电机规格与电机驱动器IC绝对最大额定值之间的关系

在使用电机时,基本上需要电机驱动电路。根据电机的种类、电机的功率等规格、应用产品等的不同,电机的驱动电路也分很多种,包括分立组成、以及驱动器IC和微控制器相组合等不同的方式。在“电机驱动基础篇”里,我们根据具有代表性的电机结构和工作原理,大致讲解了使用了电机驱动器IC的驱动方法。

本文将讲解“绝对最大额定值”,这是在选择电机驱动器IC时必须要仔细确认的项目。本文还通过两个表格汇总列出了两个主题,一个是从电机的角度来看电机规格与电机驱动器IC绝对最大额定值之间的关系,另一个是电机驱动器IC的各个绝对最大额定值的含义及其注意要点。

什么是绝对最大额定值?

首先来了解一下“绝对最大额定值”到底是什么。如果对该项目理解不充分,可能会导致严重的事故,所以无论是设计者还是使用者,都需要准确地理解并严谨地应用。在本文中是以电机驱动器为例进行讲解的,但其实绝对最大额定值的定义不仅局限于电机驱动器,也同样适用于其他半导体元器件。

关于半导体元器件的绝对最大额定值的术语定义,原则上遵循“JIS C 7032 晶体管通则”。其定义是“即使一瞬间也不可超过的极限值,是不允许任何两个项目同时达到的极限值”。可以解释为“无论时间有多短,绝对不能超过绝对最大额定值中的任何项目的值”。

关于实际的思路和应用,请参阅的Tech Web Motor TECH INFO的专栏,其中有详细介绍。

电机规格与电机驱动器IC绝对最大额定值之间的关系

在电机应用中,进行电机驱动器IC选型时,基本上要根据电机规格和使用条件来选择满足要求的驱动器IC。例如,如果电机的使用电压为24V±10%,则驱动器IC的电源电压额定值需要覆盖该上限值。下表中总结了电机规格与驱动器IC绝对最大额定值之间的主要关系。当然,根据某些条件还有其他需要注意的细节,需要单独探讨。

※电机示例:24V复印机用无刷电机

项目 电机规格示例 与电机驱动器IC绝对最大额定值之间的关系
额定(电源)电压 DC24V
  • 电压上限必须在不超过绝对最大额定值和容许损耗的范围内。
  • 也要确认关断时线圈的L分量引起的反电动势。
  • 实际上的电源电压在待机(无负载)、启动(有负载时)时会发生变化,因此以所使用电压上限的120%左右为IC的绝对最大额定值。例:24V+10%=26.4V→32V,则32V以上为绝对最大额定值的参考标准。
使用电压 DC24V±10%
额定负载/
负载电流
60mN/1.2A以下
  • 输出电流额定值需要在负载电流值以上。
  • 考虑到以额定电流连续通电时的电机温度实际上升情况,IC的Tj按照125℃以下设计比较好。驱动器IC的绝对最大额定值大多是在Tj=150℃条件下进行设计的。
启动电流 3A以下
  • 电流值不可超过LSI的绝对最大额定值。
  • 以“启动电流=绝对最大电流×0.8”作为参考标准。例:如果启动电流是3A,则最大额定值为3.75A以上。
电机绕组绝缘等级 E级(120℃)
  • ・不适用于驱动器IC。
寿命 连续3000小时以上
  • IC的寿命比电机寿命(主要是轴承的寿命)长很多,所以无需考虑。
工作温度范围 -5℃~+60℃
  • 必须考虑到公差,且满足规格。例:-20℃~+80℃、-40℃~+85℃
保存温度范围 -30℃~+80℃
  • 必须考虑到公差,且满足规格。例:-55℃~+150℃

电机驱动器IC的绝对最大额定值及其注意要点

下表中总结了电机驱动器IC的绝对最大额定值及其注意要点。常见的注意要点有:如果超过绝对最大额定值,可能会导致驱动器IC的特性恶化,寿命可能会缩短,甚至会损坏IC。此外,即使电压、电流、温度和湿度等在绝对最大额定值以内,使用环境条件越严苛,驱动器IC的可靠性越低。因此,要想实现可靠性高的设计,应考虑相对于额定值的降额。

 

项目 内容 注意事项
电源电压
  • 电源引脚和接地(GND)引脚间可施加的不会导致内部元件特性劣化或损坏的最大电源电压。
  • 如果有多个电源引脚,则对每个电源引脚进行规定。
  • 是不会引起特性劣化和损坏的可施加电源电压,不是正常工作的电源电压。
  • 为了确保IC的保证值并使IC正常工作,需要在工作电源电压范围内使用。
输出电流
  • 在不引起内部元件特性和键合线劣化或损坏的前提下,可流经电源段的输出引脚、电源段的电源引脚和GND引脚的最大电流。
  • 没有特别规定时,可连续流过。
  • 即使一瞬间也不可超过。
  • 也有某些规格规定了瞬时条件并且值较大。
  • 不可超过封装的容许损耗,并确保该值不超过ASO*。
输入电压范围
  • 用来控制输出引脚状态的各输入引脚和输入电路的GND引脚间可施加的不引起内部元件特性劣化或损坏的电压范围。
  • 如果提供的最大值为“-0.3~Vcc”,则额定值取决于实际的Vcc电压。
  • 当输入引脚和电源引脚间有静电击穿保护二极管时,要确保输入引脚电压不要超过电源引脚电压+二极管VF以致处于导通状态。
工作温度范围
  • 正常工作的环境(或结点)温度范围。
  • 要确认温度为环境温度(Ta)还是结温(Tj)。
保存温度范围
  • 不会引起内部元件特性劣化和封装材料劣化、可以保存IC单体的温度范围。
  • 如果未提供结温的绝对最大额定值,则该项的最高温度为结温的绝对最大额定值。
容许损耗
  • 环境温度Ta为25℃时,IC可消耗的功率。
  • IC消耗功率时会发热,结点(芯片)温度Tj会高于环境温度。
  • 可以消耗的功率取决于Tjmax的限值。
  • 当安装在特定电路板上时,或者是IC单体的值时,受实际使用的电路板面积和厚度、布线层的层数、面积、厚度、通孔的配置位置等因素影响,容许损耗会有很大差异。
  • 通常使用内部发热量与外部散热量均衡情况下的θj-a来求容许损耗,因此在短时间的功耗中,Tj的升幅很小,所以热阻看起来很小,功率损耗会增加。
  • 短时间的容许损耗需要逐一使用瞬态热阻数据来进行判断。
结温
  • IC芯片(结点)的最大容许温度(Tjmax)。
  • 是IC的功耗带来的发热量加上Ta计算得出的温度,需要确认消耗的功率和并进行散热设计。

* ASO:Area of Safety Operation:安全工作区。有时也称为“SOA(Safety Operation Area)”。虽然不是绝对最大额定值项目,但是取决于相关的额定值。

右图所示曲线的内侧(数值较低的一侧)为ASO,如果是驱动器IC,则表示输出段晶体管的安全工作区。在额定电流限制区域④和额定电压限制区域①的内侧,还会受到容许损耗限制区域③、以及由于双极元件的二次击穿即使电压和电流在额定范围内也会导致损坏的区域②的限制。此外,在MOSFET中也可能有由于发热点集中而类似于双极元件二次击穿的区域②。

电机规格与电机驱动器IC绝对最大额定值之间的关系

尤其是以电感负载使用时,电压和电流之间会产生相位差,因此可能会被施加瞬态电压和电流,此时需要确认是否在ASO范围内。通过观察瞬态现象的波形,测量电压和电流同时被施加多长时间,并与各驱动器IC输出段晶体管的ASO数据进行比较来确认。

关键要点

  • 半导体元器件的绝对最大额定值的术语定义,遵循“JIS C 7032 晶体管通则”中的术语定义。
  • 绝对最大额定值的定义是“即使一瞬间也不可超过的极限值,是不允许任何两个项目同时达到的极限值”。
  • 进行电机驱动器IC选型时,基本上要根据电机规格和电机使用条件来选择满足要求的电机驱动器IC。
  • 如果超过绝对最大额定值,可能会导致电机驱动器IC的特性恶化、寿命缩短、甚至会损坏IC。
  • 即使在绝对最大额定值范围内,使用环境条件越严苛,电机驱动器IC的可靠性越低。

相关文章

  1. 电机和电机驱动基础 -总结-

    电机和电机驱动基础 -总结-

TECH INFO

  • 重点必看
  • 技术分享
  • Arduino入门指南

基础知识

  • Si功率元器件
  • IGBT功率元器件
  • 热设计
  • 仿真
  • 开关噪声-EMC
  • AC/DC
  • DC/DC
  • 电机
  • 传递函数

工程技巧


PICK UP!

  1. 刘铭
  2. ROHM开发出业界先进的第4代低导通电阻
PAGE TOP