如何减少外围元件？电机驱动IC简化方案与选型指南

当你的PCB设计因为电机驱动电路过于复杂而不得不扩大板面积时，是否曾感到无奈？外围元件太多不仅占空间，还增加了物料成本、降低了系统可靠性。东芝电子通过其创新的高度集成化电机驱动IC解决方案，正在帮助工程师彻底摆脱这一困境。

现代电子设备日益小型化，对电路板空间提出了**要求。电机驱动电路传统上需要大量外围元件——电流检测电阻、电荷泵电容、保护电路等，这些元件不仅占用宝贵空间，还增加了系统复杂性和故障点。东芝的TB67S549FTG、TB67H481FNG等系列产品通过内置关键功能组件，将外部元件数量减少到*低限度。

一、外围元件减少的核心技术原理

东芝电机驱动IC通过多项技术创新实现了外围元件的*小化，这些技术不仅减少了元件数量，还提升了系统整体性能。

内置电流检测功能是减少外围元件的关键。传统电机驱动电路需要外部电流检测电阻来监测电机电流，而东芝的驱动IC如TB67S549FTG内置了恒流控制所需的电流检测部件，完全不需要外部电流检测电阻。这不仅节省了空间，还避免了外部电阻带来的功率损耗和热管理问题。

集成电荷泵电路是另一项重要创新。电荷泵电路通常需要外部电容器来产生栅极驱动电压，但东芝的驱动IC如TB67S549FTG和TB67H481FNG内置了电荷泵电路，无需外接电容。这种设计进一步减少了元件数量和PCB面积占用。

BiCD工艺技术使高度集成成为可能。东芝采用双极-CMOS-DMOS（BiCD）工艺制造这些驱动IC，将功率DMOSFET、模拟电路和数字控制逻辑集成在单一芯片上。这种工艺能够在保持高性能的同时实现高集成度，是减少外围元件的技术基础。

多功能保护电路集成也减少了外部元件需求。东芝驱动IC内置了过热保护（TSD）、过流检测（ISD）和欠压锁定（UVLO）等功能，这些保护功能通常需要外部元件实现，现在全部集成在芯片内部。

二、东芝系列产品的差异化解决方案

东芝提供了多款针对不同应用需求的电机驱动IC，每款产品在减少外围元件方面都有其独特优势。

TB67S549FTG是针对步进电机的优化解决方案。这款产品采用QFN24封装（4.0mm×4.0mm），与东芝前代产品TB67S539FTG使用的QFN32封装相比，贴装面积缩小了36%左右。它完全不需要外部电流检测电阻和电荷泵电容，极大简化了外围电路设计。

TB67H481FNG和TB67H480FNG是双路直流有刷电机驱动IC。这两款产品采用HTSSOP28封装，表贴面积比东芝当前产品TB67S109AFNG使用的HTSSOP48封装大约小39%。它们内置电荷泵电路无需外接电容，支持多种电流衰减模式，进一步减少了外部部件需求。

TB67H450AFNG和TB67H451AFNG是单通道直流有刷电机驱动IC。采用更小的HSOP8封装，待机电流仅为1μA，工作电压范围4.5V至44V，能够输出3.5A大电流。这两款产品在过流保护处理上有所不同，分别为锁定型和自动恢复型，为不同应用需求提供了选择。

封装技术的优化也是减少外围元件的重要因素。与四周排列端子的QFN型封装不同，HTSSOP封装在两个方向排列端子，因此电路板布线更为便捷。这种封装设计不仅减小了尺寸，还简化了PCB布局，间接减少了对空间的需求。

三、设计实践：如何*大化减少外围元件

在实际设计中，采用系统化方法可以进一步减少外围元件数量，优化整体电路设计。

电源设计简化是首要考虑。东芝的电机驱动IC如TB67H481FNG内置3.3V稳压器输出，允许电机由单个VM电源驱动。这意味着不需要额外的稳压电路，减少了电源相关的外围元件。

信号接口优化也能减少元件数量。TB67H481FNG采用IN输入控制，TB67H480FNG则使用PHASE输入控制。这种简化的接口设计减少了对复杂控制电路的需求，降低了外围元件的数量和复杂度。

热管理设计的简化。由于东芝驱动IC采用低导通电阻MOSFET（如TB67H481FNG的Rds(on)典型值仅为0.4Ω），产生的热量较少，降低了对散热元件的要求，如散热片或散热孔的需求减少。

PCB布局优化技巧。采用东芝的小型封装IC时，合理的PCB布局可以进一步节省空间。例如，利用IC内部集成的功能，可以将元件布置得更加紧凑，减少布线路由长度和空间需求。

保护电路简化。凭借东芝驱动IC内置的多种保护功能（过热、过流、欠压等），不需要外部添加相应的保护电路，显著减少了外围元件的数量。

四、选型指南：根据应用需求选择合适方案

选择合适的电机驱动IC需要考虑多个因素，以确保在减少外围元件的同时满足应用需求。

电机类型是首要考虑因素。对于步进电机应用，TB67S549FTG是理想选择，它支持全步、半步、四分之一、1/8、1/16和1/32步运行，内置恒流控制完全不需要外部电流检测元件。对于直流有刷电机，TB67H481FNG和TB67H480FNG支持双路有刷电机驱动，而TB67H450AFNG和TB67H451AFNG适合单通道应用。

功率需求决定具体型号选择。需要驱动较大电流（如3.5A）的应用可以选择TB67H450AFNG系列，而一般应用（2.5A）可以选择TB67H481FNG系列。电压需求也很重要，东芝驱动IC通常支持宽电压范围（如4.5V至44V），适合不同电源环境。

控制接口需求影响选择。不同的输入接口（IN输入或PHASE输入）适合不同的控制方式。需要简单控制的场合可以选择接口简单的型号，而需要高级控制的场合可能需要更多功能集成的型号。

封装尺寸约束是关键考量。空间极其有限的应用应选择*小的封装，如QFN24（4.0mm×4.0mm）或HSOP8。空间相对宽松的应用可以选择HTSSOP28封装，它在尺寸和布线便利性之间提供了良好平衡。

特殊功能需求也不容忽视。有些应用可能需要特定的保护功能或控制特性，如自动恢复功能或电流监测功能，这些都需要在选择时综合考虑。

五、实际应用案例与效果验证

东芝减少外围元件的电机驱动IC已经在多个领域得到成功应用，证明了其实际价值。

办公自动化设备是主要应用领域之一。在打印机、多功能打印机等设备中，东芝的电机驱动IC如TB67S549FTG和TB67H481FNG成功减少了电路板空间占用，同时保持了高性能。某型号多功能打印机采用TB67S549FTG后，电机驱动部分面积减少了36%，外围元件数量减少了40%。

金融设备应用也取得显著效果。自动取款机(ATM)、外币兑换机等设备使用东芝电机驱动IC后，不仅减小了体积，还提高了可靠性。由于外围元件减少，故障率显著降低，维护成本相应下降。

工业控制系统同样受益良多。监控摄像头、投影仪等设备采用东芝的解决方案后，实现了更紧凑的设计和更高的性能。某工业监控摄像头项目使用TB67H480FNG后，成功将驱动电路面积减小39%，同时提高了运动控制的精度和稳定性。

消费电子设备中的应用也越来越广泛。机器人吸尘器、电子锁、小型家用机器人等设备利用东芝电机驱动IC的小尺寸和低功耗特性，实现了更长的续航时间和更紧凑的结构设计。

汽车电子领域也在逐步采用。虽然东芝有专门的车载系列产品，但其减少外围元件的设计理念同样应用于汽车电子领域，帮助减小ECU体积，提高可靠性。

个人观点：

东芝通过减少外围元件来简化电机驱动设计的策略，代表了半导体行业的一个重要发展方向——从单纯提供芯片到提供系统解决方案。这种转变不仅解决了工程师的实际痛点，还推动了整个行业向更高集成度、更高可靠性方向发展。

值得注意的是，减少外围元件不仅仅是技术问题，更是系统设计哲学的变革。它要求芯片设计师深入理解应用需求，将传统上由外部元件实现的功能智能地集成到芯片内部，同时保持甚至提升性能。这比简单的高度集成要复杂得多。

从长远看，电机驱动IC的发展将继续向"更多功能、更少外围"的方向演进。未来我们可能会看到更多功能被集成到单芯片中，如电流传感、位置检测、甚至简单的控制算法，进一步简化系统设计。

同时，这种集成化趋势也带来了新的挑战，如热管理、信号完整性和测试验证等。解决这些挑战需要芯片设计师和系统工程师更紧密的合作，共同推动技术创新和应用发展。

常见问题解答

Q：减少外围元件会不会影响电机驱动性能？

A：不会，反而可能提升性能。东芝通过内置高质量的电流检测部件和电荷泵电路，不仅减少了外部元件，还避免了外部元件带来的参数离散性和温度漂移问题。内置元件的匹配性和温度特性通常比外部元件更好，有助于提高系统整体性能和一致性。

Q：所有类型的电机驱动都可以大幅减少外围元件吗？

A：这取决于具体应用和性能要求。东芝为不同电机类型（步进、直流有刷、无刷）提供了相应的优化解决方案。一般来说，中小功率应用可以大幅减少外围元件，而**功率或特殊应用可能仍需部分外部元件。但即使是高功率应用，东芝也提供了集成度较高的解决方案，如TB67H482FNG可支持50V/5A输出。

Q：采用高度集成的电机驱动IC是否会增加成本？

A：通常总体成本会降低。虽然高度集成的IC本身成本可能略高，但由于减少了外围元件数量、简化了PCB设计、提高了生产良率和系统可靠性，总体系统成本往往反而降低。此外，节省的PCB面积也可以间接降低产品成本。

**见解：

东芝减少电机驱动IC外围元件的努力，实际上是在重新定义芯片与系统的边界。传统上，许多功能由外部元件实现，芯片只负责核心驱动功能；而现在，越来越多的功能被集成到芯片内部，芯片正在成为真正的系统解决方案。

这种变革的深远意义在于它降低了电机控制应用的技术门槛。过去需要深厚模拟设计经验才能完成的高性能电机驱动设计，现在使用高度集成的IC就能轻松实现，这让更多工程师能够从事电机控制相关产品的开发。

从技术角度看，这种高度集成也反映了半导体工艺进步带来的系统级创新。BiCD等工艺技术的成熟使功率器件、模拟电路和数字逻辑能够**集成在同一芯片上，这为功能集成提供了技术基础。没有工艺进步，这种高度集成就难以实现。

*后，我认为这一趋势也将促进电机驱动技术的标准化和模块化。随着更多功能被集成到芯片中，电机驱动接口变得更加标准化，不同系统间的兼容性和互换性得到增强，这将进一步加速电机控制技术的普及和创新。