变速直流风扇电机驱动器THMC40/41及其应用

    摘要：THMC40/41是一种可驱动和控制两相可调速12V直流无刷电机的专用驱动器。文中介绍了THMC40/41的功能特点，详细描述了该驱动器的组成结构引脚功能和极限参数，最后给出了它们的应用电路。

    关键词：变速风扇 电机驱动 THMC40/41

1 THMC40/41的功能特点

THMC40/41是一种二相直流风扇无刷电机驱动器；可用于需要PRM速率控制的12V散热风扇的控制。这种驱动器具有以下特点：

●可对直流风扇进行速率控制而无需外部功率驱动，并可减少元件数目、节省空间、降低成本。

●采用独特的调节电机绕组功率电平方法控制风扇速率。

●通过VPWM电压改变运行周期，可在11%～100%范围内以PWM控制方式来调节风扇速率。

●功耗低，睡眠模式下的典型电流值仅为300μA。

●具有关断和自动重试功能，可有效保护锁定转子。

●具有速率信号或锁定转子检测信号输出。

●带有低噪声的霍尔传感器信号调节。

●具有热关断保护功能，当芯片结温超过165℃时会自动关闭。

2 内部构成及引脚功能

2.1 内部结构

THMC40/41驱动器内部由23kHz PWM振荡器、PWM产生器、转速器、高端栅极驱动器、低端栅极驱动器、霍尔传感比较器、启动和睡眠检测电路、锁定转子检测与自动再启动电路、热管理电路、高低端开关、同步开关电路以及电源电路等部分构成，图1所示其内部结构框图。

THMC40/41两芯片的不同之处是其脚2功能有区别。THMC40的脚2（TACH）输出为漏极开路转速计信号输出。可用作风扇实际速率的监视和测量；THMC41的脚2（RD）输出则为漏极开路电机转子锁定检测输出，可用作电机锁定时的报警。但两种驱动器均为驱动电机绕组设置了RDS=0.4Ω、额定电流为1A的高、低端PW同DMOS驱动电路，并从脚5（VOUT）、脚11（PHA）和脚10（PHB）输出，因此，无需外加功率驱动电路。THMC40/41通过调节电机绕组的功率电平来控制风扇速度。

2.2 引脚排列与功能

THMC40/41采用双列14引脚封装形式，其引脚排列如图2所示，各引脚的功能说明如下：

脚1（Cosc）：外部振荡电容连接端，可能性用于设计定PWM振荡器的频率。与脚1连接的内部180μA电流源和电流吸收器用来给振荡器电容充电和放电，以在脚1上产生从0.5～2.3V的三角波电压信号。

脚2（TACH）：漏极开路转速计信号输出端（仅THMC40），可用作风扇实际速度的监视和测量。对于THMC41，其脚2（RD）为漏极开路电机转子锁定检测输出，可用来在电机锁定时进行报警。THMC40的脚2（TACH）状态与脚13(H+)、脚12（H-）、脚11（PHA）和脚10（PHB）的输入状态的对应关系如表1所列。

表1 THMC40的2脚与10～13脚的对应关系

脚3（CP）：外部电荷储存电容连接端，用于产生VOUT输出高端DMOS管所需的栅极驱动电压。

脚4（VPWR）：驱动器供给电压输入端。

脚5（VOUT）：电机绕组高端PWM驱动输出。

脚6（NC）和脚8（NC）为空端。

脚7（PGND）、脚（AGND）：分别是驱动器的功率地和模块地。

脚10（PHB）、脚11（PHA）：分别为电机B相、A相绕组低端驱动引脚。可用来驱动换相（可根据霍尔效应位置传感器监测的转子位置进行控制）。

脚13（H+）、脚12（H-）：分别是传感比较器正、负输入引脚。

脚14（VPWM）：PWM占空因数控制电压输入端。其控制信号可以是直流电压信号，也可以输入来自PC母板上超级I/O芯片上的数字PWM控制信号。但在后者条件下，应在速度控制线与VPWM之间插入由10kΩ电阻和0.1μF电容组成的RC滤波器，如图3所示。

3 电气参数

THMC40/41的主要电气功参数如下：

●最高输入电压VPWM：18V；

●高端PWM驱动输出最高电压VOUT：18V；

●低端驱动电压VPHA、VPHB：40V；

●传感比较器传感输入电压VH+、VH-：7V；

●PWM占空因数控制输入电压VPWM：7V；

●漏极开路转速计信号输出电压V7ACH（仅THMC40）：7V；

●漏极开路电机转子锁定检测输出电压VRD（仅THMC41）：7C；

●振荡电容电压Vcosc：7V；

●充电泵电容电压VCP：30V；

●高端PWM驱动输出电流IOUT：1.5A；

●低端PWM驱动输出电流IPHA、IPHB：1.5A；

●功耗PD：1022mW；

●工作温度范围Tc：-30～+80℃；

●存贮温度范围Tstg：-55～+150℃；

●最高结温Tj：150℃。

●焊接温度（10s）TLEAD：300℃。

4 应用

THMC40/41主要用于变速直流无刷风扇电机的驱动。其应用领域包括桌上电脑、工作站、服务器、打印机、实验室检测仪器以及实验室电源等。

图4是THMC40/41的应用电路原理图。图中12V直流电压经二极管CR1加至THMC40/41的脚4（VPWR）作为其工作电压，其工作电流约为5μA。与脚4相连的电容C4是旁路电容，C5的作用是消除电机换向时在输入电源上出现的电流尖峰。C2是PWM振荡器频率设定电容，C3是电荷泵储能电容。

将THMC40/41的脚5（VOUT）高端驱动输出施加于电机绕组的公共端L，即可利用芯片内部产生的PWM信号可为电机提供一个可控制的功率，从而控制电机的转速。当PWM驱动信号开通期间，电机电流增加；在PWM驱动信号截止期间，电机电流减小。在THMC40/41脚14（VPWM）上的速率控制输入开路时，可由1～10MΩ电阻控制风扇运行。利用VPWM电压可以决定VOUT上输出的PWM波形占空因数，VPWM既可以是直流控制电压输入，亦可以是数字控制输入。将VPWM电压和脚1（Cosc）上产生的三角波电压进行比较，从而使芯片内部PWM比较器的输出占空因数与电压VPWM成正比。当脚14上的电压VPW<0.7V时，THMC40/41处于睡眠状态；当VPWM在0.7～2.5V之间变化时，其PWM占空比也将在11%～100%范围内作相应改变，从而使电扇风速随之变化。