STSPIN9P прячет 75-вольтовый силовой мост в QFN размером с ноготь
Двигатель на десятках вольт быстро превращает печатную плату в силовую механику. Каждый миллиметр между MOSFET, керамическим конденсатором и выводами питания добавляет индуктивность в петлю, по которой на фронте PWM течёт ток. Отсюда звон на стоке, выбросы, лишнее излучение и энергия, превращённая в тепло. Семейство STSPIN9P интересно попыткой собрать самую шумную и горячую часть этой сцены в один корпус.
Силовая петля теперь помещается под одним корпусом
Восемь микросхем STSPIN9P11…18 содержат один полумост в VFQFPN 7×7 мм. Старшие варианты заявлены для 10 A RMS с типовым суммарным RDS(on) 16 мОм; у остальных указан ток 6 A RMS и 27 мОм. Четыре STSPIN9P21…24 содержат полный мост, рассчитаны на 6 A RMS и выпускаются в корпусе 9×7 мм. Поэтому формула «75 В в QFN 7×7» верна для полумостовой ветви, но не для всего семейства.
Диапазон рекомендуемого питания составляет 7–75 В. Для полного моста абсолютный максимум VM равен 80 В, и этот запас нельзя считать разрешением питать схему от 80-вольтовой шины: коммутация двигателя добавит выбросы поверх напряжения питания. В реальном устройстве вопрос упирается в близко поставленные MLCC, площадь и число переходных отверстий под тепловой площадкой, импеданс питающей шины и форму тока мотора.
Два размера корпуса и разные права на ток
Внутри уже есть четыре или два силовых MOSFET, зарядовый насос для верхних ключей, внутренние регуляторы 14 В и 3.3 В, дифференциальный усилитель тока, компаратор, UVLO, защита от перегрузки и перегрева. Это освобождает плату от драйверной обвязки и даёт разработчику короткий путь от DC-шины до обмотки. Но медь под exposed pad остаётся частью силовой схемы: через неё корпус отводит потери проводимости и переключения в плату.
Интереснее всего устроены варианты с разным поведением компаратора. В нечётных артикулах он участвует в ограничении тока и умеет работать с фиксированным временем отключения либо PWM trimming. В чётных версиях выход COUT доступен внешней логике без жёстко заданной внутренней реакции. Так одна посадочная топология позволяет выбрать либо аппаратный предохранитель для обмотки, либо строительный блок для собственного контура управления.
Фронт PWM как ручка настройки платы
Регулировка slew rate позволяет намеренно замедлять фронты ключей. Более крутой фронт сокращает время одновременного высокого тока и напряжения на транзисторе, однако сильнее возбуждает паразитные L и C платы. Более пологий уменьшает ringing и спектр помех, расплачиваясь потерями переключения. В 75-вольтовом компактном приводе этот регулятор полезен только вместе с осциллографом, короткой пружинкой земли у щупа и измерением температуры корпуса: единого удачного положения для всех моторов и плат здесь нет.
ST позиционирует серию для приводов мощностью до 500 W, хотя часть материалов компании говорит о 300 W. Корректнее воспринимать эти цифры как область применения, а режим проверять по конкретному артикулу, PWM, охлаждению и профилю нагрузки. Появление готового 75-вольтового моста такого размера меняет компоновку малых станков, роботизированных осей и насосов: силовой каскад перестаёт занимать отдельный участок платы, зато требования к его посадочному месту становятся гораздо строже.