在POS打印机、安防相机、办公自动化和机器人等设备中,电机驱动芯片往往需要在有限的空间内同时满足三个关键要求:双路独立控制 以驱动两个直流电机或一台双极步进电机,充足的电流能力 以应对电机启动和堵转时的瞬态冲击,丰富的故障诊断以保障系统可靠运行。传统方案要么用两颗单通道驱动芯片拼凑双路,占用更多PCB面积和物料成本;要么用电流能力不足的驱动芯片,在电机堵转时面临过热风险。
率能半导体推出的SS6813H正是一款为满足这些需求而设计的双通道H桥电流控制电机驱动芯片。它具有两路H桥驱动,每个H桥可提供最大峰值电流2.5A和均方根电流1.75A (在24V和Ta=25℃适当散热条件下),可驱动两个刷式直流电机、一个双极步进电机、螺线管或其他感性负载。工作电压范围8.2V至40V ,24V时RDS(ON)典型值为350mΩ(HS+LS) 。芯片采用简单的并行数字控制接口,内部集成混合衰减模式,提供低功耗睡眠模式 、内置3.3V基准电压 、nFAULT故障输出引脚 以及过流保护、短路保护、欠压锁定保护和过温保护 。SS6813H采用带有裸露焊盘的ETSSOP20封装,能有效改善散热性能。
与同系列的SS6812T(32V/1.0A/1.1Ω/ETSSOP28)相比,SS6813H的核心升级在于:工作电压上限从32V提升至40V ,每通道峰值电流从1.0A提升至2.5A ,导通电阻从1.1Ω大幅降低至350mΩ,在更小的ETSSOP20封装内实现了更强的电流能力和更低的导通损耗,为高压、大电流的双路电机驱动提供了更强的性能裕量。
从POS打印机的走纸与切纸电机,到安防相机的云台与变焦电机;从办公自动化设备的进纸与扫描电机,到游戏机的振动马达和机器人关节------本文将深入解析SS6813H的核心特性及其最适配的应用战场。
一、双通道H桥 + 2.5A峰值电流 + 8.2V-40V宽电压 → 高压大电流双路驱动的性能标杆
SS6813H最核心的价值在于其双通道H桥架构。芯片内部集成了两个完整的H桥驱动电路,每个H桥可独立控制一个直流有刷电机。两颗H桥意味着单颗芯片即可同时驱动两个电机,例如POS打印机中的走纸电机和切纸电机,或安防相机中的云台电机和变焦电机。对于步进电机应用,SS6813H的两个H桥可以分别驱动步进电机的两个绕组,支持整步驱动,内部集成混合衰减模式。
每个H桥的最大峰值电流为2.5A,均方根电流为1.75A (24V,Ta=25℃,适当散热条件下),足以驱动中小型直流有刷电机和步进电机。工作电压范围为8.2V至40V,精准覆盖了POS打印机、安防相机、办公自动化设备中常见的12V、24V和36V供电系统。VM引脚绝对最大额定值为45V,为36V系统在负载突甩或适配器电压波动时留出了充足的安全裕量。
低导通电阻是SS6813H最突出的亮点之一 。在24V、IO=1A、TJ=25℃条件下,上管导通阻抗典型值为0.17Ω ,下管导通阻抗典型值为0.15Ω ,高侧+低侧总导通电阻典型值为350mΩ 。在2.5A峰值电流下,H桥上的导通压降约为2.5A×0.35Ω=0.875V,电机两端可获得接近电源电压的有效驱动电压。从损耗角度计算,1.75A均方根电流下H桥总损耗约1.75²×0.35=1.07W。SS6813H采用ETSSOP20封装,带有裸露焊盘 ,结到环境热阻θJA为38.9℃/W ,结到板热阻θJB为5.6℃/W ,结到封装底部热阻θJC(bot)为1.4℃/W,通过将散热焊盘可靠焊接至PCB地平面并布置散热过孔,可以有效将热量传导至电路板,确保芯片在2.5A峰值电流下不触发过热保护。
二、PWM电流控制 + 混合衰减模式 + 2位电流电平 → 精密限流与平稳驱动
SS6813H具有PWM电流控制功能。通过电机绕组的电流由固定频率PWM电流调节或斩波电流来调节。当开启H桥时,通过绕组电感的电流以一定的速率上升,该速率由直流电压和绕组电感决定。一旦电流到达当前的斩波阈值,关断H桥以禁止电流上升,直到下一个PWM周期的开始。对于步进电机,通常都采用电流调节,可以改变电流以用于微步电机;对于直流电机,电流调节用来限制电机的启动和堵转电流。
PWM斩波电流由比较器构成,比较器将连接到ISENx引脚的电流感应电阻的电压乘以系数5,与参考电压比较。该参考电压从VREF引脚输入。斩波电流计算公式为:ICHOP = VREF / (5 × RISENx)。例如,如果使用0.2Ω采样电阻,VREF引脚是1.5V,斩波电流为1.5V/(5×0.2Ω)=1.5A。数据手册电特性表给出了VREF=3.3V时不同电流设置下的VTRIP典型值:设置100%时VTRIP为660mV,设置71%时VTRIP为469mV,设置38%时VTRIP为251mV,对应不同的斩波电流档位。
SS6813H内部集成混合衰减模式 。在PWM电流斩波期间,一旦达到斩波电流阈值,H桥进入混合衰减模式工作,即先快衰减再慢衰减。在快衰减模式下,H桥将状态反转到允许绕组电流反向流动,当绕组电流趋近于零时,H桥就不工作,以防止任何反向电流流入。在慢衰减模式下,绕组电流在H桥低边的两NMOSFET之间流动。混合衰减模式在不增加输出电流纹波的情况下改善了电流控制特性,使电机运行更加平稳高效。消隐时间固定在1.2μs,在启用电流检测电路之前的一个固定时间内忽略ISENx引脚上的电压,同时消隐时间也设置了PWM的最小周期时间。
三、nFAULT故障输出 + 低功耗睡眠 + 内置3.3V基准 + 全面保护 → 安全与节能兼顾
SS6813H具有低功耗睡眠模式 。当nSLEEP设置为低电平时,芯片进入低功耗睡眠状态,H桥被禁用,栅极驱动电荷泵停止工作,V3P3OUT稳压器被禁用,所有内部时钟停止。在这种状态下所有输入均被忽略,直到nSLEEP变为高电平。当从睡眠模式返回时,在马达驱动完全运行之前,需要约1ms的唤醒时间。nSLEEP引脚有约50kΩ内部下拉电阻,必须被设置到逻辑高电平来保证芯片工作。
SS6813H内置3.3V基准电压(V3P3OUT引脚),输出电流能力为1mA,外接0.47μF电容到地做滤波,可给参考电压VREF供电。这一集成基准电压源省去了外部辅助电源芯片,简化了系统电源架构。
SS6813H集成了全面的保护功能,并提供nFAULT故障输出引脚 。过流保护(OCP) :每个功率管的电流限制模拟电路通过移除栅极驱动来限制功率管的电流。如果模拟电流限制持续时间比OCP的尖峰时间(2.6μs)长,所有的H桥场效应管都将关断,芯片将保持不工作。高边和低边功率管的过电流条件(短路接地、短路到电源或电机绕组间短路)都会导致过电流关断。注意过电流保护不使用用于PWM电流控制的电流感应电路,与ISENSE电阻或基准电压VREF无关。过温保护(TSD) :如果芯片温度超过安全范围(典型值170℃),所有的H桥场效应管都将关断,并且nFAULT引脚将被拉低,一旦温度降至安全水平,将自动恢复正常工作。欠压保护(UVLO):如果VM电压低于欠压锁定阈值(典型值8.2V),芯片内部所有电路都不工作并且内部逻辑都清零,直到VM电压升高至比UVLO阈值高时才恢复工作。nFAULT为开漏输出,若使用需外接一个上拉电阻,当出现过温或过流时输出为低电平,为系统MCU提供明确的故障指示。
四、ETSSOP20散热封装 + 典型应用电路 → 紧凑设计与可靠散热的统一
SS6813H采用ETSSOP20封装 ,尺寸紧凑,带有裸露焊盘,结到环境热阻θJA为38.9℃/W ,结到板热阻θJB为5.6℃/W ,结到封装底部热阻θJC(bot)为1.4℃/W。这一散热性能使其能够在2.5A峰值电流下保持可控温升,适合POS打印机、安防相机等空间受限但需要持续工作的应用。通过将散热焊盘可靠焊接至PCB地平面并布置散热过孔,可以有效将热量传导至电路板。
典型应用电路极为清晰:VMA和VMB引脚分别外接0.1μF陶瓷电容到地,并连接在一起接电机电源VM;VCP与VMA之间外接0.1μF/16V陶瓷电容和1MΩ电阻;V3P3OUT外接0.47μF电容到地;VREF引脚可接V3P3OUT或外部参考电压;ISENA和ISENB分别通过检测电阻接地,若不需要限流可直接接地;AOUT1/AOUT2连接电机A或步进电机绕组A,BOUT1/BOUT2连接电机B或步进电机绕组B;AIN1、AIN2、BIN1、BIN2连接MCU的GPIO或PWM输出;nSLEEP连接MCU的使能控制;nFAULT通过上拉电阻连接MCU的故障检测引脚。数据手册特别提醒:VMA和VMB引脚必须在PCB上连接在一起,每个VMx引脚建议单独接一个0.1μF电容到GND,并且让地回路尽量短,否则高频电容的作用就发挥不出来。
五、典型应用场景解析
POS打印机 :POS打印机通常包含走纸电机和切纸电机两个直流有刷电机。SS6813H的双通道H桥 可以同时驱动这两个电机,一颗芯片完成全部电机控制。2.5A峰值电流满足切纸电机启动和堵转时的瞬态需求,PWM电流控制可实现恒流驱动,确保走纸平稳、切纸可靠。nFAULT引脚可在过流或过温时向主控MCU报告故障,提高打印过程的可靠性。ETSSOP20封装通过底部散热焊盘提供良好的散热能力,适合打印机连续工作的需求。
安防相机 :安防相机中的云台电机、变焦电机、聚焦电机通常需要精密的位置和速度控制。SS6813H可以驱动两个直流电机或一台双极步进电机,PWM电流控制实现平滑的云台旋转和精确的变焦控制。40V耐压 适配安防系统可能采用的24V或36V供电。nFAULT故障输出确保相机在异常情况下安全停机。2.5A峰值电流满足云台电机在启动和堵转时的瞬态需求。
办公自动化设备 :扫描仪、复印机、传真机等设备中常需要多个电机协同工作,如进纸电机、扫描头移动电机、出纸电机等。SS6813H的双通道设计可减少芯片数量,简化系统结构。宽电压范围适配12V、24V或36V供电系统,PWM电流控制可实现扫描头的精密移动。nSLEEP引脚便于系统在待机时进入低功耗状态。内置保护确保设备在卡纸等异常情况下安全停机。
游戏机 :游戏机中的振动马达、光盘进出仓电机、散热风扇等需要正反转和调速控制。SS6813H的H桥全桥驱动支持前进、后退、停止和刹车,PWM接口可实现无级调速。双通道设计 可同时驱动两个电机,低功耗睡眠模式在待机时节省电能,nFAULT引脚提供故障反馈。2.5A峰值电流满足振动马达的瞬态需求。
机器人 :轮式机器人底盘通常需要两个直流电机分别驱动左右轮,SS6813H的双通道H桥 完美适配这一需求。通过PWM调速实现差速转向,PWM电流控制可限制电机启动和堵转电流,nFAULT引脚提供故障反馈,内置保护确保机器人在复杂工况下可靠运行。2.5A峰值电流和1.75A均方根电流足以驱动中型机器人的轮式电机。对于需要步进电机的机器人关节,SS6813H可驱动一台双极步进电机,实现精确的位置控制。
六、SS6813H与同系列产品的定位与选型建议
SS6813H在率能半导体电机驱动产品线中占据**"40V/2.5A、双通道H桥、350mΩ超低导通电阻、nFAULT故障输出、ETSSOP20封装"**的独特位置。与SS6812T(32V/1.0A/1.1Ω/ETSSOP28)相比,SS6813H的耐压更高(40V vs 32V),电流能力大幅提升(2.5A vs 1.0A),导通电阻大幅降低(350mΩ vs 1.1Ω),封装更小(ETSSOP20 vs ETSSOP28),但SS6812T的DECAY引脚可独立选择快/慢/混合衰减模式,而SS6813H内部固定为混合衰减。与SS6811H(38V/1.6A/720mΩ/eTSSOP16)相比,SS6813H的耐压更高(40V vs 38V),电流能力更强(2.5A vs 1.6A),导通电阻更低(350mΩ vs 720mΩ),并增加了nFAULT故障输出和ISEN电流检测功能,但封装略大(ETSSOP20 vs eTSSOP16)。
选型结论:如果系统需要双路独立PWM控制、每路2.5A峰值电流能力,并且需要nFAULT故障输出和ISEN电流检测,同时母线电压可能达到36V甚至40V,SS6813H是理想选择;如果需要独立的DECAY引脚选择衰减模式且电流需求在1.0A以内,SS6812T更合适;如果PCB面积极度受限且电流需求在1.6A以内,SS6811H的eTSSOP16封装更紧凑。
结语
SS6813H不是一颗追求极致参数的电机驱动芯片,而是一颗在8.2V至40V电压范围内追求**"双通道集成、2.5A峰值电流、350mΩ超低导通电阻、PWM电流控制、混合衰减模式、nFAULT故障输出、低功耗睡眠、ETSSOP20散热封装"**的双通道H桥电流控制电机驱动芯片。
它用双通道H桥架构 实现了两个直流电机或一台双极步进电机的独立驱动,用8.2V-40V宽电压范围 覆盖了12V、24V和36V系统的多种供电方案,用2.5A峰值电流和350mΩ超低导通电阻 实现了大电流高效驱动,用PWM电流控制和混合衰减模式 实现了精密的限流和平稳的电机运行,用nFAULT故障输出和ISEN电流检测 为系统提供了明确的故障诊断和电流反馈,用低功耗睡眠模式和内置3.3V基准 简化了系统设计,用过流保护、过温保护和欠压保护守住了芯片可靠性的多重防线。
从POS打印机的走纸切纸到安防相机的云台变焦,从办公自动化设备的进纸扫描到游戏机的振动马达,从机器人的轮式驱动到关节控制------SS6813H正在用一颗ETSSOP20芯片的**"双通道集成、大电流、低内阻"**,为高压大电流双路电机驱动场景提供当前最具集成度的解决方案。
对于正在寻找一颗**"8.2V-40V工作、双通道H桥、每路2.5A峰值/1.75A均方根、350mΩ超低导通电阻、PWM电流控制、混合衰减、nFAULT故障输出、ETSSOP20封装"**双通道电机驱动芯片的工程师而言,SS6813H是您高压大电流双路电机驱动设计中的理想之选。