MP6540 / 40A - 35V、3A、モノリシック三相ドライバでコンパクトなブラシレスDCモータ設計を実現

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近年、消費者が日常的な家電製品の「スマート機能」を期待し評価するようになり、基本的な機械機能を自動化するための小型電動機の使用が増えています。これらの電動機構は、アクチュエータのカテゴリに分類することができ、民生機器、家庭および産業オートメーション、自動車エレクトロニクスなどの多様な用途に見られます。

窓を開けることからドアロックの操作やヘッドライトビームの調整まで、電動アクチュエータは遍在しています。信頼性と効率を高めるために、古いブラシスタイルのモータを三相ブラシレスモータに置き換える傾向が高まっています。

シンプルなブラシモータは、単方向または双方向回転が必要かに応じて、ハーフまたはフルMOSFETのHブリッジで駆動できます (図1を参照)。その速度は、PWM入力を使用して電流を制御することで制御できます。ブラシモータは成熟した技術であり、低コストで比較的容易な制御のために選ばれることがよくあります。それらは、整流子接点とカーボンブラシが摩耗し、動作寿命を制限するという主な欠点に悩まされます。

対照的に、三相ブラシレスモータは、三相のそれぞれの電流を正確に定義してモータを特定の位置に設定できるため、位置制御に関してより大きな柔軟性が得られます (図2を参照)。

ブラシ付きモータの機械的転流は電子整流に置き換えられ、磨耗するブラシがないため、高い信頼性を提供します。

図1: 整流子付きブラシレスモータ

制御は、単純な「6ステップ」ブロック整流を介して行うことができます。このブロック整流では、3つの相のうちの2相に回転する位相シフトシーケンスでエネルギーが印加されます。あるいは、より洗練された正弦波または電界指向制御をとることができます。この制御では、モータの位置を正確に制御できるプロファイルに従って、各相にエネルギーが徐々に適用されます。この精密な制御を容易にするために、3相ブラシレスモータ・ドライバは、制御装置が各相電流を正確に監視できるように、3つのハーフブリッジ (6つのMOSFET) と各位相ごとに個別の電流検出フィードバックアンプを備えていなければなりません。

図2: 三相ブラシレスモータ

MPSのMP6540およびMP6540Aは、小型の5mm x 5mm QFNパッケージで、業界をリードする電力密度を提供する新しい三相ブラシレスDCモータ・ドライバ段です。この部品は5.5V～35Vで動作し、相あたり最大3Aの連続電流、最大10Aのピーク電流 (適切なPCB面積と放熱が条件) を供給できます。

これらのモータ・ドライバは、プリドライバ、ゲート駆動電源、電流検出アンプとともに、6 x 50mΩのNチャネルパワーMOSFETで構成される3つの電力段ハーフブリッジを集積しています。

内部チャージポンプは、ハイサイドMOSFETのゲート駆動電源電圧を生成し、トリクルチャージ回路は 100%デューティサイクルで動作するのに十分なゲート駆動電圧を維持します。この部品には、次の2つの入力フォーマットがあります。MP6540は、各位相に個別のPWMおよびEN入力を備えており、MP6540Aは位相ごとに個別のハイサイド入力とローサイド入力を備えています。

内蔵パワーMOSFETゲートプリドライバには、位相切り替え時のシュートスルーを防止する自動デッドタイム制御、および最大効率のためにフリーホイール電流を放散する自動同期整流が含まれます。内部安全機能には、サーマルシャットダウン、低電圧ロックアウト、および過電流保護が含まれます (図3を参照)。

図3: MP6540 / MP6540A ブラシレスモータ・ドライバのブロック図

MP6540およびMP6540Aは、パッケージのリードフレームを介して直接熱を放散するために、MPS独自のフリップチップ・イン・パッケージ技術を使用する完全モノリシック設計です。長いストライプ形状のパッドは、銅ピラーを介して内部のハイサイドおよびローサイドMOSFETに直接接続し、PCB銅への最低熱抵抗経路を提供します。これらのパッドからPCBの電源およびグランドプレーン層への小さな貫通孔は、モータ・ドライバからさらに熱を引き出すのに役立ちます(図4と図5を参照)。