矽塔 SA8870C 4.5-40V宽压、4.5A峰值、集成电流调节有刷直流电机驱动芯片技巧解析

一、芯片核心定位

SA8870C是一款高度集成的H桥有刷直流电机单芯片驱动器
其核心价值在于4.5V至40V的宽范围工作电压、高达4.5A的峰值输出电流 以及 基于VREF的模拟电流调节功能
专为机器人、家电、工业设备等需要精准控制电机转矩与速度，且对系统可靠性有高要求的应用场景设计
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二、关键电气参数详解

电源与功耗特性：

  • 电机驱动电源（VM）： 工作范围 4.5V 至 36.0V，绝对最大值 40.0V，适配2-10节锂电池或适配器供电
  • 工作电流（Ivm_ON）： 典型值 1.2mA（VM=18V），静态功耗低
  • 睡眠电流（Ivm_OFF）： 典型值 1.5μA（VM=18V），双输入置低1ms后进入超低功耗睡眠模式
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输出级性能（核心）：

  • 导通电阻（RDS(ON)）： 高边+低边总阻值典型 250mΩ（VM=18V， IOUT=1A），最大500mΩ，导通损耗低
  • 峰值输出电流（IPEAK）： 4.5A
  • 连续输出电流（IOUT）： 最大 4.0A（100%占空比）
  • 体二极管正向压降（VD）： 典型 0.8V @ 1A
  • 死区时间（tDEAD）： 200ns，自动插入防止上下管直通
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逻辑输入与控制：

  • 逻辑电平： 高电平 > 1.5V，低电平 < 0.5V，兼容3.3V/5V MCU，内置100-200kΩ下拉电阻
  • 输入电流： 高电平时典型 33μA（IN=3.3V）
  • 传播延时（tPD）： 20ns，响应速度极快
  • 唤醒时间（tON）： 典型 50μs（从睡眠模式唤醒）
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集成电流调节（关键特色）：

  • 调节公式：
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    例如：VREF=2.5V，RISEN=0.1Ω，则电流限制为 2.5A

  • ISEN增益（Av）： 固定为 10 V/V

  • 关断时间（tOFF）： 典型 20μs，电流达到ITRIP后强制进入慢衰减模式（两低边导通）的时间

  • 消隐时间（tBLANK）： 典型 4.0μs，防止开关噪声误触发电流检测
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保护功能参数：

  • 欠压锁定（UVLO）：
    上升恢复电压：3.80V
    下降触发电压：3.65V
    迟滞：0.15V
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  • 过流保护（OCP）：
    触发阈值（IOCP）：5.5A
    消隐时间（tOCP）：1.5μs
    重试时间（tRETRY）：3.0ms（故障后自动恢复）
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  • 过温保护（TSD）：
    关断温度：160°C
    迟滞：30°C
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三、芯片架构与功能模式

全集成H桥与电荷泵：

  • 内部集成四个N沟道MOSFET构成完整H桥，并内置电荷泵，确保高边MOSFET在宽压范围内获得充分栅极驱动电压

控制逻辑（真值表）：

  • (IN1, IN2) = (0,0)： 高阻（滑行/快衰减），1ms后进入睡眠
  • (1,0)： 正向（电流 OUT1 → OUT2）
  • (0,1)： 反向（电流 OUT2 → OUT1）
  • (1,1)： 刹车（两低边导通，慢衰减）
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灵活的PWM控制策略：

  • 速度控制： 可对IN1或IN2进行PWM（最高200kHz），另一输入保持固定电平
  • 推荐模式： 驱动期（如正向1,0）与刹车期（1,1）交替，利用慢衰减完成精准的电流和速度控制
  • 替代模式： 驱动期与滑行期（0,0）交替，实现快衰减，动态响应更快但控制特性不同
  • 100%占空比驱动： 输入设为静态电平，配合电流限制ITRIP，可用于控制电机堵转转矩或限制启动电流

电流调节工作流程：

  • 电机电流经外部检测电阻RISEN转换为电压，送入ISEN引脚
  • 内部放大器（增益10倍）将ISEN电压与VREF比较
  • 当电流达到ITRIP，芯片强制进入20μs的慢衰减周期（刹车模式）
  • 周期结束后，根据输入状态恢复驱动，形成“驱动-限流-衰减”的循环，构建平均电流的闭环控制
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四、应用设计要点

电源与去耦设计（关键）：

  • VM引脚： 必须就近放置 ≥22μF的电解或固态电容（作为 bulk电容）并并联0.1-1μF陶瓷电容，以提供瞬时大电流并抑制高频噪声，电容耐压须高于最大VM电压
  • 逻辑电源（VREF）： 需提供 0.3V 至 5.0V 的稳定电压，若由MCU供电，需做好去耦，更高VREF电压提供更好噪声容限

电流检测电阻（RISEN）选型与布局（电流调节核心）：

  • 阻值计算： 根据所需限流值ITRIP和VREF电压计算：
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    选型要求： 选择 低阻值、高功率、低电感的贴片电阻（如金属膜或合金电阻）

  • 功率核算： 功率需按
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    计算并留足裕量（建议2倍以上）

  • 布局关键： RISEN必须尽可能靠近芯片的ISEN引脚和GND（功率地），采用开尔文连接为佳，以最小化检测路径的寄生电感，这对电流调节精度和稳定性至关重要

PCB布局与散热（至关重要）：

  • 功率回路最小化： VM → 芯片 → OUTx → 电机 → ISEN电阻 → GND的环路面积应尽可能小，走线短而宽
  • 主要的散热路径就是散热焊盘处理： ESOP8封装底部的散热焊盘（Thermal Pad）必须焊接在PCB的大面积铜箔（建议连接到内部GND平面）上，并使用多个散热过孔阵列 连接到其他层，这
  • 热阻与功耗： 芯片热阻θJA典型 48°C/W，功耗计算：
  • 地平面分割： 功率地（芯片GND、ISEN电阻地）与逻辑/模拟地（VREF地、INx信号地）宜采用星型单点连接或磁珠隔离

不应用电流调节时：

  • 将 ISEN引脚直接连接到功率地
  • VREF引脚仍需接0.3-5V电压（建议接5V以获得最佳噪声容限），否则芯片可能不工作

五、典型应用场景

机器人关节驱动：

  • 扫地机器人轮子、机械臂关节，利用其宽压、大电流和集成电流调节，可平稳控制启停与堵转力矩，避免机械冲击

电动工具与园林设备：

  • 电钻、角磨机、割草机等，适应多节锂电池组电压，峰值电流能力强，电流调节可限制启动冲击电流

工业自动化设备：

  • 传送带、阀门执行器、小型泵类驱动，其完善的保护功能（OCP， TSD， UVLO）保障工业环境下的高可靠性

2-4节锂电池供电的模型与玩具：

  • 航模、车模、大功率玩具，宽压输入兼容电池满电与欠压状态，集成保护防止电池过放

六、调试与故障处理

电机不转或驱动无力：

  • 检查VM电压是否高于UVLO阈值（>3.80V）
  • 确认IN1/IN2逻辑电平符合要求（>1.5V为高）
  • 否可靠，若运用电流调节，确认VREF电压设置正确就是检查ISEN电阻连接

芯片异常发热：

  • 首要检查功耗： 计算
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    注意RDS(ON)随温度升高而增大
  • 检查散热： 确认散热焊盘焊接良好，PCB铜箔面积和过孔数量是否足够
  • 评估工作模式： 长时间处于刹车（1,1）或高占空比 PWM 且电流大时，功耗较高

电流调节功能异常（波动大或不限流）：

  • 检查RISEN电阻布局，避免检测路径引入过大寄生电感
  • 确认VREF电压稳定、无噪声
  • 测量ISEN引脚电压，在ITRIP点是否约为 VREF / 10

频繁触发过流或过温保护：

  • 检查电机堵转电流是否超过ITRIP或5.5A的OCP阈值
  • 否过大，考虑软启动或降低ITRIP设置就是检查启动电流
  • 改善系统散热条件

进入睡眠模式无法唤醒：

  • 确认IN1或IN2已被拉高超过5μs
  • 检查VM电压是否正常

七、总结

SA8870C 通过将 宽压输入（40V）、大电流驱动（4.5A）、精准的模拟电流调节 和 全集成保护封装于ESOP8内，为有刷直流电机驱动提供了一个高性能、高可靠性、控制功能丰富的单芯片解决方案
其 集成电流调节功能是核心亮点，可实用降低系统对电源功率和电容容量的要求，并保护电机和机械结构，实现更平滑的转矩控制
成功应用的关键在于严谨的功率级PCB布局、高效的散热设计以及正确的电流检测电阻设置
对于需要高性能、高可靠性电机控制的工业、消费和机器人应用，SA8870C是一个极具竞争力的选择

文档出处
本文基于 Sytatek SA8870C 芯片数据手册 V1.2 版本整理编写，结合电机驱动设计实践
具体设计与应用请以官方最新信息手册为准，在实际应用中务必重点验证热性能、电流环稳定性及保护功能

posted @ 2026-01-20 14:11  yangykaifa  阅读(1)  评论(0)    收藏  举报