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  • MCF8315C-Q1 无传感器磁场定向控制 (FOC)集成式 FET BLDC 驱动器

    • ZHCSUG4A January   2024  – May 2024 MCF8315C-Q1

      PRODUCTION DATA  

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  • MCF8315C-Q1 无传感器磁场定向控制 (FOC)集成式 FET BLDC 驱动器
  1.   1
  2. 1 特性
  3. 2 应用
  4. 3 说明
  5. 4 引脚配置和功能
  6. 5 规格
    1. 5.1 绝对最大额定值
    2. 5.2 ESD 额定值 - 汽车
    3. 5.3 建议运行条件
    4. 5.4 热性能信息
    5. 5.5 电气特性
    6. 5.6 标准和快速模式下 SDA 和 SCL 总线的特征
  7. 6 详细说明
    1. 6.1 概述
    2. 6.2 功能方框图
    3. 6.3 特性说明
      1. 6.3.1  输出级
      2. 6.3.2  器件接口
        1. 6.3.2.1 接口 - 控制和监控
        2. 6.3.2.2 I2C 接口
      3. 6.3.3  混合模式降压稳压器
        1. 6.3.3.1 以电感器模式降压
        2. 6.3.3.2 以电阻器模式降压
        3. 6.3.3.3 具有外部 LDO 的降压稳压器
        4. 6.3.3.4 降压稳压器上的 AVDD 电源时序
        5. 6.3.3.5 混合模式降压运行和控制
        6. 6.3.3.6 降压欠压保护
        7. 6.3.3.7 降压过流保护
      4. 6.3.4  AVDD 线性稳压器
      5. 6.3.5  电荷泵
      6. 6.3.6  压摆率控制
      7. 6.3.7  跨导（死区时间）
      8. 6.3.8  电机控制输入源
        1. 6.3.8.1 模拟模式电机控制
        2. 6.3.8.2 PWM 模式电机控制
        3. 6.3.8.3 基于 I2C 的电机控制
        4. 6.3.8.4 频率模式电机控制
        5. 6.3.8.5 速度配置文件
          1. 6.3.8.5.1 线性基准曲线
          2. 6.3.8.5.2 阶梯基准曲线
          3. 6.3.8.5.3 正向/反向基准曲线
      9. 6.3.9  在不同初始条件下启动电机
        1. 6.3.9.1 案例 1 – 电机静止
        2. 6.3.9.2 案例 2 – 电机正向旋转
        3. 6.3.9.3 案例 3 – 电机反向旋转
      10. 6.3.10 电机启动顺序 (MSS)
        1. 6.3.10.1 初始速度检测 (ISD)
        2. 6.3.10.2 电机重新同步
        3. 6.3.10.3 反向驱动
          1. 6.3.10.3.1 反向驱动调谐
      11. 6.3.11 电机启动
        1. 6.3.11.1 对齐
        2. 6.3.11.2 双对齐
        3. 6.3.11.3 初始位置检测 (IPD)
          1. 6.3.11.3.1 IPD 操作
          2. 6.3.11.3.2 IPD 释放模式
          3. 6.3.11.3.3 IPD 超前角度
        4. 6.3.11.4 慢速首循环启动
        5. 6.3.11.5 开环
        6. 6.3.11.6 从开环转换到闭环
      12. 6.3.12 闭环运行
        1. 6.3.12.1 闭环加速/减速压摆率
        2. 6.3.12.2 速度 PI 控制
        3. 6.3.12.3 电流 PI 控制
        4. 6.3.12.4 转矩模式
        5. 6.3.12.5 过调制
      13. 6.3.13 电机参数
        1. 6.3.13.1 电机电阻
        2. 6.3.13.2 电机电感
        3. 6.3.13.3 电机反电动势常数
      14. 6.3.14 电机参数提取工具 (MPET)
      15. 6.3.15 防电压浪涌 (AVS)
      16. 6.3.16 主动制动
      17. 6.3.17 输出 PWM 开关频率
      18. 6.3.18 PWM 调制方案
      19. 6.3.19 死区时间补偿
      20. 6.3.20 电机停止运转选项
        1. 6.3.20.1 滑行（高阻态）模式
        2. 6.3.20.2 低边制动
        3. 6.3.20.3 主动降速
      21. 6.3.21 FG 配置
        1. 6.3.21.1 FG 输出频率
        2. 6.3.21.2 开环期间的 FG
        3. 6.3.21.3 空闲和故障期间的 FG
      22. 6.3.22 直流母线电流限制
      23. 6.3.23 保护功能
        1. 6.3.23.1  VM 电源欠压锁定
        2. 6.3.23.2  AVDD 欠压锁定 (AVDD_UV)
        3. 6.3.23.3  降压欠压锁定 (BUCK_UV)
        4. 6.3.23.4  VCP 电荷泵欠压锁定 (CPUV)
        5. 6.3.23.5  过压保护 (OVP)
        6. 6.3.23.6  过流保护 (OCP)
          1. 6.3.23.6.1 OCP 锁存关断 (OCP_MODE = 00b)
          2. 6.3.23.6.2 OCP 自动重试 (OCP_MODE = 01b)
        7. 6.3.23.7  降压过流保护
        8. 6.3.23.8  硬件锁定检测电流限制 (HW_LOCK_ILIMIT)
          1. 6.3.23.8.1 HW_LOCK_ILIMIT 锁存关断 (HW_LOCK_ILIMIT_MODE = 00xxb)
          2. 6.3.23.8.2 HW_LOCK_ILIMIT 自动恢复 (HW_LOCK_ILIMIT_MODE = 01xxb)
          3. 6.3.23.8.3 HW_LOCK_ILIMIT 仅报告 (HW_LOCK_ILIMIT_MODE = 1000b)
          4. 6.3.23.8.4 HW_LOCK_ILIMIT 已禁用 (HW_LOCK_ILIMIT_MODE= 1xx1b)
        9. 6.3.23.9  电机锁定 (MTR_LCK)
          1. 6.3.23.9.1 MTR_LCK 锁存关断 (MTR_LCK_MODE = 00xxb)
          2. 6.3.23.9.2 MTR_LCK 自动恢复 (MTR_LCK_MODE= 01xxb)
          3. 6.3.23.9.3 MTR_LCK 仅报告 (MTR_LCK_MODE = 1000b)
          4. 6.3.23.9.4 MTR_LCK 已禁用 (MTR_LCK_MODE = 1xx1b)
        10. 6.3.23.10 电机锁定检测
          1. 6.3.23.10.1 锁定 1：异常速度 (ABN_SPEED)
          2. 6.3.23.10.2 锁定 2：异常 BEMF (ABN_BEMF)
          3. 6.3.23.10.3 锁定 3：无电机故障 (NO_MTR)
        11. 6.3.23.11 最小 VM（欠压）保护
        12. 6.3.23.12 最大 VM（过压）保护
        13. 6.3.23.13 MPET 故障
        14. 6.3.23.14 IPD 故障
        15. 6.3.23.15 热警告 (OTW)
        16. 6.3.23.16 热关断（TSD）
    4. 6.4 器件功能模式
      1. 6.4.1 功能模式
        1. 6.4.1.1 睡眠模式
        2. 6.4.1.2 待机模式
        3. 6.4.1.3 故障复位 (CLR_FLT)
    5. 6.5 外部接口
      1. 6.5.1 DRVOFF 功能
      2. 6.5.2 DAC 输出
      3. 6.5.3 电流检测输出
      4. 6.5.4 振荡源
        1. 6.5.4.1 外部时钟源
      5. 6.5.5 外部看门狗
    6. 6.6 EEPROM 访问和 I2C 接口
      1. 6.6.1 EEPROM 访问
        1. 6.6.1.1 EEPROM 写入
        2. 6.6.1.2 EEPROM 读取
      2. 6.6.2 I2C 串行接口
        1. 6.6.2.1 I2C 数据字
        2. 6.6.2.2 I2C 写入事务
        3. 6.6.2.3 I2C 读取事务
        4. 6.6.2.4 I2C 通信协议数据包示例
        5. 6.6.2.5 I2C 时钟延展
        6. 6.6.2.6 CRC 字节计算
  8. 7 EEPROM（非易失性）寄存器映射
    1. 7.1 Algorithm_Configuration 寄存器
    2. 7.2 Fault_Configuration 寄存器
    3. 7.3 Hardware_Configuration 寄存器
    4. 7.4 Internal_Algorithm_Configuration 寄存器
  9. 8 RAM（易失性）寄存器映射
    1. 8.1 Fault_Status 寄存器
    2. 8.2 System_Status 寄存器
    3. 8.3 器件控制寄存器
    4. 8.4 Algorithm_Control 寄存器
    5. 8.5 算法变量寄存器
  10. 9 应用和实施
    1. 9.1 应用信息
    2. 9.2 典型应用
      1. 9.2.1 应用曲线
        1. 9.2.1.1 电机启动
        2. 9.2.1.2 MPET
        3. 9.2.1.3 死区时间补偿
        4. 9.2.1.4 自动转换
        5. 9.2.1.5 抗电压浪涌 (AVS)
        6. 9.2.1.6 使用 DACOUT 进行实时变量跟踪
    3. 9.3 电源相关建议
      1. 9.3.1 大容量电容
    4. 9.4 布局
      1. 9.4.1 布局指南
      2. 9.4.2 散热注意事项
        1. 9.4.2.1 功率损耗
  11. 10器件和文档支持
    1. 10.1 支持资源
    2. 10.2 商标
    3. 10.3 静电放电警告
    4. 10.4 术语表
  12. 11修订历史记录
  13. 12机械、封装和可订购信息
  14. 重要声明
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Data Sheet

MCF8315C-Q1 无传感器磁场定向控制 (FOC)集成式 FET BLDC 驱动器

本资源的原文使用英文撰写。 为方便起见，TI 提供了译文；由于翻译过程中可能使用了自动化工具，TI 不保证译文的准确性。 为确认准确性，请务必访问 ti.com 参考最新的英文版本（控制文档）。

下载最新的英语版本

1 特性

  • 采用集成无传感器电机控制算法的三相 BLDC 电机驱动器
    • 无代码场定向控制 (FOC)
    • 使用电机参数提取工具 (MPET) 离线测量电机参数
    • 5 点可配置速度配置文件支持
    • 通过正向重新同步和反向驱动支持风力机
    • 模拟，PWM，频率或基于 I2C 的速度输入
    • 可配置的电机启动和停止选项
    • 抗电压浪涌 (AVS) 保护
    • 通过自动死区时间补偿提高了声学性能
    • 通过 DACOUT 引脚进行变量监控
  • 4.5V 至 35V 工作电压（绝对最大值 40V）
  • 高输出电流能力：4A 峰值
  • 低 MOSFET 导通状态电阻
    • RGF：TJ=25°C 时的 RDS(ON)(H+L)：240mΩ（典型值）
    • RRY：TJ=25°C 时的 RDS(ON)(H+L)：250mΩ（典型值）
    • PWP：TJ=25°C 时的 RDS(ON)(H+L)：265mΩ（典型值）
  • 低功耗睡眠模式：请参阅表 6-7
    • VVM = 24V、TA = 25°C 时为 5µA（最大值）
  • 速度环路精度：3% 使用内部时钟，1% 使用外部时钟参考
  • 用于存储器件配置的客户可配置非易失性存储器 (EEPROM)
  • 支持高达 60kHz 的 PWM 频率，以支持低电感电机
  • 不需要外部电流检测电阻；使用内置电流检测功能
  • 内置的 3.3V 20mA LDO 稳压器
  • 内置的 3.3V/5V、170mA 降压稳压器
  • 专用 DRVOFF 引脚以禁用（高阻态）输出
  • 展频和压摆率，用于降低 EMI
  • 整套集成保护特性
    • 电源欠压锁定 (UVLO)
    • 电源过压保护 (OVP)
    • 电机锁定检测（5 种不同类型）
    • 过流保护 (OCP)
    • 热警告和热关断 (OTW/TSD)
    • 故障条件指示引脚 (nFAULT)
    • 可选择通过 I2C 接口进行故障诊断

2 应用

  • 无刷直流 (BLDC) 电机模块
  • 住宅和起居风扇
  • 空气净化器和加湿器风扇
  • 洗衣机和洗碗机泵
  • 汽车风扇和风机
  • CPAP 呼吸机

3 说明

MCF8315C-Q1 为驱动峰值电流高达 4A 的速度受控型 12V 至 24V 无刷直流电机 (BLDC) 或永磁同步电机 (PMSM) 的客户提供了一个单芯片、无代码、无传感器 FOC 解决方案。MCF8315C-Q1 集成了三个 ½ 桥，具有 40V 的绝对最大电压和 240/250/265mΩ 的低 RDS(ON)（高侧 + 低侧 FET）。MCF8315C-Q1 集成了电源管理电路，包括可用于为外部电路供电的电压可调节降压稳压器（3.3V/5V，170mA）和 LDO (3.3V/20mA)。

FOC 算法配置可存储在非易失性 EEPROM 中，从而允许器件在配置后独立运行。该器件通过 PWM 输入、模拟电压、可变频率方波或 I2C 命令接收速度命令。MCF8315C-Q1 集成了多种保护特性，可在出现故障事件时保护该器件、电机和系统。

MCF8315C-Q1 采用三种封装：40 引脚 7mm x 5mm 可湿性侧面 QFN (RGF)、32 引脚 6mm x 4mm 可湿性侧面 QFN (RRY) 和 24 引脚 7.8mm x 6.4mm HTSSOP (PWP)。

器件信息(1)
器件型号封装封装尺寸(2)
MCF8315C1VQRGFRQ1VQFN (40)7.00mm x 5.00mm
MCF8315C1VQRRYRQ1(3)WQFN (32)6.00mm x 4.00mm
MCF8315C1VQPWPRQ1(3)HTSSOP (24)7.80mm x 6.40mm
(1) 如需了解所有可用封装，请参阅数据表末尾的可订购产品附录。
(2) 封装尺寸（长 × 宽）为标称值，并包括引脚（如适用）。
(3) 器件仅为预发布版。
MCF8315C-Q1 简化版原理图简化版原理图

4 引脚配置和功能

MCF8315C-Q1 MCF8315C-Q1，40 引脚 VQFN（带有外露散热焊盘），顶视图图 4-1 MCF8315C-Q1，40 引脚 VQFN（带有外露散热焊盘），顶视图
MCF8315C-Q1 MCF8315C-Q1，32 引脚 WQFN（带有外露散热焊盘），顶视图图 4-2 MCF8315C-Q1，32 引脚 WQFN（带有外露散热焊盘），顶视图
MCF8315C-Q1 MCF8315C-Q1，24 引脚 HTSSOP（带有外露散热焊盘），顶视图图 4-3 MCF8315C-Q1，24 引脚 HTSSOP（带有外露散热焊盘），顶视图
表 4-1 引脚功能
引脚 40 引脚封装 32 引脚封装 24 引脚封装 类型(1) 说明
名称 MCF8315C-Q1 MCF8315C-Q1 MCF8315C-Q1
AGND 26 19 16 GND 器件模拟接地。有关连接建议，请参阅布局指南。
ALARM 39 30 - O 警报信号：推挽输出。如果启用，则在故障条件下拉至逻辑高电平。

如果不使用 ALARM 引脚，则将其保持悬空。
AVDD 27 20 17 PWR O 3.3V 内部稳压器输出。在 AVDD 和 AGND 引脚之间连接一个 X5R 或 X7R、1μF、6.3V 陶瓷电容器。该稳压器可为外部电路拉取高达 20mA 的电流。
BRAKE 35 28 24 I 高电平 → 制动电机
低电平 → 正常电机运行

如果不使用 BRAKE 引脚，则直接连接到 AGND。

如果 BRAKE 引脚用于制动电机，请使用（可选）外部 10kΩ 下拉电阻器（至 AGND）以获得更好的噪声抑制效果。
CP 8 7 9 PWR 电荷泵输出。在 CP 和 VM 引脚之间连接一个 X5R 或 X7R、1µF、16V 陶瓷电容器。
CPH 7 6 8 PWR 电荷泵开关节点。在 CPH 和 CPL 引脚之间连接一个 X5R 或 X7R、47nF 的陶瓷电容器。TI 建议电容器的额定电压至少是器件正常工作电压的两倍。
CPL 6 5 7 PWR
DACOUT1 36 29 - O DAC 输出 DACOUT1
DACOUT2 37 - - O DAC 输出 DACOUT2
DACOUT2/SOX 38 - - O 通用引脚：
配置为 DACOUT2 时的 DAC 输出
配置为 SOX 时的 CSA 输出
DGND 2 1 3 GND 器件数字接地。有关连接建议，请参阅布局指南。
DIR 34 27 - I 电机旋转方向；
当为低电平时，相位驱动序列为 OUT A → OUT C → OUT B
当为高电平时，相位驱动序列为 OUT A → OUT B → OUT C

如果不使用 DIR 引脚，则直接连接到 AGND 或 AVDD（取决于所需的相位驱动序列）。

如果 DIR 引脚用于更改电机旋转方向，请使用（可选）外部 10kΩ 下拉电阻器（至 AGND）以获得更好的噪声抑制效果。
DRVOFF 21 18 15 I 只要 DRVOFF 为高电平，就对所有六个 MOSFET 进行滑行（高阻态）。

如果不使用 DRVOFF 引脚，则直接连接到 AGND。

如果要使用 DRVOFF 引脚来实现 MOSFET 的即时滑行（高阻态），请使用外部 10kΩ 下拉电阻器（至 AGND）以实现更佳的噪声抑制效果。
DVDD 1 32 2 PWR 1.5V 内部稳压器输出。在 DVDD 和 DGND 引脚之间连接一个 X5R 或 X7R、2.2µF、6.3V 陶瓷电容器。
EXT_CLK 33 26 23 I 外部时钟基准模式下的外部时钟基准输入。
EXT_WD 32 25 22 I 外部看门狗输入。
FB_BK 3 2 4 PWR I/O 降压稳压器输出控制的反馈。连接到电感器/电阻器之后的降压稳压器输出。
FG 29 22 19 O 电机速度指示器：开漏输出，需要一个连接到 1.8V 至 5.0V 电压的外部上拉电阻器。通过将 PULLUP_ENABLE 设置为 1b 来启用连接到 AVDD 的可选内部上拉电阻器；启用内部上拉电阻器时，不应使用外部上拉电阻器。
GND_BK 4 3 5 GND 降压稳压器接地。有关连接建议，请参阅布局指南。
NC 22、23、24、25 - - - 无连接。将这些引脚悬空或连接到散热焊盘可实现更好的散热性能。
nFAULT 40 31 1 O 故障指示器。故障状态下拉至逻辑低电平；开漏输出，需要一个连接到 1.8V 至 5.0V 电压的外部上拉电阻器。通过将 PULLUP_ENABLE 设置为 1b 来启用连接到 AVDD 的可选内部上拉电阻器；启用内部上拉电阻器时，不应使用外部上拉电阻器。
OUTA 13、14 11、12 12 PWR O 半桥输出 A
OUTB 16, 17 13、14 13 PWR O 半桥输出 B
OUTC 19, 20 15、16 14 PWR O 半桥输出 C
PGND 12、15、18 10、17 11 GND 器件电源接地。有关连接建议，请参阅布局指南。
SCL 31 24 21 I I2C 时钟输入
SDA 30 23 20 I/O I2C 数据线
SPEED/WAKE 28 21 18 I 器件速度输入；支持基于模拟、PWM 或频率的速度输入。可以通过 SPEED_MODE 配置速度引脚输入。
SW_BK 5 4 6 PWR 降压开关节点。将此引脚连接到电感器或电阻器。
VM 9，10，11 8, 9 10 PWR I 器件和电机电源。连接到电机电源电压；通过一个 0.1μF 陶瓷电容器以及一个大容量电容器旁路到 PGND。TI 建议电容器的额定电压至少是器件正常工作电压的两倍。
散热焊盘 GND 必须连接到 AGND。
(1) I = 输入，O = 输出，GND = 接地引脚，PWR = 电源，NC = 无连接

5 规格

5.1 绝对最大额定值

在工作环境温度范围内测得（除非另有说明）(1)
最小值 最大值 单位
电源引脚电压 (VM) -0.3 40 V
接地引脚（GND_BK、DGND、PGND、AGND）之间的电压差 –0.3 0.3 V
电荷泵电压（CPH、CP） -0.3 VVM + 6 V
电荷泵负开关引脚电压 (CPL) -0.3 VVM + 0.3 V
开关稳压器引脚电压 (FB_BK) –0.3 6 V
开关节点引脚电压 (SW_BK) -0.3 VVM + 0.3 V
模拟稳压器引脚电压 (AVDD) –0.3 4 V
数字稳压器引脚电压 (DVDD) -0.3 1.7 V
逻辑引脚输入电压（BRAKE、DRVOFF、DIR、EXT_CLK、EXT_WD、SCL、SDA、SPEED） –0.3 6 V
开漏引脚输出电压（nFAULT、FG） –0.3 6 V
输出引脚电压（OUTA、OUTB、OUTC） -1 VVM + 1 V
环境温度，TA -40 125 °C
结温，TJ -40 150 °C
贮存温度，Tstg -65 150 °C
(1) 超出绝对最大额定值运行可能会对器件造成损坏。绝对最大额定值并不表示器件在这些条件下或在建议运行条件以外的任何其他条件下能够正常运行。如果超出建议运行条件但在绝对最大额定值范围内使用，器件可能不会完全正常运行，这可能影响器件的可靠性、功能和性能，并缩短器件寿命

5.2 ESD 额定值 - 汽车

值 单位
V(ESD) 静电放电 人体放电模型 (HBM)，符合 AEC Q100-002(1)
HBM ESD 分类等级 2		 ±2000 V
充电器件模型 (CDM)，符合 AEC Q100-011
CDM ESD 分类等级 C4B		 转角引脚 ±750
其他引脚 ±750
(1) AEC Q100-002 指示应当按照 ANSI/ESDA/JEDEC JS-001 规范执行 HBM 应力测试。

 
Texas Instruments

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