2024年6月7日发(作者：)

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A4931

3-Phase Brushless DC Motor Pre-Driver

三相无刷直流电机前置驱动器

4931-DS, Rev. 4

：

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翻译：2012-11-15

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A4931

三相无刷直流电机前置驱动器

三相无刷直流电机前置驱动器

功能和优点

▪ 可驱动6个N沟道的MOSFET

▪ 对低功率耗散同步整流

▪ 内部欠压锁定（UVLO）和过热关机电路

▪ 霍尔元器输入

▪ PWM电流限制

▪ 停机时间保护

▪ FG输出

▪ 待机模式

▪ 锁定检测保护

A4931是一款完善的三相无刷直流电机的前置驱动器。该

设备可驱动多种N沟道的功率MOSFET，支持的马达供电

电压高达30V。换相逻辑由相隔120°的三个霍尔元件输入

信号决定。

其它功能有固定停机时间的脉宽调制（PWM）限制浪涌

电流、可调节延迟的堵转保护、过热停机、过压监视和同

步整流。内部同步整流可通过在电流衰减时启动合适的

MOSFET降低功耗，因此使用R

DS(on)

较小的MOSFET（t hus

shorting the body diode with the low R

DS(on)

MOSFET）。. 在

当前电流导通期间，当马达放电导致供电电压超过过电压

阀值时，过压保护会禁止同步整流。

A4931提供启动（ENABLE）、方向（DIRECTION）和刹

车（BREAK）输入信号，使用任一相或使能斩波可以控

制电流。逻辑输出信号FG1和FG2用于精确测量马达的旋

转。在霍尔转换时输出信号切换状态，提供一个比较准确

的速度输出到微控制器或速度控制电路。

工作温度范围： –20°C ~ 105°C。A4931采用5 mm × 5 mm，

28-PinQFN封装，带外露热传导垫片。该小型封装为无铅

产品，引线框架采用100%雾锡电镀。

批注 [tyoo1]:

▪ 过压保护

Approximate Scale 1:1

Package: 28-contact QFN (ET package)

典型应用

4931-DS, Rev. 4

描述

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A4931

三相无刷直流电机前置驱动器

Absolute Maximum Ratings

Characteristic Symbol Notes Rating Units

供电电压Load Supply Voltage V

BB

38 V

电机输出Motor Phase Output S

X

t

w

< 500 ns –3 V

霍尔输入 V

Hx

DC –0.3 to 7 V

逻辑输入电压范围

V

IN

–0.3 to 7 V

工作环境温度 T

A

Range M –20 to 105 ºC

最大结温度 T

J

(max)

150 ºC

储藏温度

T

stg

–40 to 150 ºC

Thermal Characteristics

Characteristic Symbol Test Conditions* Rating Units

封装内阻，结点到外面（Junction to

Ambient ）

R

θJA

4-layer PCB based on JEDEC standard 32 ºC/W

封装内阻，结点到焊盘（Junction to

Exposed Pad）

R

θJP

2 ºC/W

*For additional information, refer to the Allegro website.

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三相无刷直流电机前置驱动器

0.1 μF

Functional Block Diagram

Terminal List

Number

15

Name GLB Description Low side gate drive B

16 GLA Low side gate drive A

17 GHC High side gate drive C

Number 1 Name HA+ Description Hall input A

18 SC High side source connection C

2 HA - Hall input A

19 GHB High side gate drive B

3 HB+ Hall input B

20 SB High side source connection B

4 HB Hall input B

21 GHA High side gate drive A

5 HC+ Hall input C

22 SA High side source connection A

6 HC- Hall input C

7 GND Ground

23 FG1

FG 1 speed control output (3 Φ

inputs)

8 HBIAS Hall bias power supply output

24 FG2 FG 2 speed control output (ΦA input)

9 CP1 Charge pump capacitor terminal

25 CLD Locked rotor detect timing capacitor

10 CP2 Charge pump capacitor terminal

26 DIR Logic input – motor direction

11 VBB Supply voltage

27 ENABLE Logic input – external PWM control

12 VCP Reservoir capacitor terminal

28 BRAKEZ Logic input – motor brake (active low)

13 SENSE Sense resistor connection

14 GLC Low side gate drive C

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三相无刷直流电机前置驱动器

ELECTRICAL CHARACTERISTICS Valid at T= 25°C, V = 24 V, unless noted otherwise

ABB

*

*Typical data are for initial design estimations only, and assume optimum manufacturing and application conditions. Performance may vary for individual

units, within the specified maximum and minimum limits. For input and output current specifications,

negative current is defined as coming out of (sourcing) the specified device pin. Specifications throughout

the allowed operating temperature range are guaranteed by design and characterization.

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三相无刷直流电机前置驱动器

功能描述

Current Regulation电流调节

负载电流由内部断开时间固

定的PWM控制电路调节。当全桥输出打开时，马达线圈中的

电流开始增加，直到达到一个值，I

TRIP

由以下公式得出：

I

TRIP

= 200 mV / R

SENSE

.

当电流达到I

TRIP

，检测比较器复位源使能门闩，关闭源驱动器。

此时，负载电感会导致电流再循环保持一定的时间（固定的

断开时间the fixed off-time）。

或者DIR改变时，该关闭定时器被复位。PWM控制的同时、

DIR变化或者ENB使能会触发关闭定时器。持续时间固定为

1.5us。

同步整流Synchronous Rectification

当一个PWM断开

周期触发时，无论是ENB上的斩断信号或内部固定断开周期，

负载电流都都会再循环流通。在电流衰减期间，A4931同步整

流功能打开合适的MOSFET，并快速短路内置二极管（body

diodes）的低R

DS(on)

的驱动（and effectively shorts out the body

diodes with the low R

DS(on)

driver）。这显著降低了功率耗散并省

去了外接的肖特基二极管。

批注 [tyoo2]: 马达速度与线圈电流

相关，速度>>电

流>>R

ୗ୉୒ୗ୉

，由速度得出R

ୗ୉୒ୗ୉

。

使能信号

使能

信号Enable Logic

使能输入端(ENB pin)允许接外部

PWM信号。ENB为低电平打开被选为汇-源一对（the selected

sink-source pair）。 ENB为高电平关闭合适的驱动，负载电流

开始衰减。如果ENB保持低电平，电流会持续增加，直到达

到内部电流控制电路设定的水平。典型的PWM频率在20 kHz

到30 kHz之间。如果ENB高电平脉冲信号宽度超过3ms，输出

会被禁止。使能信号的逻辑关系总结如下表：

刹车模式Brake Mode

逻辑低电平加到BRAKEZ引脚上激

活刹车模式。而逻辑高电平允许正常工作。刹车功能打开所有

的三个下端（sink）部驱动， 有效缩短马达产生的反电动势。

BRAKEZ输入功能高于ENB输入功能的优先级，也锁定了检测

功能。

值得注意的是，刹车时内部PWM电流控制电路不会限制电流，

因为电流不流经感流电阻。最大电流可通过V

BEMF

/ R

LOAD

估算。

一定要注意确保在最糟的情况（刹车、高速、高惯性负载）下

都不会超过A4931的额定值。

批注 [tyoo3]: ENB为高电平时电流

开始衰减，保持高电平时间>3ms则

关闭输出；ENB为低电平时电流持续

增加直到达到I

୘ୖ୍୔

；

ENB上PWM典型频率为

20KHz~30KHz。

批注 [tyoo4]: V

୆୉୑୊

是反向电动势，此

时负载电流I

୐୓୅ୈ

=V

୆୉୑୊

/

R

୐୓୅ୈ

，一定要保证该电流不超过

A4931的额定值，感流电阻的额定参

数也不得超过。

批注 [tyoo5]:

批注 [tyoo6]: 非刹车状态下才能进

入待机模式。

何种情况下需要进入待机模式？

霍尔偏压功能HBIAS Function

该功能提供7.5V/30mA的

供电。该参考电压用于驱动芯片逻辑区域及外部霍尔元件。

待机模式Standby Mode

为防止由于驱动霍尔元件而导

致功率过度耗散，待机模式关闭HBIAS输出。保持ENB为高

电平超过3ms会触发待机模式。

固定断开时间Fixed Off-Time

理论上A4931的固定断开

时间设置为25us。

PWM关闭定时器PWM Blank Timer

当驱动源打开时，

由于钳位二极管的反向恢复电流和负载分布电容有关的瞬态

变化，会出现尖峰电流。为了防止尖峰电流错误地复位源驱

动门闩，检测比较器会被关闭。关闭定时器会在断开时间计

（chopped）数器完成时运行，以便提供关闭功能。当ENB被截断

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三相无刷直流电机前置驱动器

注意刹车模式比待机模式优先级高，因此要保持BREAKZ引

脚为高电平才能进入待机模式。

的电容决定。C

LD

产生三角波(1.67 V峰峰值)，其频率与电容

值线性相关。t

lock

等于三角波的127周期，或者：

t

lock

= C

LD

× 20 s/µF

过了等待时间以后， t

lock

时间期满，输出被关闭，故障锁定。

该故障状态可由下面措施中的任意一种解除：