基于LMD18200的直流電機驅(qū)動電路設(shè)計

1、LMD18200 是美國國家半導(dǎo)體公司(NS推出的專用于運動控制的H橋組件。同一芯片上集成有CMOS 控制電路和DMOS 功率器件, 峰值輸出電流高達6A ,連續(xù)輸出電流達3A ,工作電壓高達55V ,還具有溫度報警和過熱與短路保護功能。主要應(yīng)用于位置控制、速度控制、工業(yè)機器人和各種數(shù)控設(shè)備都需要直流電機和步進電機。其功能如下:連續(xù)輸出電流3A,峰值電流6A,工作電壓高達55V;可通過輸入的PWM信號實現(xiàn)PWM控制;可通過輸入的方向控制信號實現(xiàn)轉(zhuǎn)向控制;可以接受TTL或CMOS以及它們兼容的輸入控制信號;可以實現(xiàn)直流電動機的雙極型和單極型控制;內(nèi)設(shè)過熱報警輸出和自動關(guān)斷保護電路;內(nèi)設(shè)防橋臂直通

2、電路;LMD18200的原理圖如下圖所示。其內(nèi)部集成了四個DMOS管,組成一個標(biāo)準的H型驅(qū)動橋。通過充電泵電路為上橋臂的2個開關(guān)管提供柵極控制電壓,充電泵電路由一個300kHz左右的振蕩器控制,使充電泵電容可以充至14V左右,典型上升時間是20us,適于1KHz左右的頻率。可在引腳1、11外接電容形成第二個充電泵電路,外接電容越大,向開關(guān)管柵極輸入的電容充電速度越快,電壓上升的時間越短,工作頻率可以更高。引腳 2、10接直流電機電樞,正轉(zhuǎn)時電流的方向應(yīng)該從引腳2到引腳10,反轉(zhuǎn)時電流的方向應(yīng)該從引腳10到引腳2。電流檢測輸出引腳8可以接一個對地電阻,通過電阻來檢測輸出過流情況。內(nèi)部保護電路設(shè)置

3、的過電流閾值為10A,當(dāng)超過該值時會自動封鎖輸出,并周期性的自動恢復(fù)輸出。如果過電流持續(xù)時間較長,過熱保護將關(guān)閉整個輸出。過熱信號還可通過引腳9輸出,當(dāng)結(jié)溫達到145度時引腳9有輸出信號。 LMD18200內(nèi)部原理圖基本工作原理1、PWM 信號類型LMD18200 可采用兩種不同類型的PWM信號。類型: PWM 信號中既包含方向信息又包含幅值信息, 50 %占空比的PWM 信號代表零電壓。使用時, 該信號應(yīng)加于方向輸入端(腳3 ,同時將PWM 信號輸入端置邏輯高電平。類型2 :分別由方向信號與幅值信號組成。幅值由PWM 信號的占空比決定, 零脈沖時代表零電壓。使用時, 腳3 接方向信號輸入,

4、腳5接PWM 信號。2、電流取樣每輸出1A 電流, 腳8 輸出377nA 的取樣電流。接在8 腳與地之間的電阻將其轉(zhuǎn)化為電壓信號, 該電壓幅值在58V 之間時, 線性度與精度最佳。該端最高電壓為12V。電流取樣電路并不檢測反饋電流, 僅檢測橋臂上端晶體管中的電流。3、溫度報警標(biāo)志該端(9 腳為OC門輸出,對多芯片使用可進行線與。該端通常接到系統(tǒng)控制器的中斷輸入, 以便過熱時對系統(tǒng)采取適當(dāng)措施。該端最高電壓為12V 。4、限流LMD18200 內(nèi)部含有限流保護電路。該電路檢測器件中的浪涌電流, 該電流接近10A時,迅速關(guān)斷功率器件。器件關(guān)斷后,保護電路周期性的重新試圖開通功率器件。一旦外界短路故

5、障消失, 器件就能夠恢復(fù)正常運行。由于短路將產(chǎn)生大量熱量, 因此, 實際使用時,LM18200 必須配備面積足夠大的散熱器, 同時,為了散熱,芯片電源端VCC (腳6 在PCB 板上需要1 平方英寸的銅箔。5、充電泵電路如圖3 所示, 開通高端的DMOS 管時, 每個器件的柵極電壓應(yīng)比電流取樣電壓約高8V 。采用內(nèi)部充電泵電路可獲取該電壓。利用內(nèi)部300kHz 的振蕩器對內(nèi)部自舉電容充電可獲得4V 電壓, 該驅(qū)動電壓的上升時間為20ns , 可保證器件的開關(guān)頻率達1kHz ; 開關(guān)頻率更高時, 可采用外部自舉電容, 并由DMOS管對該自舉電容充電, H 橋輸出端與自舉端接入10nF 外部電容,

6、 可提供上升時間達100ns的驅(qū)動電壓,從而保證開關(guān)頻率達到500kHz 。6、內(nèi)部續(xù)流二極管H橋中四個DMOS 管都有續(xù)流(保護 二極管, 高端續(xù)流二極管流過6A 的反向電流時,反向恢復(fù)時間為70ns ,反向恢復(fù)電流為1A。同樣條件下, 低端續(xù)流二極管的反向恢復(fù)時間為100ns ,反向恢復(fù)電流為4A 。 封裝及管腳說明: LMD18200的T-220封裝如右。各引腳功能如下:1、11 腳: 橋臂1、2 的自舉輸入電容連接端, 在腳1 與腳2、腳10 與腳11 之間應(yīng)接入10nF 的自舉電容。2、10腳:H 橋輸出端。3 腳:方向輸入端。轉(zhuǎn)向時,輸出驅(qū)動電流方向見表1 ,該腳控制輸出1 與輸出

7、2 (腳2、10 之間電流的方向, 從而控制馬達旋轉(zhuǎn)的方向。4 腳: 剎車輸入端。剎車時, 輸出驅(qū)動電流方向見表1 , 通過該端將馬達繞組短路而使其剎車。剎車時, 將該腳置邏輯高電平, 并將PWM 信號輸入端(腳5置邏輯高電平,腳3 的邏輯狀態(tài)決定于短路馬達所用器件。3腳為邏輯高電平時,H 橋中兩個高端晶體管導(dǎo)通。3腳呈邏輯低電平時, H 橋中兩個低端晶體管導(dǎo)通。腳4 置邏輯高電平,腳5 置邏輯低電平時,H 橋中所有晶體管關(guān)斷, 此時, 每個輸出端只有很小的偏流(1. 5mA 。腳5 : PWM信號輸入端。PWM信號與驅(qū)動電流方向的關(guān)系見表1, 該端與3(DIRECTION如何使用, 決定于P

8、WM 信號類型。6、7 腳:電源正端與負端。8 腳: 電流取樣輸出端, 提供電流取樣信號。9 腳: 溫度報警輸出。提供溫度報警信號,芯片結(jié)溫達145 時, 該端變?yōu)榈碗娖? 結(jié)溫達170 時,芯片關(guān)斷。 LMD18200提供雙極性和單極性驅(qū)動方式。雙極性驅(qū)動是指在一個PWM周期里,電動機電樞的電壓極性呈正負變化。雙極性可逆系統(tǒng)雖然有低速運行平穩(wěn)性的優(yōu)點,但也存在著電流波動大,功率損耗較大的缺點,尤其是必須增加死區(qū)來避免開關(guān)管直通的危險,限制了開關(guān)頻率的提高,因此只用于中小功率直流電動機的控制。本文中將介紹單極性可逆驅(qū)動方式。單極性驅(qū)動方式是指在一個PWM周期內(nèi),電動機電樞只承受單極性的電壓。這

9、兩種方式下的輸入接法如下:對于雙極性驅(qū)動方式,PWM控制信號通過引腳3輸入。根據(jù)PWM控制信號的占空比來決定直流電動機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向。當(dāng)占空比為50%時,輸出平均電壓為0,電動機不轉(zhuǎn);當(dāng)占空比大于50%時,輸出平均電壓大于0,電動機正轉(zhuǎn);當(dāng)占空比小于50%時,輸出平均電壓小于0,電動機反轉(zhuǎn)。雙極性驅(qū)動方式波形如下: 雙極性驅(qū)動波形圖對于單極性驅(qū)動方式,PWM控制信號是通過引腳5輸入的,而轉(zhuǎn)向輸入信號則通過引腳3輸入。根據(jù)PWM控制信號的占空比來決定直流電動機的轉(zhuǎn)速,而由引腳3控制電機的轉(zhuǎn)向。單極性驅(qū)動方式波形如下: 單極性驅(qū)動波形基于 LMD18200 的直流電機驅(qū)動電路設(shè)計 附網(wǎng)上流傳的一閉環(huán)

10、控制電路如下： 該應(yīng)用電路是 Motorola 68332CPU 與 LMD18200 接口例子，它們組成了一個單極 性驅(qū)動直流電機的閉環(huán)控制電路。在這個電路中，PWM 控制信號是通過引腳 5 輸 入的， 而轉(zhuǎn)向信號則通過引腳 3 輸入。根據(jù) PWM 控制信號的占空比來決定直流電 機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向。采用一個增量型光電編碼器來反饋電動機的實際位置，輸出 AB 兩相，檢測電機轉(zhuǎn)速和位置，形成閉環(huán)位置反饋，從而達到精確控制電機。 Make by 客家人 YouDream_ 基于 LMD18200 的直流電機驅(qū)動電路設(shè)計 最后介紹我自己設(shè)計的單極性開環(huán)系統(tǒng)的控制電路，如下圖所示： 該電路基于單片機控制系統(tǒng)，帶電源指示、電機轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向可調(diào)、抗干擾能 力強，最大輸出電流 3A(瞬間峰值電流 6A） ，可單獨控制一臺直流電機。下面對 電路作簡要說明： 電源部分： 直流電機驅(qū)動電壓為 12V， 由于使用 IL1117 的關(guān)系，最大電機驅(qū)動電壓不能 超過 15V；采用 I