电机驱动模块

1. 模块简介
模块简介
模块描述
描述
1.1模块
描述
● 可以通过SP配置限流值，最大电流达8.6A
● 电池工作电压（Vs）4.0V至28V
● 逻辑工作电压（Vcc）4.5V至5.5V
● 所有引脚可承受19 V，Vs和输出管脚可承受40 V
● 全导通电阻Ron从100 mΩ (at Tj = -40 °C) 至300
mΩ (at Tj =150 °C)
● 逻辑输入兼容TTL和CMOS
● 工作频率高达20kHz
● 通过SPI 接口可以配置或诊断
● 过温和短路保护功能
● Vs欠压关断功能
● Vcc欠压和过压保护
● Vcc过压检测
● 当处于开启状态时检测负载是否开路
● 当处于关断状态时可全面诊断
● 具有使能输入脚
● 低待机电流（<10μA）
● 为了降低电磁干扰，通过SPI，可以配置电压和电流的转换率
● 内部集成高边功率管驱动的电荷泵，真正实现PWM从0-100%，PWM可以一直给高电平，意味着可以应用到步进电机的驱动环境。

1.2 模块模块说明说明说明
● SX8847是一个SPI控制的H桥，专为应用在高可靠性和极端环境条件下设计的直流和步进电机控制芯片。

● 每个通道上的详细故障诊断是通过SPI提供的，包括电机短路，对地短路，过载，过温。

● 开启状态下，可以检测负载开路，应用范围广泛。

限流值可以通过SPI配置，从2.5A到8.6A。

在所有温度范围内保证±10%的精度。

● 当温度超过165℃，限流值线性降低，并通过SPI发出过温警告。

1.31.3模块接口模块接口模块接口
类别
引脚 名称 说明
1 GND 逻辑电源地
2 VCC 逻辑电源正（4.5-5.5V）
3 SCK SPI时钟 4
SI 串行数据输入 5 SO 串行数据输出 6 CS 片选 7 DIR 方向输入 8 DI 关断 9 PWM PWM输入 逻辑接口
10 EN 使能 + 功率电源正 POWER
- 功率电源地 + 电机+ 功率接口
MOTOR
-
电机-
1.41.4模块结构模块结构模块结构
1.1.55模块尺寸模块尺寸
43mmX38mmX12mm
2. 使用说明使用说明
2.1 电源电压范围电源电压范围 SX8847的电源电压范围是从欠压值到28V。

尽管如此，当电压低到16V时，或高到28V时，仍保证各项功能正常。

绝对最大电压是40Vdc。

2.2.22 控制输入控制输入
此H桥通过PWM,DIR,EN和DI脚进行控制。

所有的数字输入及输出脚兼容3.3V和5V的电平。

功率输出脚OUT1和OUT2是通过DIR和PWM控制，如表1。

DIR决定输出电流的方向，而PWM控制电流大小。

2.2.2.12.12.1 DI DI和和EN EN输入脚输入脚输入脚
DI引脚内部上拉，高有效。

当DI为高电平时，无论DIR和PWM处于什么状态，H桥都关断，SPI寄存器中的数据都没有被复位，并且允许SPI通讯。

当DI被置低时，H桥受DIR和PWM控制。

EN引脚内部下拉，高有效。

当EN脚被置低时，无论DIR和PWM处于什么状态，H桥都关断，SPI 寄存器中的数据都没有被复位，并且允许SPI通讯。

当EN被置高时，H桥受DIR和PWM控制。

真值表见表1。

H桥的工作状态被转送到诊断寄存器的ACT位
表1 控制引脚EN,DI
EN EN DI DI ACT ACT位位 H 桥状态桥状态 0 0 0 关断 0 1 0 关断 1 0 1 开启 1
1
关断
2.2.2.22.22.2 DIR DIR和和PWM PWM引脚引脚引脚
引脚DIR和PWM为下拉。

H桥是通过这两个引脚进行控制的，见下表：
表2 引脚DIR,PWM
DIR DIR PWM PWM OUT1OUT1 OUT2OUT2 H 桥状态桥状态 H H H L 前进 L L L L 自由旋转 L H L H 倒退 H
L
L
L
自由旋转
图1 H桥的配置
2.3 2.3 SPI SPI SPI接口接口接口
SPI接口是用来对芯片进行配置、诊断和识别的。

SX8847也可以进行成组应用（成组的数量不限）。

SX8847的SPI接口是从设备接口，主设备是单片机等，通过CS和SCK连接到SX8847。

在单设备配置情况下，传输格式采用16bit的字。

在多设备配置情况下，为16bit字的倍数。

上电复位后，首先回复的是芯片的ID号。

当单片机发送一个命令，回复是在下一个命令发送时回传。

SO是在SCK上升沿有效，SI是在下降沿采样。

当CS为高时，或在上电复位时，SO被置为悬空；当CS 为低时，SPI接口一直处于活动状态。

在每个SPI传输中，都包含逻辑错误的诊断位。

详细内容参见第3节
图2. SPI数据结构
在CS下降沿与SCK上升沿之间，在SO脚上，一个叫“FSI位”的内部信号被异步的置位。

这可以用来在没有触发SCK时钟的设备上产生内部信息。

FSI的定义在“诊断”一章中提出。

除了使能/禁止位(“ACT”脚)，所有的诊断寄存器的位被锁存，并可以被以下情况释放：
●用SPI读取诊断寄存器
●上电复位
表3.配置和诊断寄存器代码
复位后的配置值
说明 复位后的配置值位名称
名称 说明
0-LSB RES 保留 -
1 DR 诊断重置位 0
2 CL_1 Bit1用来调节电流等级 0
3 CL_2 Bit2用来调节电流等级 1
4 RES 保留 -
5 RES 保留 -
6 RES 保留 -
7 RES 保留 -
8 VSR 电压转换率控制值 0
9 ISR 电流转换率控制值 0
10 ISR_DIS 电流转换率控制禁用 0
11 OL_ON 在“ON”状态下启用负载开路 0
12 RES 保留 -
13 RES 保留 -
14 0 此位写0 -
15 0 此位写0 -
表4.诊断协议（DIA_REG）
位 名称 说明 复位后的状态 位状态 DR Impact H桥状态 0-LSB OL_OFF 关断状态下负载开路 0 锁存 - -
1 OL_ON 开启状态下负载开路 0 锁存 - -
2 VS_UV Vs欠压 0 不锁存 - Hi-Z if ”1”
3 VCC_OV Vcc过压 0 锁存 X Hi-Z if ”1”
4 ILIM 过流 0 锁存 - -
5 TWARN 过温报警 0 锁存 - -
6 TSD 过温关断 0 锁存 X Hi-Z if ”1”
7 ACT H桥开启 1 不锁存 - Hi-Z if ”0”
8 OC_LS1 1路低边过流 0 锁存 X Hi-Z if ”1”
9 OC_LS2 2路低边过流 0 锁存 X Hi-Z if ”1”
10 OC_HS1 1路高边过流 0 锁存 X Hi-Z if ”1”
11 OC_HS2 2路高边过流 0 锁存 X Hi-Z if ”1”
12 Null 未用 - - - -
13 Null 未用 - - - -
14 SGND_OFF 关断状态下对地短路 0 锁存 - -
15 SBAT_OFF 关断状态下对电源正短路 0 锁存 - -
2.2.
3.13.13.1 成组工作成组工作
几个SX8847可以被连接到一个SPI总线上，设备的数量不限制。

图3.成组技术
2.3.2.3.2 2 2 SPI SPI SPI时序时序时序
图4.SPI时序
2.2.
3.3.3.44 SPI SPI通讯故障通讯故障通讯故障
在没有SCK边沿的情况下，CS=0时，传送帧视为有效：没有错误，则返回到uC。

最后一个命令的回复是在下一帧回传。

当SCK周期不是0或16的倍数，在下一个SPI回复将全部为零。

图5.SPI零时钟通讯
电流调控控
2.42.4 电流调
为了保护驱动和限制功耗，设计了两级电流限制，如下图所示
电流是通过集成在低边功率管里的电流传感器检测的。

一旦到达过流值“IH”，两个低边功率管被切换到自由状态，直到电流低于值“IL”。

进入限流状态时，所有的压摆率控制被禁止，以最大限度的降低功耗。

四种限流值可以通过SPI配置，如表5。

图6.电流限制
表5. 电流限制配置代码表
CL_2 CL_1 电流限制（典型值）
0 0 2.5A
0 1 4A
1 0 6.6A(默认值)
1 1 8.6A
根据温度限流
2.2.4.1
4.14.1 根据温度限流
为了减小功耗和节点温度，当高于温度Twarm=160℃时，根据温度线性降低电流，直到电流降到2.5A；当温度达到Tsd=175℃（关断温度点）时，H桥关断，信息被锁存到“Twarm”里。

只有当设置条件（Tj>Twarm和ILIM=0）不成立了，这个位才可以被重置。

此功能主要是用来降低功耗和结点温度。

图7.随温度变化的电流调节
2.2.4.2 4.2 低感抗负载的电流调低感抗负载的电流调控控
每次输出阶段被关闭，内部计时器开始以Toff-min时长计时。

每当turn-on的时间Toff小于Toff-min时，输出保持关断，直到达到Toff-min开启。

在这种情况下，纹波控制可能不像指定的那么精确
图8.不同负载的电流调节
2.2.4.3 4.3 在低边电流限制下的压摆率控制在低边电流限制下的压摆率控制
压摆率控制可以针对电压和电流或者仅是电压。

可通过SPI修改ISP_DIS位来选择。

H桥的每个高边功率管的压摆率是可以在开启状态或是关闭状态被控制的（电流和电压的摆率）。

同样的设置被应用到两个开关上。

此外，压摆率是通过SPI配置的，目的是为了在电磁干扰和功耗之间获得更好的平衡。

相应的位称作“VSR”和“ISR”。

表6. 低边MOS管的压摆率控制
范围 VSR ISR 电压摆率dV/dt(V/us) 电流摆率dI/dt(A/us)
1(默认值) 0 0 4 3
2 0 1 4 0.3
3 1 0 2 3
4 1 1 2 0.3
没有SR控制 不可选 14 14
在将H桥悬空来进行任何检测的情况下，或过流情况下，压摆率不与预设位“VSR”相关；而“ISR”是专门的更快的压摆率控制位，叫做“超快”模式。

超快速压摆率可随SPI的选择自动改变，以下是描述
图9.压摆率切换策略
3诊断和保护
诊断和保护
通过SPI通讯，可以对H桥进行详细的诊断。

传回的诊断字有16bit，包含两种信息：
（1）H桥故障
-每个功率管的过流状态
-电源欠压
-Vcc过压
-过温
-负载状态开路
-关断状态诊断
（2）H桥功能状态
-电流限制条件
-电流限制降低条件
-禁用/启用状态
诊断复位策略
3.1 诊断复位策略
复位请求
3.1.1 复位请求
除了”ACT”和”VS_UV”位，所有其他的被锁存的位，只能通过以下释放：
-DI或EN脚由禁止状态变为启用状态
-通过SPI读取诊断寄存器（每当出现故障时会有数据）取决于“DR”位
-上电复位
当诊断寄存器复位时，H桥被切换回正常模式，有DIR和PWM脚驱动。

所有设置都保持之前的故障。

在SPI读取时，不需要动作DI或EN脚。

诊断重置位
3.1.2 诊断重置位
在“DR”位是低(默认是低)的情况下，所有诊断寄存器的位可以通过上一节所述的三种情况被重置。

当“DR”为是高时，Vcc过压、过温的诊断位不能通过SPI读取来复位，因此，H桥将保持悬空，除非DI/EN脚从禁止变为启用，或者上电复位。

表7. 诊断复位策略
DR 诊断复位策略
0 所有的诊断位通过SPI读动作来复位（默认值）
1 过流位（8，9，10，11）+过温关断位（6）+Vcc过压位（3）不能通过SPI读来复位
保护和状态诊断
3.2 保护和状态诊断
SX8847可以通过以下措施防止短路，过载等。

高边功率管对地短路过流
3.2.1 高边功率管对地短路过流
如果高边功率管的输出端对地短路过流，高边过流故障位“OC_HS1(OC_HS2)”将被存到状态寄存器中。

低边功率管对电源正短路过流
3.2.2 低边功率管对电源正短路过流
如果低边功率管的输出端对电源正短路过流，低边过流故障位“OC_LS1(OC_LS2)”将被存到状态寄存器中。

3.2.3 短路过载
短路过载
如果在电路调节模式下的消退期间，电流达到了Ioc值，一个过滤时间后，功率管的输出将被关断，并且可以通过读取诊断寄存器的过流位来检测“短路过流”（请参见表8中的8，9，10，11位）
图10. SCB/SCOL诊断
开启状态下负载开路
3.2.4 开启状态下负载开路
要在开启状态下进行负载诊断，OL_ON位要通过SPI置高。

每当开启负载开路时，OL_ON位被
置低，为了执行一个新的开启负载开路诊断，OL_ON位必须再置高。

过温
3.2.5 过温
当温度达到Twarm时，开始减小电流，并将信息存到寄存器里。

当温度达到Tsd，“TSD”位被置高，所有的功率管关断，除非重新复位。

表8. 过温
TSD 条件 桥状态 FSI
1 Tj>TSD Tri-state- 1
0（默认） Tj<TSD - 0
电源欠压关断
3.2.6 电源欠压关断
如果电源电压Vs低于欠压值Vs_uv_off，并超过时间Tuv_Vs时，关断输出，故障位“Undervoltage at VS”被置位。

图11. 电源电压监控
表9. 电源电压Vs欠压
VS_UV 条件 桥状态 FSI
1 Vs < Vs_uv_off Hi Z 1(不锁存)
0(默认) Vs > Vs_uv_on - 0
过压
3.2.7 Vcc
.2.7 Vcc过压
过压
虽然Vcc输入引脚和所有IO口能够承受高达19V，但当Vcc超过Vcc_ov_off，并超过时长Tov_Vcc时，输出关断，检测到的信息存到寄存器，复位后清除。

表10. Vcc过压
VCC_OV 条件 桥状态 FSI
1 Vcc > Vcc_ov_off Hi-Z 1(锁存)
0(默认) Vcc < Vcc_ov_on - 0
欠压
.2.8 Vcc欠压
3.2.8 Vcc
欠压
当Vcc电压低于欠压值“Vcc_uv_off”，并超过时长“Tuv_Vcc”，关断输出。

在这种情况下，SX8847处于睡眠模式。

当电压回升时，SX8847相当于重新上电复位。

3.2.9 输出短路保护
输出短路保护
SX8847可以承受输出短路。

当对地短路、对电源正短路时，输出脚之间的电压不能超过18V。

3.3 关断状态下诊断
关断状态下诊断
这种诊断是在关闭条件下进行的，比如刚上电后未开启时，或在发生故障进入关断状态时 关断状态检测方案
3.3.1 关断状态检测方案
为了避免错误诊断发生，应该在一定滤波时间Tdiag_off之后诊断
图12. 关断状态检测方案
负载开路检测
3.3.2 负载开路检测
负载开路检测阈值为100kΩ（典型值）。

诊断是基于一个闭环OUT1电压控制和电流测量。

图13. 负载开路检测
桥功能状态
3.4 H
.4 H桥功能状态
桥功能状态
诊断寄存器中的三个位用来反馈H桥状态。

状态包括限流值（bit4”C_LIM”）,温度警告（bit5”T_WRN”）和桥使能状态（bit7”ACT”）。

这些位不报告故障，而是报告H桥的功能状态。

4 电气规格电气规格
4.1 绝对最大范围绝对最大范围
表11. 绝对最大范围
符号 参数 测试条件 最小值 最大值 单位 Vps 电源电压 连续 瞬态(0.5s;I≤10A) -1 -2 40 40 V Vcc 逻辑电源电压 0 V < Vps < 40 V -0.3 19 V Vccio SDO电源电压 0 V < Vps < 40 V -0.3 19 V Vi 逻辑输入电压 0 V < Vps < 40 V 0 V < Vcc < 19 V -0.3 19 V Vo 逻辑输出电压
0 V < Vps < 40 V 0 V < Vcc < 18.7V -0.3 Vccio+0.3
V
Output pins (OUTx,VPS) ±4 - Input pins
ESD Compliance
EIA/JESD22-A114-B
±2 - kV - ISO 7637 pulses Cf. standards - - - -
Latch-up immunity Jedec standard
-100
+100
mA
4.2 热数据热数据
表12.热数据 符号 参数
测试条件 最小 最大 单位 Failure condition
-40 OTsd Tj Junction temperature Lifetime
-40 150 °C Tstg Storage temperature -
-55 150 °C Tamb Ambient temperature 0 V < Vps < 40 V
-40 125 °C Rthj-case
Thermal resistance junction to case(1)
-
1
°C/W
4.3 功能范围功能范围
表13.功能范围 Pos.Pos. Symbol Symbol Parameter Parameter Test condition
Test condition Min.Min. Typ.Typ. Max.Max. Unit Unit FR1 Vps Supply voltage - Vps_uv_of
14 28 V FR2 dVps/dt Supply voltage slew rate - -20 - 20 V/μs FR3 Vcc Logic supply voltage -
Vcc_uv_off
5
Vcc_ov_off
V
FR4 Vi Logic input voltage (SDI,SCLK, NCS, DI, EN,
DIR,PWM) 见表15
-0.3
-
Vcc_ov_off
V
FR5 Vccio SDO output voltage -
3 - 5.5 V FR6
fspi
SPI clock frequency
Max apply freq. = 5 MHz
5
-
TBD
MHz
4.4.4桥输出驱动桥输出驱动桥输出驱动
Po s.s. Symbol
Symbol Parameter
Parameter Test cond
Test condition
ition
ition Min.
Min. Typ.
Typ. Max.
Max. Unit
Unit
Tj = 150 °C, Iout = 3 A
4 V < Vps <
5 V
- - 300
5.1 Rdson_
h
High-side transistor Rdson
Tj = 150 °C, Iout = 3 A
Vps > 5 V
- - 150
mΩ
Tj = 150 °C, Iout = 3 A
4 V < Vps <
5 V
- - 300
5.2 Rdson_l Low-side transistor Rdson
Tj = 150 °C, Iout = 3 A
Vps > 5 V - - 150
mΩ
5.3 Vbd_h Body diode forward voltage
drop high-side transistor
Idiode = 3 A - 1.2 2 V
5.4 Vbd_l Body diode forward voltage
drop low-side transistor
Idiode = 3 A - 1.2 2 V。