STMicroelectronics STSPIN958可擴展全橋驅動器是一款具有高動態性能功率級的5A器件，支持用戶通過精確占空比實現高頻PWM控制。STSPIN958具有可調節閾值電流限流器和關斷時間，并可選擇慢速或混合衰減，用于有刷直流電機。通過采用外部分流電阻器，兩個具有固定放大系數的放大器可提供電流檢測。可調節的壓擺率確保了性能和EMI之間的最佳平衡。STMicroelectronics STSPIN958驅動器提供具有七種不同工作方式的多功能功率級，從而具有高度靈活性，還提供全套保護功能，包括過流、過熱保護以及低總線電壓檢測。

數據手冊：*附件：STMicroelectronics STSPIN958可擴展全橋驅動器數據手冊.pdf

特性

• 工作電壓高達58V
• 最大輸出電流：5ARMS
• 7種驅動方法，包括雙路半橋、單全橋和半橋并聯模式
• RDS（ON） HS + LS = 0.33?（典型狀態）
• 可調節功率MOS壓擺率
• 關閉時間可調，可選擇慢速或混合衰減。
• 集成放大器采用2種不同的嵌入式電流控制技術
• 低待機功耗
• 保護特性
  • UVLO
  • 過流保護
  • 熱關斷

框圖

STSPIN958可擴展全橋驅動器技術解析與應用設計

一、產品概述與核心特性

STSPIN958是STMicroelectronics推出的一款專為有刷直流電機設計的可擴展5A全橋驅動器，其功率級具備高動態性能，可實現高頻PWM控制與精確占空比。

? 主要特性： ?

• 工作電壓最高58V
• 最大輸出電流5Arms
• 七種驅動模式：雙半橋、單全橋和半橋并聯模式
• 典型導通電阻RDS(ON) HS + LS = 0.33?
• 可調節功率MOSFET轉換速率
• 集成兩個不同嵌入式電流控制技術的放大器
• 具備欠壓鎖定(UVLO)、過流保護和熱關斷等完整保護功能

? 應用領域： ? 舞臺燈光、工廠自動化、ATM和貨幣處理機、紡織機械、家電、機器人技術、天線控制、自動售貨機等。

二、電氣參數與技術規格

2.1 極限工作條件

• 控制邏輯電源電壓VDD：-0.3V至4V
• 功率級電源電壓VS：-0.3V至62V
• 電荷泵輸入電壓VSPUMP：VS ± 0.1V
• 輸出電流：持續最高5Arms，受OC保護限制

2.2 推薦工作條件

• 控制邏輯電源電壓VDD：2.8V至3.6V（典型3.3V）
• 功率級電源電壓VS：5.05V至58V
• 工作溫度范圍：-40°C至85°C

2.3 熱管理參數

• 結至環境熱阻RthJA：35.8°C/W
• 結至外殼熱阻RthJCtop：22.8°C/W
• 結至板熱阻RthJB：17.4°C/W

三、系統架構與功能模塊

3.1 電源管理架構

器件配備三個電源引腳：

• ?VDD?：控制邏輯電源電壓
• ?VS?：所有功率級的供電電壓
• ?VBOOT?：高端柵極驅動器的供電電壓

電源序列管理：

• 上電期間，器件保持欠壓鎖定狀態，直至VS超過VSth(ON)閾值且VBOOT超過VBOth(ON)閾值
• 運行期間VS低于VSth(ON) - VSth(Hyst)時，返回UVLO狀態
• VDD電源電壓低于VDDth(ON) - VDDth(Hyst)時，器件斷電

3.2 功率級與電荷泵電路

STSPIN958集成功率NMOS半橋，輸入PWM信號根據所選驅動模式驅動相應半橋。為實現精確占空比和不同半橋激活間的低抖動，PWM信號傳播延遲經過優化。

? 電荷泵特性： ?

• 通過內部振蕩器與集成開關、外部電容實現
• 開關頻率fPWM：最高500kHz
• 建議電容值：
  • 電荷泵電容CCP：100nF
  • 自舉電容CBOOT：1μF

3.3 集成運算放大器

器件集成兩個具有固定ACL放大系數的運算放大器，每個放大器內部連接到低側MOSFET的源極，輸出通過專用引腳外部可用。

四、驅動邏輯與工作模式

4.1 七種驅動模式

通過MODE1、MODE2、MODE3三個輸入引腳的狀態選擇：

1. ?雙半橋模式? - 固定關斷時間
2. ?單全橋模式? - 固定關斷時間
3. ? 單半橋模式（并聯模式） ? - 固定關斷時間
4. ? 單全橋模式（混合衰減） ? - 固定關斷時間
5. ?雙半橋模式? - PWM修整
6. ?單全橋模式? - PWM修整
7. ? 單半橋模式（并聯模式） ? - PWM修整

? 重要提示： ? 不允許在運行期間從一種驅動模式切換到另一種模式。

五、PWM電流控制技術

5.1 兩種電流限制模式

1. ?固定關斷時間模式?
2. ?PWM修整模式?

5.2 電流限制器工作原理

電流限制器內部連接到V1和REF引腳。放大器的輸入電壓經過ACL放大后在V1輸出，該電壓與相應參考電壓比較，觸發后器件根據選定衰減策略運行。

? 參考電壓計算公式： ?
VREFx = RSENSE × ACL + VAMPoffset + VAMPoffset

其中VAMPoffset等于0（OFFSETx為低電平）或VDD/2（OFFSETx為高電平）。

5.3 關斷時間調節

通過連接到TOFF引腳的ROFF電阻和COFF電容值設置toff時間，具體關系如圖9所示。將TOFF短接到地可禁用電流限制器。

六、保護機制詳解

6.1 過流保護

獨立于電流限制器的集成電路保護功率級免受過流條件影響。如果流過集成MOSFET之一的電流超過IOC閾值，OC保護關閉所有MOSFET并強制EN/nFAULT開漏輸出為低電平。

6.2 熱關斷保護

當內部溫度超過TSD溫度時，功率級被禁用，直到溫度回落到TSD - TSD(Hyst)以下。

? 熱保護參數： ?

• 熱關斷閾值TSD：150°C
• 熱關斷遲滯TSD(Hyst)：30°C

七、典型應用設計與布局指導

7.1 外圍元件選擇建議

• 電荷泵電容CCP：100nF
• 自舉電容CBOOT：1μF
• 電源旁路電容：
  • CDD：220nF（VDD旁路）
  • CBULK：220μF（大容量旁路）
  • CS：470nF（VS旁路）

7.2 PCB布局關鍵點

1. 兩個470nF旁路電容必須連接在VS電源引腳與地之間
2. 一個220nF旁路電容必須連接在VDD電源引腳與地之間
3. 這些電容必須采用低ESR陶瓷技術
4. 電容應盡可能靠近引腳放置
5. 大容量電容需放置以最小化VS和GND之間大電流路徑的長度
6. 連接金屬走線應盡可能寬，并配備多個連接PCB層的過孔