 入力は ENABLE や SPEED 入力よりも優 先されます（表 8-24-1 の真理値表を参照ください）。 ブレーキの間、負荷電流は下記の式で与えられます。 IBRAKEn=VBEMF/RL 負荷電流はセンス抵抗を経由しないため、上記で与えられた負荷電流（IBRAKEn）のワースト 値が、外付け NMOSFET の電流定格を越えないように注意して下さい。 図 8-5-1 にブレーキ動作時の波形を示します。 DIR=H 図 8-5-1：ブレーキ動作時の波形（PWM=100%） DIR=L BRAKEn BRAKEn SA SA SB SB SC SC DIR=H DIR=L BRAKEn BRAKEn SA SA IOUTA IOUTA 2A/DIV サンケン電気株式会社 2A/DIV 17 / 30 A4915MLP-T/A4915MET-T データシート Ver. 1.3 8.6. VREG この電圧は、ローサイドの外付け NMOSFET のゲートドライブおよびブートストラップコンデン サの充電を行います。 8.7. FAULT FAULT 端子はオープンドレイン出力となっています。通常動作時 FAULT 端子は Low を出 力となり、異常が発生した場合出力の MOSFET が OFF となるため、FAULT 端子の出力は外 付けのプルアップ抵抗を介して High 出力となります。 表 8-7-1 に異常状態を示します。 ホール端子への不適切なコード入力は異常状態（Invalid Hall）とみなし、モータを停止させ ます。不適切なコード入力に関しましては、表 8-25-1 のコミュテーション表を参照ください Invalid Hall が発生した場合出力はディスエーブルになりますが、この異常状態はラッチされ ず出力も Low を保持します。 下記に示す FAULT モード（異常モード）が検知された場合、FAULT 端子は H に出力されま す（FAULT 端子は外部でプルアップする必要があります）。 表 8-7-1：異常状態一覧 Event FAULT端子 TSD High SLEEP High UVLO VREG/VDD High Invalid Hall Low 出力 ラッチ Disabled Yes Disabled No Disabled No Disabled No サンケン電気株式会社 18 / 30 A4915MLP-T/A4915MET-T データシート Ver. 1.3 8.8. Fault Reset Fault がラッチした状態（TSD）では出力ディスエーブルを保持しますが、以下の方法でリセッ トすることができます。 VDD UVLO を作動させる デバイスをスリープモードにする Fault がラッチした状態で FAULT 端子に VRESET 以上の電圧を tFAULT 以上の時間印加 する 8.9. LSS LSS 端子は外付け NMOSFET のローサイドのソースと接続されます。 外部 PWM 制御を行う場合は LSS と GND 間に低抵抗を装着することによって、電流制限回 路を構成することができます。 抵抗を使用しない場合、LSS 端子はパワーグランドに接続してください。 8.10. CA, CB, CC CA/CB/CC はブートストラップコンデンサ（CBOOTX）のプラス側に接続され、外付けのハイサイ ド NMOSFET をドライブするために使われます。 8.11. GHA, GHB, GHC GHA/GHB/GHC は、ハイサイドの外付け NMOSFET を駆動するためのゲート端子になって います。 8.12. SA, SB, SC SA/SB/SC 端子は直接モータに接続され、ハイサイド外付け NMOSFET に対してマイナス側 の端子となっています。 8.13. GLA, GLB, GLC GLA/GLB/GLC は、ローサイドの外付け NMOSFET を駆動するためのゲート端子になって います。 8.14. CP1, CP2 チャージポンプ組み上げ用のコンデンサが接続されます。0.47uF のコンデンサを接続してく ださい。 8.15. TSD ジャンクション温度が TTSD を超えると、FAULT 出力が High になり出力がディスエーブルに なります。TSD はラッチ動作となっております。 8.16. HA, HB, HC H1/H2/H3 はホールセンサの入力端子となっております。 サンケン電気株式会社 19 / 30 A4915MLP-T/A4915MET-T データシート Ver. 1.3 8.17. Dead Time デッドタイム（tDEAD）は外付け NMOSFET の貫通電流を防ぐために必要となります。 デッドタイムは外付け NMOSFET が OFF してから他の外付け NMOSFET が ON するまで の時間を設定します。 全ての相のデッドタイムは TDEAD 端子と GND 間に接続される抵抗（RDEAD）で設定されま す。 RDEAD は 12kΩ～220kΩ（@25℃）の間で使用してください。このときのデッドタイム tDEAD は 以下の様に設定できます。 tDEAD[ns]＝40＋｛（1.28×10-2）×RDEAD[Ohm]｝ また、電流 IDEAD は以下の様に計算されます。 IDEAD[uA]=1.2/ RDEAD[Ohm] RDEAD の値が大きくなるにつれて、電流のオフセットや抵抗のミスマッチが生じます。 図 8-17-1 に RDEAD とデッドタイムの特性を示します。 図 8-17-1：RDEAD とデッドタイムの特性 図 8-17-2 にデッドタイム動作時の波形を示します。 図 8-17-2：デッドタイム動作時の波形（HA/HB/HC=1/0/1、PWM=60%、DIR=H） デッドタイム ENABLE ENABLE GHA GHA GLA GLA デッドタイム サンケン電気株式会社 20 / 30 A4915MLP-T/A4915MET-T データシート Ver. 1.3 8.18. スリープモード A4915 には低消費電力のスリープモードを搭載しており、特にバッテリー駆動の際の省エネ 化に貢献します。スリープモード時、VBB と VDD の消費電流は 1uA 以下となります。スリープ モードへは、SPEED 端子を High かつ ENABLE 端子を tSLEEP 以上 Low にすることで移行 できます。 スリープモード時には、ロジック入力端子への流入電流も最小限にするため、Hall 入力のプ ルアップ抵抗および BRAKEn 端子のプルダウン抵抗がオープンとなります。 8.19. Center Aligned PWM A4915 は Center Aligned PWM 方式を採用しています。 この Center Aligned PWM により損失の低減と EMI ノイズの改善効果が期待されます。 内部 PWM もしくは外部 PWM による OFF 時間の間、電流回生はハイサイド回生とローサイ ド回生を交互に実施します。 各ブリッジの Enable コマンドラッチはリセットされ、ハイサイド回生からローサイド回生に移行し ます。 回生を交互に行い、50%の損失をハイサイドに背負わせることにより、OFF 時間におけるロー サイドの損失を低減させることができます。 6 個の外付け MOSFET に発熱を分散させることにより、外付け MOSFET の温度を抑えるこ とができ、結果としてシステムの効率や電池の寿命を改善することができます。 図 8-18-1 に Center Aligned PWM 動作時の波形を示します。 図 8-18-1：Center Aligned PWM 動作時の波形（HA/HB/HC=1/0/1、DIR=H、PWM Duty=60%） GHA ハイサイド回生 ローサイド回生 GLA GHC GLC 8.20. Internal/External PWM A4915 は 2 種類の PWM 機能を有しています。 1 つは外部 PWM 機能で ENABLE 端子に入力される PWM 信号に適用されます。 SPEED 端子を VDD 端子に接続することで、ENABLE 端子の外部 PWM デューティは 0%か ら 100%まで対応可能です。 ENABLE 端子を tSLEEP の期間以上 Low とすると、デバイスはスリープモードになります。 もう 1 つは内部 PWM 機能で、SPEED 端子に入力するアナログ電圧に適用されます。 ENABLE 端子を VDD に接続することで、内部 PWM のデューティは 0%から 100%まで対応可 能です。 詳細は「8.4 SPEED」の項目を参照ください。 デバイスの状態に関しての詳細は表 8-24-1：真理値表を参照ください。 サンケン電気株式会社 21 / 30 A4915MLP-T/A4915MET-T データシート Ver. 1.3 8.21. Synchronous Rectification ENABLE 端子が Low の期間もしくは内部 PWM OFF の間、負荷電流は電流回生を行いま す。 A4915 の同期整流の機能は、負荷電流が回生している期間、負荷電流を外付け NMOSFET のボディダイオード（もしくは外付けショットキーダイオード）で経由させるのではなく、外付け NMOSFET 自身にて負荷電流を回生させます。 この同期整流機能により損失が大幅に軽減され、ショットキーダイオードを削除することが可能 です。 8.22. CP1, CP2, VREG 外付けローサイド MOSFET を駆動するためのゲートドライブ回路と外付けハイサイド MOSFET を駆動する為のブートストラップ回路はチャージポンプレギュレータにより実現できます。 VBB が 16V の場合、レギュレータはリニアレギュレータとして動作します。VBB が 16V 以下の 場合は、このレギュレータはチャージポンプ回路より供給されます。 このチャージポンプ回路は CP1 と CP2 に装着されるコンデンサを必要とします。 レギュレータ電圧は VREG 端子を通してデカップリングされます。 デカップリングコンデンサはブートストラップのコンデンサがベースになります。 さらにブートストラップのコンデンサは選定される MOSFET により決まります。 VREG とブートストラップコンデンサの容量値の選定については「8.28 VREG コンデンサの選 定について」を参照ください。 8.23. Gate Drive and RGATE 外付け NMOSFET を駆動するためのゲートドライブ回路は過渡的な大電流に対応していま す。 この過渡的な大電流は、外付け NMOSFET のコンデンサの充放電を素早く行うために必要 になります。 外付け NMOSFET の充放電を素早く行うことにより、スイッチング速度を上げることが可能と なり、また過渡的な損失を抑えることもできます。 ローサイドのゲートドライブ電流は VREG 端子のコンデンサより供給されます。ハイサイドのゲ ートドライブ電流は各相（CX-SX 間）のブートストラップコンデンサより供給されます。 ゲート容量の充放電に関してはゲートに直列に接続する抵抗 RGATE にて制御します。 サンケン電気株式会社 22 / 30 A4915MLP-T/A4915MET-T データシート Ver. 1.3 8.24. Boot Charge Management 外付け NMOSFET を駆動するゲート電圧が十分でない場合、外付け NMOSFET を保護す るために、このゲート電圧をモニタする必要があります。 ハイサイド外付け NMOSFET を ON にする前に、ゲート電圧が十分に確保されている必要が あり、そのためにブートストラップコンデンサに電荷が十分に充電されている必要があります。 もしブートストラップコンデンサの電圧が十分でない場合、その相のローサイド NMOSFET を ON することによりブートコンデンサへの充電を実施します。 ブートストラップ電圧のモニタはハイサイドが ON している期間継続します。 ハイサイドが ON している期間にブートストラップの電圧が規定を下回った場合には、ハイサイ ドを OFF した後ローサイドを ON にしてブートコンデンサへの充電を実施します。 通常動作時や PWMOFF のデューティが非常に短い様な状況においては、ブートストラップ 電圧を確保するために時折ローサイドが ON になることがあります。 VREG やブートストラップコンデンサの容量値を適切にすることで、効果的なゲートドライブを 維持することができます。 詳細は「8.27 ブートストラップコンデンサの選定について」および「8.28 VREG コンデンサ の選定について」を参照ください。 図 8-23-1 にブートストラップ動作時の波形を示します。 図 8-23-1：ブートストラップ動作時の波形（PWM=100%、DIR=H） CA GHA SA ブートコンデンサへ の充電動作 GLA 8.25. 真理値表 表 8-24-1：真理値表 a X：Don't care 最大および最小のデューティはブートコンデンサの充電状況によります c 内部 PWM 動作時になります b サンケン電気株式会社 23 / 30 A4915MLP-T/A4915MET-T データシート Ver. 1.3 8.26. コミュテーション表 表 8-25-1 に真理値表を示します。 表 8-25-1：コミュテーション表 8.27. ブートコンデンサの選定について ブートコンデンサの最適な容量値（CBOOT）を設定するために、外付け NMOSFET の入力容 量値を確認する必要があります。 ブートストラップコンデンサの容量値が大きすぎると、充電時間が長くなり、最大デューティに 制限がかかります。 ブートストラップコンデンサの容量値が小さすぎると、外付け NMOSFET のゲート駆動時にお いてブートストラップ電圧のリップルが大きくなります。CBOOT の容量値（コンデンサの電荷量 QBOOT）は外付け MOSFET の電荷量（QGATE）の 20 倍以上としてください。 CBOOT=（QGATE×20）/VBOOT ここで VBOOT とはブートストラップコンデンサにかかる電圧になります。 外付け MOSFET を駆動する際に発生するブートストラップ電圧の落ち込み（⊿V）は以下で 計算されます。 ⊿V=QGATE/CBOOT ブートストラップに使用するコンデンサは耐圧 16V 以上のセラミックタイプを使用してください。 8.28. VREG コンデンサの選定について VREG は外付けローサイド NMOSFET のゲートに充電するための電流を供給します。 また、ブートコンデンサを介して、外付けハイサイド NMOSFET のゲートに充電するための電 流も供給しています。 VREG 端子に接続する容量値としてブートストラップコンデンサ容量値の 20 倍とします。 CREG=20×CBOOT サンケン電気株式会社 24 / 30 A4915MLP-T/A4915MET-T データシート Ver. 1.3 9. アプリケーション情報 9.1. 参考基板レイアウト図 ET パッケージ LP パッケージ サンケン電気株式会社 25 / 30 A4915MLP-T/A4915MET-T データシート Ver. 1.3 9.2. Ground デバイスの GND 端子に一点 GND となるようにして下さい。IC の裏面放熱パッド下を一点 GND とすることを推奨します。 9.3. Layout 高周波数、高速スイッチングおよび大電流の設計の場合には、PCB のレイアウトに注意を払 ってください。 グランド（GND）および外付け NMOSFET の大電流リターンライン（LSS 端子）は VBB に装 着するバイパスコンデンサのマイナス側に対して、分離して GND 接続してください。 これにより、A4915 のロジック回路や、アナログ基準電圧へのスイッチングノイズの影響を最小 限にします。 浮遊インダクタンスの影響を最小限にするため、全ての外付け NMOSFET に対して、そのド レインおよびソースの配線を短く、広くとってください。 モータのハーネス部、電源電圧入力部およびローサイドの外付け NMOSFET のソース共通 部も同様に、配線を短く、広くとってください。 これは、大きい負荷電流を高速スイッチングした時に発生するスイッチングノイズを最小限に する効果もあります。 サンケン電気株式会社 26 / 30 A4915MLP-T/A4915MET-T データシート Ver. 1.3 10. 動作波形図 代表的な動作波形図を示します。 条件としては、VBB=10V、VDD=5V、アレグロ社製デモボードを使用しています。 10.1. PWM100% 駆動時 図 10-1-1 に PWM100%駆動時における動作波形を示します。 図 10-1-1：PWM100%駆動時における動作波形 DIR=H DIR=L H1 H1 H2 H2 H3 H3 IOUTA IOUTA 200mA/DIV 200mA/DIV DIR=H DIR=L H1 H1 GHA GHA SA SA GLA GLA DIR=H DIR=L H1 H1 SA SA SB SB SC SC サンケン電気株式会社 27 / 30 A4915MLP-T/A4915MET-T データシート Ver. 1.3 10.2. PWM85%駆動時 図 10-2-1 に PWM85%駆動時における動作波形を示します。 図 10-2-1：PWM85%駆動時における動作波形 DIR=H DIR=L H1 H1 H2 H2 H3 H3 IOUTA IOUTA 200mA/DIV 200mA/DIV DIR=H DIR=L H1 H1 GHA GHA SA SA GLA GLA DIR=H DIR=L H1 H1 GHA GHA SA SA GLA GLA サンケン電気株式会社 28 / 30 A4915MLP-T/A4915MET-T データシート Ver. 1.3 11. パッケージの熱抵抗について 28 ピン eTSSOP パッケージおよび 28 ピン eQFN パッケージは搭載 Chip のステージを放熱用ヒ ートシンクパッドとして使用することで製品の発熱を外部(基板)に逃がす構造になっています。 したがって、使用される基板の材質、面積や GND パターン面積の差異によって製品の許容損失 が変化します。 このため、製品仕様に記載してある許容損失は目安であり基板設計の良し悪しによって変わります ので注意願います。 図 11-1 に銅箔面積（GND パターン面積）に対する RθJA のグラフを示します。 図 11-1：銅箔面積（GND パターン面積）に対する RθJA のグラフ 28 ピン eTSSOP(LP)パッケージ 28 ピン eQFN(ET)パッケージ（単層のみ） 上記に示すグラフを用いて、ジャンクション温度 Tj を推定することができます。 計算式を以下に示しますので、周囲温度に対するジャンクション温度(Tj)を御確認して頂く様お願 いいたします。 図 11-2 に A4915 の減定格を示します｡ただしこの減定格は JEDEC 規定 4 層基板使用時のもの とします。 5 4.5 4 3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0 パッケージ許容損失 ＰＤ［Ｗ］ パッケージ許容損失 ＰＤ［Ｗ］ 図 11-2：A4915 の減定格（JEDEC 規定 4 層基板使用時） eTSSOP28(A4915MLP-T)の減定格 eQFN28(A4915MET-T)の減定格 28℃/W -20 0 20 40 60 80 100 120 5 4.5 4 3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0 -20 周囲温度 Ta［℃］ 32℃/W 0 20 40 60 80 100 120 周囲温度 Ta［℃］ サンケン電気株式会社 29 / 30 A4915MLP-T/A4915MET-T データシート Ver. 1.3 ＊ 使用上の注意 ＣＡＵＴＩＯＮ／ＷＡＲＮＩＮＧ 本書に記載されている動作例及び回路例は、使用上の参考として示したもので、これらに起因する弊社もしくは第三 者の工業所有権、知的所有権、その他の権利の侵害問題について弊社は一切責任を負いません。 Application and operation examples described in this document are quoted for the sole purpose of reference for the use of the products herein and Sanken can assume no responsibility for any infringement of industrial property rights, intellectual property rights or any other rights of Sanken or any third party which may result from its use. 弊社は品質、信頼性の向上に努めていますが、半導体製品では、ある確率での欠陥、故障の発生は避けられません。 部品の故障により結果として、人身事故、火災事故、社会的な損害等を発生させないよう、使用者の責任に於いて、 装置やシステム上で十分な安全設計及び確認を行ってください。 Although Sanken undertakes to enhance the quality and reliability of its products, the occurrence of failure and defect of semiconductor products at a certain rate is inevitable. Users of Sanken products are requested to take, at their own risk, preventative measures including safety design of the equipment or systems against any possible injury, death, fires or damages to the society due to device failure or malfunction. 本書に記載されている製品は、一般電子機器(家電製品、事務機器、通信端末機器、計測機器など)に使用されること を意図しております。ご使用の際は、納入仕様書に署名または押印の上ご返却をお願いいたします。 高い信頼性が要求される装置(輸送機器とその制御装置、交通信号制御装置、防災･防犯装置、各種安全装置など)への 使用をご検討の際には、必ず弊社販売窓口へご相談及び納入仕様書に署名または押印の上、ご返却をお願いいたしま す。 極めて高い信頼性が要求される装置(航空宇宙機器、原子力制御、生命維持のための医療機器など)には弊社の文書に よる合意が無い限り使用しないでください。 Sanken products listed in this document are designed and intended for the use as components in general purpose electronic equipment or apparatus (home appliances, office equipment, telecommunication equipment, measuring equipment, etc.). Please return to us this document with your signature(s) or seal(s) prior to the use of the products herein. When considering the use of Sanken products in the applications where higher reliability is required (transportation equipment and its control systems, traffic signal control systems or equipment, fire/crime alarm systems, various safety devices, etc.), please contact your nearest Sanken sales representative to discuss, and then return to us this document with your signature(s) or seal(s) prior to the use of the products herein. The use of Sanken products without the written consent of Sanken in the applications where extremely high reliability is required (aerospace equipment, nuclear power control systems, life support systems, etc.) is strictly prohibited. 弊社のデバイスをご使用、またはこれを使用した各種装置を設計する場合、定格値に対するディレーティングをどの 程度行うかにより、信頼性に大きく影響いたします。 ディレーティングとは信頼性を確保または向上するため、各定格値から負荷を軽減した動作範囲を設定したり、サー ジやノイズなどについて考慮することを言います。ディレーティングを行う要素には、一般的には電圧、電流、電力 などの電気的ストレス、周囲温度、湿度などの環境ストレス、半導体デバイスの自己発熱による熱ストレスがありま す。これらのストレスは、瞬間的数値あるいは最大値、最小値についても考慮する必要があります。 なおパワーデバイスやパワーデバイス内蔵 IC は、自己発熱が大きく接合部温度(Tj)のディレーティングの程度が、 信頼性を大きく変える要素となりますので充分にご配慮ください。 In the case that you use our semiconductor devices or design your products by using our semiconductor devices, the reliability largely depends on the degree of derating to be made to the rated values. Derating may be interpreted as a case that an operation range is set by derating the load from each rated value or surge voltage or noise is considered for derating in order to assure or improve the reliability. In general, derating factors include electric stresses such as electric voltage, electric current, electric power etc., environmental stresses such as ambient temperature, humidity etc. and thermal stress caused due to self-heating of semiconductor devices. For these stresses, instantaneous values, maximum values and minimum values must be taken into consideration. In addition, it should be noted that since power devices or IC’s including power devices have large self-heating value, the degree of derating of junction temperature (Tj) affects the reliability significantly. 本書に記載されている製品のご使用にあたって、これらの製品に他の製品・部材を組み合わせる場合、或いは、これ らの製品に物理的、化学的その他何らかの加工・処理を施す場合には、使用者の責任に於いてそのリスクをご検討の 上行ってください。 When using the products specified herein by either (i) combining other products or materials therewith or (ii) physically, chemically or otherwise processing or treating the products, please duly consider all possible risks that may result from all such uses in advance and proceed therewith at your own responsibility. 本書に記載された製品は耐放射線設計をしておりません。 Anti radioactive ray design is not considered for the products listed herein. 弊社物流網外での輸送、製品落下等によるトラブルについて弊社は一切責任を負いません。 Sanken assumes no responsibility for any troubles, such as dropping products caused during transportation out of Sanken’s distribution network. サンケン電気株式会社 30 / 30