درایور موتور دی سی L6207D

درایور موتور دی سی L6207D یک درایور توان دوکاناله از شرکت STMicroelectronics است که دو پل کامل H مستقل، مدار کنترل جریان PWM و مجموعه‌ای از حفاظت‌های الکتریکی را در یک تراشه یکپارچه می‌کند. این قطعه برای راه‌اندازی دو موتور DC جاروبک‌دار یا یک موتور استپر دوقطبی طراحی شده است.

L6207 با استفاده از ترانزیستورهای توان DMOS داخلی، امکان کنترل جهت حرکت، توقف، ترمز و تنظیم جریان موتور را فراهم می‌کند. وجود دو پل H مستقل باعث می‌شود هر پل به‌صورت جداگانه کنترل شود؛ در نتیجه می‌توان دو موتور DC را مستقل از یکدیگر راه‌اندازی کرد.

این آی‌سی برای پروژه‌های رباتیک، ماشین‌های متحرک، تجهیزات صنعتی، عملگرهای الکترومکانیکی، سیستم‌های کنترل موقعیت و مدارهای دارای موتور استپر گزینه‌ای مناسب است.

دو پل H مستقل برای کنترل موتور

در داخل L6207 دو پل کامل H با عناوین Bridge A و Bridge B قرار گرفته است. هر پل دارای دو ورودی منطقی، یک ورودی Enable، دو خروجی توان، ورودی مرجع جریان و پایه سنجش جریان است.

با تغییر وضعیت ورودی‌های منطقی هر پل می‌توان حالت‌های زیر را ایجاد کرد:

• حرکت موتور در جهت مستقیم
• حرکت موتور در جهت معکوس
• ترمز از مسیر بالایی
• ترمز از مسیر پایینی
• غیرفعال کردن خروجی و قرار دادن آن در حالت امپدانس بالا

برای کنترل دو موتور DC، هر موتور بین دو خروجی یکی از پل‌ها قرار می‌گیرد. برای کنترل موتور استپر دوقطبی نیز هر پل یکی از سیم‌پیچ‌های موتور را راه‌اندازی می‌کند.

محدوده ولتاژ کاری 8 تا 52 ولت

ولتاژ تغذیه توصیه‌شده برای آی‌سی L6207 بین 8 تا 52 ولت DC است. این محدوده وسیع اجازه می‌دهد قطعه در سیستم‌های حرکتی با ولتاژهای مختلف، از موتورهای کم‌ولتاژ تا تجهیزات صنعتی 24 و 48 ولتی استفاده شود.

حداکثر مطلق ولتاژ تغذیه در دیتاشیت 60 ولت اعلام شده است؛ بااین‌حال این مقدار، ولتاژ کاری عادی محسوب نمی‌شود. در طراحی واقعی باید ولتاژ تغذیه، نوسانات منبع و ولتاژهای برگشتی موتور به‌گونه‌ای کنترل شوند که از محدوده کاری توصیه‌شده 52 ولت عبور نکنند.

جریان خروجی L6207

براساس دیتاشیت سازنده، مشخصات جریان این قطعه شامل موارد زیر است:

• جریان خروجی پیک تا 5.6 آمپر
• جریان خروجی دائم یا RMS تا 2.8 آمپر
• آستانه معمول حفاظت اضافه‌جریان حدود 5.6 آمپر
• حداکثر آستانه حفاظت اضافه‌جریان 7.1 آمپر

مقدار 5.6 آمپر یک مشخصه پیک است و نباید به‌عنوان جریان قابل استفاده دائمی در نظر گرفته شود. دستیابی به جریان‌های بالا به پکیج قطعه، سطح مس PCB، دمای محیط، مقاومت روشن MOSFETها، نوع بار و روش دفع حرارت بستگی دارد.

برای استفاده مطمئن، باید جریان نامی و جریان راه‌اندازی موتور بررسی شود. موتورهای DC هنگام شروع حرکت یا توقف مکانیکی ممکن است جریانی چند برابر جریان عادی خود مصرف کنند.

کنترل جریان PWM داخلی

یکی از مهم‌ترین ویژگی‌های L6207، وجود دو کنترل‌کننده مستقل جریان PWM با زمان خاموشی ثابت یا Constant tOFF است. هر پل دارای مدار کنترل جریان جداگانه است.

جریان موتور به کمک مقاومت خارجی Sense اندازه‌گیری می‌شود. ولتاژ ایجادشده روی این مقاومت با ولتاژ پایه VREF مقایسه می‌شود. زمانی که جریان از مقدار تنظیم‌شده بیشتر شود، مدار کنترل PWM ترانزیستورهای مربوط را برای مدت مشخصی خاموش می‌کند.

این قابلیت مزایای زیر را دارد:

• محدود کردن جریان موتور
• حفاظت بهتر از موتور و مدار
• راه‌اندازی موتور استپر با جریان کنترل‌شده
• کاهش تلفات نسبت به محدودسازی مقاومتی
• امکان تنظیم جریان هر پل به‌صورت مستقل
• بهبود کنترل گشتاور موتور

زمان خاموشی PWM توسط شبکه مقاومتی و خازنی متصل به پایه‌های RCA و RCB تنظیم می‌شود.

فرکانس سوئیچینگ تا 100 کیلوهرتز

L6207 از فرکانس سوئیچینگ تا 100 کیلوهرتز پشتیبانی می‌کند. این ویژگی امکان کنترل سریع خروجی‌ها و تنظیم عملکرد مدار متناسب با نوع موتور را فراهم می‌کند.

فرکانس واقعی مورد استفاده باید با توجه به تلفات سوئیچینگ، نویز، صدای موتور، مقدار جریان، شبکه RC و محدودیت‌های حرارتی انتخاب شود.

یکسوسازی سنکرون با Slow Decay

این آی‌سی در زمان تنظیم جریان از روش یکسوسازی سنکرون با افت آهسته یا Slow Decay استفاده می‌کند. در این روش، جریان سیم‌پیچ موتور از مسیر ترانزیستورهای داخلی بازچرخش می‌کند.

Slow Decay می‌تواند در بسیاری از کاربردها باعث کاهش ریپل جریان، عملکرد نرم‌تر موتور و کنترل مناسب‌تر جریان سیم‌پیچ شود. بااین‌حال پاسخ دینامیکی این روش باید با سرعت و نوع موتور مورد استفاده تطبیق داده شود.

دیودهای هرزگرد سریع داخلی

ترانزیستورهای DMOS خروجی دارای دیودهای هرزگرد سریع داخلی هستند. این دیودها مسیر بازگشت جریان بارهای سلفی را هنگام تغییر وضعیت کلیدهای قدرت فراهم می‌کنند.

وجود این دیودها طراحی مدار قدرت را ساده‌تر می‌کند؛ بااین‌حال خازن‌های بای‌پس، مسیرهای جریان، زمین توان و حفاظت در برابر اضافه‌ولتاژ همچنان باید به‌درستی طراحی شوند.

مقاومت روشن پایین MOSFETها

مقاومت روشن معمول هر MOSFET داخلی در دمای پیوند 25 درجه سانتی‌گراد حدود 0.3 اهم است. این مقدار شامل مقاومت معمول تقریبی ترانزیستورهای High-Side و Low-Side است.

مقاومت روشن با افزایش دمای تراشه بیشتر می‌شود. بنابراین تلفات توان در جریان‌های بالا افزایش پیدا می‌کند و طراحی حرارتی اهمیت زیادی دارد.

حفاظت‌های داخلی L6207

آی‌سی درایور موتور L6207 مجموعه‌ای از حفاظت‌های داخلی را ارائه می‌کند:

حفاظت اضافه‌جریان

مدار Overcurrent Detection جریان عبوری از MOSFETهای سمت بالا را کنترل می‌کند. در صورت تشخیص اضافه‌جریان، خروجی حفاظتی از طریق پایه Enable پل مربوط عمل می‌کند.

خاموشی حرارتی

اگر دمای پیوند تراشه بیش از حد افزایش یابد، حفاظت حرارتی خروجی را غیرفعال می‌کند. دمای معمول عملکرد Thermal Shutdown حدود 165 درجه سانتی‌گراد است.

خاموشی حرارتی یک حفاظت اضطراری است و نباید جایگزین طراحی صحیح هیت‌سینک، PCB و تهویه شود.

قفل افت ولتاژ

قابلیت Undervoltage Lockout از عملکرد نامطمئن مدار در ولتاژ تغذیه بسیار پایین جلوگیری می‌کند. آستانه معمول روشن شدن حدود 7 ولت و آستانه خاموش شدن حدود 6 ولت است.

جلوگیری از هدایت هم‌زمان

مدار Cross Conduction Protection با ایجاد Dead Time بین خاموش و روشن شدن ترانزیستورهای یک شاخه، از روشن شدن هم‌زمان MOSFETهای بالا و پایین جلوگیری می‌کند.

Dead Time معمول داخلی حدود یک میکروثانیه است.

ورودی‌های منطقی TTL و CMOS

ورودی‌های IN1A، IN2A، IN1B و IN2B با سطوح منطقی TTL و CMOS سازگار هستند. حداقل ولتاژ تضمین‌شده برای تشخیص سطح High برابر 2 ولت و حداکثر ولتاژ سطح Low برابر 0.8 ولت است.

از نظر سطح منطقی، این مشخصات امکان کنترل آی‌سی توسط بسیاری از میکروکنترلرهای 3.3 و 5 ولتی را فراهم می‌کند. بااین‌حال اتصال زمین، نویز، ترتیب روشن شدن منابع و مدار پایه‌های Enable باید بررسی شود.

پایه‌های ENA و ENB علاوه بر کنترل فعال‌سازی پل‌ها، به مدارهای حفاظت اضافه‌جریان و حرارتی نیز متصل هستند. به همین دلیل سازنده توصیه می‌کند این پایه‌ها از طریق مقاومت سری مناسب راه‌اندازی شوند. مقدار پیشنهادی دیتاشیت برای مقاومت Enable حدود 100 کیلواهم است.

مدار Charge Pump

برای روشن کردن MOSFETهای کانال N سمت بالا، ولتاژ گیت باید از ولتاژ تغذیه موتور بیشتر باشد. L6207 برای ایجاد این ولتاژ از مدار Charge Pump استفاده می‌کند.

بخش اصلی Charge Pump داخل آی‌سی قرار دارد، اما برای تکمیل مدار به چند قطعه خارجی نیاز است. مقادیر پیشنهادی دیتاشیت عبارت‌اند از:

• خازن CBOOT برابر 220 نانوفاراد
• خازن CP برابر 10 نانوفاراد
• مقاومت RP برابر 100 اهم
• دو دیود سریع 1N4148

این قطعات باید نزدیک پایه‌های مربوط قرار بگیرند تا مسیرهای سوئیچینگ کوتاه و کم‌نویز باقی بمانند.

کاربردهای آی‌سی L6207

این درایور در پروژه‌ها و تجهیزات مختلف قابل استفاده است، از جمله:

• کنترل دو موتور DC جاروبک‌دار
• راه‌اندازی موتور استپر دوقطبی
• ربات‌های متحرک
• ربات‌های چرخ‌دار
• تجهیزات CNC سبک
• مکانیزم‌های حرکتی
• دستگاه‌های پزشکی دارای عملگر
• تخت‌های برقی
• تجهیزات آزمایشگاهی
• سیستم‌های اتوماسیون
• مکانیزم‌های باز و بسته‌شونده
• کنترل موقعیت
• پمپ‌ها و عملگرهای کوچک
• سیستم‌های صنعتی 24 و 48 ولتی

پکیج‌های قابل ارائه

L6207 در نسخه‌های اصلی زیر عرضه می‌شود:

نسخه PowerSO-36 برای دفع حرارت بهتر دارای سطح فلزی متصل به زمین است و به طراحی حرارتی مناسب روی PCB نیاز دارد.

پیش از ثبت سفارش، شماره فنی، نوع پکیج و روش بسته‌بندی محصول با تصویر و مشخصات فروشگاه تطبیق داده شود.

مشخصات فنی آی‌سی درایور موتور L6207

نکات مهم طراحی و استفاده

• L6207 آی‌سی خام است و بدون مدار جانبی قابل استفاده نیست.
• جریان 5.6 آمپر فقط مقدار پیک است و جریان کاری دائم محسوب نمی‌شود.
• مقدار 60 ولت، حداکثر مطلق است و نباید به‌عنوان ولتاژ کاری انتخاب شود.
• برای هر پل باید مقاومت سنجش جریان مناسب در نظر گرفته شود.
• پایه‌های VREF نباید رها یا مستقیماً به زمین متصل شوند.
• خازن‌های بای‌پس باید نزدیک پایه‌های تغذیه قرار بگیرند.
• زمین توان و زمین سیگنال باید با مسیر مناسب طراحی شوند.
• مسیرهای خروجی موتور و مقاومت Sense باید کوتاه و پهن باشند.
• دفع حرارت PCB باید متناسب با جریان خروجی طراحی شود.
• برای موتورهای دارای جریان راه‌اندازی بالا، حاشیه اطمینان در نظر گرفته شود.
• ولتاژهای برگشتی و نویز موتور باید توسط طراحی مناسب کنترل شوند.
• نوع پکیج موجود پیش از خرید بررسی شود.

جمع‌بندی

آی‌سی درایور موتور L6207 یک راهکار یکپارچه برای کنترل دو موتور DC یا یک موتور استپر دوقطبی است. دو پل H مستقل، کنترل جریان PWM، محدوده تغذیه 8 تا 52 ولت، جریان دائم تا 2.8 آمپر و حفاظت‌های داخلی، این قطعه را برای پروژه‌های رباتیک و سیستم‌های حرکتی نیمه‌صنعتی مناسب می‌کند.

برای استفاده از تمام ظرفیت L6207 باید مدار سنجش جریان، Charge Pump، شبکه زمان‌بندی PWM، خازن‌های تغذیه و مدیریت حرارتی مطابق دیتاشیت طراحی شوند.