一、芯片核心定位
SA8870C是一款高度集成的H桥有刷直流电机单芯片驱动器
其核心价值在于4.5V至40V的宽范围工作电压、高达4.5A的峰值输出电流 以及 基于VREF的模拟电流调节功能
专为机器人、家电、工业设备等需要精准控制电机转矩与速度，且对系统可靠性有高要求的应用场景设计
二、关键电气参数详解
电源与功耗特性：
- 电机驱动电源（VM）： 工作范围 4.5V 至 36.0V，绝对最大值 40.0V，适配2-10节锂电池或适配器供电
- 工作电流（Ivm_ON）： 典型值 1.2mA（VM=18V），静态功耗低
- 睡眠电流（Ivm_OFF）： 典型值 1.5μA（VM=18V），双输入置低1ms后进入超低功耗睡眠模式
输出级性能（核心）：
- 导通电阻（RDS(ON)）： 高边+低边总阻值典型 250mΩ（VM=18V， IOUT=1A），最大500mΩ，导通损耗低
- 峰值输出电流（IPEAK）： 4.5A
- 连续输出电流（IOUT）： 最大 4.0A（100%占空比）
- 体二极管正向压降（VD）： 典型 0.8V @ 1A
- 死区时间（tDEAD）： 200ns，自动插入防止上下管直通
逻辑输入与控制：
- 逻辑电平： 高电平 > 1.5V，低电平 < 0.5V，兼容3.3V/5V MCU，内置100-200kΩ下拉电阻
- 输入电流： 高电平时典型 33μA（IN=3.3V）
- 传播延时（tPD）： 20ns，响应速度极快
- 唤醒时间（tON）： 典型 50μs（从睡眠模式唤醒）
集成电流调节（关键特色）：
调节公式：
例如：VREF=2.5V，RISEN=0.1Ω，则电流限制为 2.5AISEN增益（Av）： 固定为 10 V/V
关断时间（tOFF）： 典型 20μs，电流达到ITRIP后强制进入慢衰减模式（两低边导通）的时间
消隐时间（tBLANK）： 典型 4.0μs，防止开关噪声误触发电流检测
保护功能参数：
欠压锁定（UVLO）：
上升恢复电压：3.80V
下降触发电压：3.65V
迟滞：0.15V过流保护（OCP）：
触发阈值（IOCP）：5.5A
消隐时间（tOCP）：1.5μs
重试时间（tRETRY）：3.0ms（故障后自动恢复）过温保护（TSD）：
关断温度：160°C
迟滞：30°C
三、芯片架构与功能模式
全集成H桥与电荷泵：
- 内部集成四个N沟道MOSFET构成完整H桥，并内置电荷泵，确保高边MOSFET在宽压范围内获得充分栅极驱动电压
控制逻辑（真值表）：
- (IN1, IN2) = (0,0)： 高阻（滑行/快衰减），1ms后进入睡眠
- (1,0)： 正向（电流 OUT1 → OUT2）
- (0,1)： 反向（电流 OUT2 → OUT1）
- (1,1)： 刹车（两低边导通，慢衰减）
灵活的PWM控制策略：
- 速度控制： 可对IN1或IN2进行PWM（最高200kHz），另一输入保持固定电平
- 推荐模式： 驱动期（如正向1,0）与刹车期（1,1）交替，利用慢衰减实现精准的电流和速度控制
- 替代模式： 驱动期与滑行期（0,0）交替，实现快衰减，动态响应更快但控制特性不同
- 100%占空比驱动： 输入设为静态电平，配合电流限制ITRIP，可用于控制电机堵转转矩或限制启动电流
电流调节工作流程：
- 电机电流经外部检测电阻RISEN转换为电压，送入ISEN引脚
- 内部放大器（增益10倍）将ISEN电压与VREF比较
- 当电流达到ITRIP，芯片强制进入20μs的慢衰减周期（刹车模式）
- 周期结束后，根据输入状态恢复驱动，形成“驱动-限流-衰减”的循环，实现平均电流的闭环控制
四、应用设计要点
电源与去耦设计（关键）：
- VM引脚： 必须就近放置 ≥22μF的电解或固态电容（作为 bulk电容）并并联0.1-1μF陶瓷电容，以提供瞬时大电流并抑制高频噪声，电容耐压须高于最大VM电压
- 逻辑电源（VREF）： 需提供 0.3V 至 5.0V 的稳定电压，若由MCU供电，需做好去耦，更高VREF电压提供更好噪声容限
电流检测电阻（RISEN）选型与布局（电流调节核心）：
阻值计算： 根据所需限流值ITRIP和VREF电压计算：
选型要求： 选择 低阻值、高功率、低电感的贴片电阻（如金属膜或合金电阻）功率核算： 功率需按
计算并留足裕量（建议2倍以上）布局关键： RISEN必须尽可能靠近芯片的ISEN引脚和GND（功率地），采用开尔文连接为佳，以最小化检测路径的寄生电感，这对电流调节精度和稳定性至关重要
PCB布局与散热（至关重要）：
- 功率回路最小化： VM → 芯片 → OUTx → 电机 → ISEN电阻 → GND的环路面积应尽可能小，走线短而宽
- 散热焊盘处理： ESOP8封装底部的散热焊盘（Thermal Pad）必须焊接在PCB的大面积铜箔（建议连接到内部GND平面）上，并使用多个散热过孔阵列 连接到其他层，这是主要的散热路径
- 热阻与功耗： 芯片热阻θJA典型 48°C/W，功耗计算：
- 地平面分割： 功率地（芯片GND、ISEN电阻地）与逻辑/模拟地（VREF地、INx信号地）宜采用星型单点连接或磁珠隔离
不使用电流调节时：
- 将 ISEN引脚直接连接到功率地
- VREF引脚仍需接0.3-5V电压（建议接5V以获得最佳噪声容限），否则芯片可能不工作
五、典型应用场景
机器人关节驱动：
- 扫地机器人轮子、机械臂关节，利用其宽压、大电流和集成电流调节，可平稳控制启停与堵转力矩，避免机械冲击
电动工具与园林设备：
- 电钻、角磨机、割草机等，适应多节锂电池组电压，峰值电流能力强，电流调节可限制启动冲击电流
工业自动化设备：
- 传送带、阀门执行器、小型泵类驱动，其完善的保护功能（OCP， TSD， UVLO）保障工业环境下的高可靠性
2-4节锂电池供电的模型与玩具：
- 航模、车模、大功率玩具，宽压输入兼容电池满电与欠压状态，集成保护防止电池过放
六、调试与故障处理
电机不转或驱动无力：
- 检查VM电压是否高于UVLO阈值（>3.80V）
- 确认IN1/IN2逻辑电平符合要求（>1.5V为高）
- 检查ISEN电阻连接是否可靠，若使用电流调节，确认VREF电压设置正确
芯片异常发热：
- 首要检查功耗： 计算
注意RDS(ON)随温度升高而增大 - 检查散热： 确认散热焊盘焊接良好，PCB铜箔面积和过孔数量是否足够
- 评估工作模式： 长时间处于刹车（1,1）或高占空比 PWM 且电流大时，功耗较高
电流调节功能异常（波动大或不限流）：
- 检查RISEN电阻布局，避免检测路径引入过大寄生电感
- 确认VREF电压稳定、无噪声
- 测量ISEN引脚电压，在ITRIP点是否约为 VREF / 10
频繁触发过流或过温保护：
- 检查电机堵转电流是否超过ITRIP或5.5A的OCP阈值
- 检查启动电流是否过大，考虑软启动或降低ITRIP设置
- 改善系统散热条件
进入睡眠模式无法唤醒：
- 确认IN1或IN2已被拉高超过5μs
- 检查VM电压是否正常
七、总结
SA8870C通过将宽压输入（40V）、大电流驱动（4.5A）、精准的模拟电流调节 和 全集成保护封装于ESOP8内，为有刷直流电机驱动提供了一个高性能、高可靠性、控制功能丰富的单芯片解决方案
其集成电流调节功能是核心亮点，可有效降低系统对电源功率和电容容量的要求，并保护电机和机械结构，实现更平滑的转矩控制
成功应用的关键在于严谨的功率级PCB布局、有效的散热设计以及正确的电流检测电阻配置
对于需要高性能、高可靠性电机控制的工业、消费和机器人应用，SA8870C是一个极具竞争力的选择
文档出处
本文基于 Sytatek SA8870C 芯片数据手册 V1.2 版本整理编写，结合电机驱动设计实践
具体设计与应用请以官方最新数据手册为准，在实际应用中务必重点验证热性能、电流环稳定性及保护功能
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