2009 年 6月 22 日 SPI-6631M アプリケーションノート Ver2.2 PPD 事 業 部 モ ー タ ー 技 術 ２ グ ル ー プ 本資料は、3 相モーター駆動用 IC SPI-6631M に関する 製品の特徴、ご使用方法等をまとめたものです。 １．はじめに …２頁 ２．特徴 …２頁 ３．製品仕様 …３頁∼４頁 ４．減定格図 …５頁 ５．外形図、参考ランドパターン、参考パターン …６頁∼８頁 ６．Pin 配列 …９頁 ７．内部ブロック図＆外付け回路例 …１０頁∼１１頁 ８．機能説明 …１２頁∼１３頁 ９．タイミングチャート …１４頁∼１６頁 １０．代表特性例 …１７頁∼１８頁 １１．各端子部内部構成 …１９頁 登録番号 サンケン電気株式会社 -1- 61067 １．はじめに 本製品は、３相モーター駆動用 IC で、出力素子とそのプリドライバー、保護回路 等を１チップ／１パッケージの搭載したものです。 さまざまなコントローラ IC を前段に用意することで、ブラシレスモータや ステッピングモータを駆動することが可能です。 本資料は、SPI-6631M に関する情報をまとめたものです。 ２．特徴 ・モーター電源電圧 VBB：13∼33V（実動作時推奨範囲） ・電源＆入力信号の立ち上げ、立ち下げシーケンスフリー ・出力電流 Io：3.0A(max) ・出力短絡保護用の過電流保護機能(OCP)搭載 ・過熱保護機能搭載 ・過熱＆過電流動作時の Alarm 出力端子搭載 ・上下アーム同時 ON 防止回路搭載 ・上下アーム切換時の短絡電流防止用デッドタイム回路搭載 ・主電源電圧低下検出時の出力保護機能搭載 ・HSOP タイプ 16Pin モールドパッケージ採用(SPI-6631M) サンケン電気株式会社 -2- ３．製品仕様 ３−１．絶対最大定格（Ta＝25℃） 項 目 記号 主 電 源 電 圧 Load Supply Voltage MOSFET 出力耐圧 MOSFET Drain-Source Voltage 出 力 電 流 Output Current 入 力 電 圧 Input Voltage S 端子電圧 Sense Voltage Alarm 端子電圧 Alarm Voltage Alarm 端子流入電流 Alarm Current 許 容 損 失 Power Disspation ジャンクション温度 Junction Temperature 動 作 周 囲 温 度 Operating Temperature 保 存 温 度 Storage Temperature ※ 規 格 値 単位 VBB 35 V VDSS 35 V Iout ±3 A Vin −0.3∼6.5 V Vsen −2∼2 V VAlarm 6.5 V IAlarm 1 mA PD 2.67 W Tj 150 ℃ Ta −25∼85 ℃ Tstg −40∼150 ℃ 備 考 Duty Cycle=100% SPI-6631M 弊社評価基板使用時 出力電流は、デューティサイクル、周囲温度、放熱状態によって制限を受ける ことがあります。いかなる使用条件下においても、決して指定された定格電流 および最大接合部温度(Tj=150℃)を超えないようにして下さい。 ３−２．推奨動作範囲 項 目 記号 主 電 源 電 圧 出 力 電 流 動作時最大ケース温度 VBB Iout Tc 規格値 MIN 13 MAX 33 2.5 110 単位 備 考 V A ℃ 出力電流を推奨範囲以上で使用される場合、製品発熱(損失)に注意して下さい。 サンケン電気株式会社 -3- ３−３．電気的特性（特に断りなき場合、VBB=24V、Ta=25℃） 定格 Limits 特性項目 記号 Characteristic Symbol MIN TYP MAX 主電源電圧 VBB 13 33 Load Supply Voltage 主電源電流 IBB 20 Load Supply Current 最大応答パルス幅 ｔｗ 3 Minimum Pulsa Width 入力電圧 VIL 0.8 Input Voltage VIH 2.0 入力電流 IIL 8 Input Current IIH 20 クロスオーバーデッドタイム Tdelay 100 500 1200 Crossover Dead Time VB端子電圧 VB VBB+5 VB Maximum Voltage VB-OUT間耐圧 VB-OUT 5 VB-OUT Maximum Voltage VB端子電流 IB 3 VB Current チャージポンプ周波数 250 Fcp Charge Pump Frequency CP1-CP2間電圧 VCP12 34.2 Voltage between CP1 and CP2 出力リーク電流 800 IDSS Output Leakage Current -800 MOS FET ON 抵抗 RDS(on) 0.4 0.7 MOS FET ON Resistance MOS FETダイオード順方向電圧 VSD 2.2 FET Body Diode Forward Voltage Alarm端子飽和電圧 Valarm 0.5 Alarm Output Voltage Alarm端子リーク電流 Ialarm 100 Alarm Leakage Current 過電流検出電流 IOCP 7 OCP Current 過電流保護ブランク時間 tblank 0.7 1.2 4 OCP Blanking Time 過電流保護遅延時間 tocp 0.5 1 2.2 OCP Deley Time 過熱保護動作温度 Tj 170 Thermal Shutdown Temperature 過熱保護ヒステリシス ⊿Tj 15 TSD Hysteresis Temperature 低電圧保護動作電圧 UVLO 4 4.5 5 ULVO Operating Voltage 低電圧保護ヒステリシス ⊿UVLO 0.4 0.45 0.5 UVLO Hysteresis ※1：Typ データは設計情報として使用して下さい。 単位 試験条件 Units Test Conditions V mA μS V VIN=0.8V V VIN=2.0V μA μA nS V VB-GND間耐圧 V mA VB-OUT=5V kHz V VBB=35V μA VOUT=VBB=35V μA VOUT=0V IOUT=±1A Ω VBB-OUT間 or OUT-S間 V ISD=1A V I=1mA μA V=5.5V A OUT-OUT間Short μS mS ℃ ℃ V VBB電圧立上り V ※2：表中の負電流は製品端子から流れ出る電流を示しております。 サンケン電気株式会社 -4- ４．減定格図 Fig-1 SPI-6631M減定格 弊社評価基板使用時 3 許容損失P（W） 2.67W 2 HSOP-16(SPI-6631M) 46.82℃/W 弊社評価基板使用時 1 0 0 25 50 75 o 周囲温度Ta（ C） サンケン電気株式会社 -5- 100 ５−１．外形図 単位（ｍｍ） HSOP-16(SPI-6631M) 1Pin Mark サンケン電気株式会社 -6- ５−２．参考ランドパターン HSOP-16(SPI-6631M) サンケン電気株式会社 -7- ５−３．参考パターン図 SPI-6631M 参考パターン図 サンケン電気株式会社 -8- ６．Pin 配列 記号 Pin No CP2 1 チャージポンプ汲み上げ用コンデンサー端子２ CP1 2 チャージポンプ汲み上げ用コンデンサー端子１ OUTU 3 DMOSFET S 4 センス端子（下アームソース出力） OUTV 5 DMOSFET V 相出力 OUTW 6 DMOSFET W 相出力 Alarm 7 アラーム出力 GND 8 グランド INLW 9 W 相下アーム入力 INHW 10 W 相上アーム入力 INLV 11 V 相下アーム入力 INHV 12 V 相上アーム入力 VBB 13 主電源端子 INLU 14 U 相下アーム入力 INHU 15 U 相上アーム入力 VB 16 チャージポンプチャージアップ用コンデンサー端子 端子説明 U 相出力 サンケン電気株式会社 -9- ７−１．内部ブロック図 サンケン電気株式会社 - 10 - ７−２．外付け回路例 参考定数 R1：10kΩ C1：0.1μF／35V 以上 C2：0.1μF／35V 以上 CA1：0.1μF／50V 以上 CA2：100μF／50V 以上 本製品は、シーケンスフリー設計になっています。 このため、主電源の立上がり／立下りとコントローラ(CPU 等)の信号入力の 順番に制限はありません。 また、コントローラ出力がハイインピーダンス状態になっても、製品側内部に プルダウン抵抗を内蔵していますので、製品入力は Low に固定されます。 (このため、出力 FET は、OFF に固定されます。) なお、プルダウン抵抗は 100kΩ(Typ)±50%の設計になっていますので、この 抵抗を十分に駆動できるだけのコントローラを選定して下さい。 サンケン電気株式会社 - 11 - ８．機能説明 ①Reg 製品の内部を駆動するための電源になります。 内部 Logic 回路やチャージポンプ回路、出力 FET のドライブ回路を動かします。 主電源（VBB）端子に 13∼33V の電圧を供給することで動作します。 ②チャージポンプ(Charge Pump;CP1 and CP2) チャージポンプは VBB よりも高い電圧を作るための回路です｡ この電圧で上アーム FET を駆動します｡ 0.1μF のセラミックコンデンサーを CP1-CP2 間に装着してください｡ また､同様に 0.1μF のセラミックコンデンサーを VB-VBB 間に装着してください｡ このコンデンサーは上アーム FET を駆動するための電源として必要になります｡ ③TSD 製品の熱保護回路になります。 制御 IC の温度が約 170℃を超えると出力をシャットダウンします。 なお、本機能が通常動作時に働くような熱設計は行ないで下さい。 製品の保証温度を超えてしまうため、製品寿命が著しく低下します。 ④UVLO 製品に印加される電源が推奨動作範囲以下に低下した場合、またチャージ ポンプ電圧が設計想定レベル以下に低下した場合に、出力をシャットダウン します。製品に加わる電圧が設計値以下になることで生じる危険性のある 無制御状態や出力 FET の ON 抵抗増加による異常発熱等を防止します。 ⑤シャットダウン(Shutdown) 異常状態(過度のジャンクション温度もしくはチャージポンプ低電圧時)の場合､ その異常状態が解除されるまで､デバイスの出力 SFET が DISABLE(出力 OFF 状態) となります｡ 電源立ち上げ時(VBB 低電圧時)には､UVLO 回路により出力が DISABLE (出力 OFF 状態)となります｡ サンケン電気株式会社 - 12 - ⑥Alarm Alarm 端子はオープンドレイン端子になっており、以下の条件のときに L を出力 します。 ・ VBB が低電圧状態のとき ・ チャージポンプ低電圧状態のとき ・ TSD 作動時 ・ OCP 検出時 ⑦Input Logic コントローラからの信号を受けて出力を駆動する信号を作ります。 また、この回路ブロックにて、上下アーム切り替わり時の貫通電流を防止する クロスオーバーデッドタイムもここで設定します。 各相の入力信号と出力の関係を示します。 INLx INHx Active H Active H H L L L H H L H OUT L Z Z H ※Z=ハイインピーダンス(出力 OFF) ⑧S 端子 S 端子は各相の下アーム FET のソースが接続されています。 ⑨Pri-Drive 回路 出力パワー素子の駆動回路になります。 上アーム側(ハイサイド)の Drive 回路は、入力 Logic 信号を高電位レベルに シフトして出力 FET を駆動します。 また、このブロックにて過電流や過熱を検知した信号を受け出力をシャット ダウンします。 サンケン電気株式会社 - 13 - ９．タイミングチャート ①OCP 解除時 サンケン電気株式会社 - 14 - ②OCP 継続時 Hi-Z OUT W/V/U Ipeak IOCP IOUT ENB(internal) tblank tocp BLANK ALARM Tocp後の再起動において、再 びOCPを検地した場合には、 ALARMはLを保持します。 サンケン電気株式会社 - 15 - ③通常動作(クロスオーバーデッドタイム)時 サンケン電気株式会社 - 16 - １０．代表特性例 出力 FET Io−VDS(on)特性 VBB=24V Ta=25℃ 6631 出力FETON電圧特性 2 出力飽和電圧 VDS(on) (V) 1.8 1.6 1.4 1.2 上アーム FET 1 0.8 下アーム FET 0.6 0.4 FET ON 抵抗：0.4Ω(Typ) 0.2 0 0 0.5 1 1.5 2 2.5 出力電流 Io (A) 3 ・実機動作波形 測定条件 電源電圧=24[V],出力電流=1.0 [A] OUTU OUTV OUTW IOUTU サンケン電気株式会社 - 17 - 3.5 4 ・ESD 耐量実力値 ・出力部電流耐量 6 6 3 1 出力電流耐量 条件：Ta=25℃ 12 単発パルス 電流耐量 (A) 10 8 6 4 2 0 0.1 1 10 100 1(DC) 000 パルス電流時間 (m S) ※ 出力電流耐量は、FET 及びフレームとの接続に使用する Au ワイヤーを 総合した Total 設計耐量になります。(保証値ではありません｡) 製品保証値は、絶対最大定格にある±3A(Duty Cycle=100%)になります。 サンケン電気株式会社 - 18 - １１．各端子部内部構成 Pin No 内部構成 備考 1：CP2 Analog 2：CP1 13：VB VB-VBB：ZDi＝6.5V(Typ) 16：VBB IBB=20mA(Max) 3：OUTU FET Output 5：OUTV 6：OUTW FET RDS(on)=0.4Ω(Typ) VDSS＝35V(Min) 4：S FET 7：Alarm CMOS Open Drain Source Ron：500Ω(Max) I=1mA(Max) VDSS=6.5V 9：INLW Analog 10：INHW PNP Input Comp 11：INLV 12：INHV Hysteretic：0.35V(Typ) 14：INLU L:0.8V(Max) 15：INHU H:2.0V(min) サンケン電気株式会社 - 19 -