電機(jī)驅(qū)動芯片LMD18200原理及應(yīng)用

1、電機(jī)驅(qū)動芯片LMD18200原理及應(yīng)用摘要LMD18200是美國國家半導(dǎo)體公司(NS)推出的專用于直流電動機(jī)驅(qū)動的 H橋組件。同一芯片上集成有 CMO控制 電路和DMO功率器件，利用它可以與主處理器、電機(jī)和增量型編碼器構(gòu)成一個完整的運(yùn)動控制系統(tǒng)。LMD18200廣泛應(yīng)用于打印機(jī)、機(jī)器人和各種自動化控制領(lǐng)域。本文介紹了 LMD18200芯片的結(jié)構(gòu)、原理及其典型應(yīng)用。關(guān)鍵詞LMD18200 MC68332 PWM雙極性驅(qū)動 單極性驅(qū)動1、主要性能l峰值輸岀電流高達(dá) 6A，連續(xù)輸岀電流達(dá) 3A;l 工作電壓高達(dá)55V;I Low RDS(ON) typically 0.3W per switch ;

2、l TTL/CMOS兼容電平的輸入；l 無 “shoot - through ” 電流；l具有溫度報(bào)警和過熱與短路保護(hù)功能；l芯片結(jié)溫達(dá)145C，結(jié)溫達(dá)170C時，芯片關(guān)斷;l具有良好的抗干擾性。2、典型應(yīng)用l驅(qū)動直流電機(jī)、步機(jī)電機(jī)l伺服機(jī)構(gòu)系統(tǒng)位置與轉(zhuǎn)速l應(yīng)用于機(jī)器人控制系統(tǒng)l應(yīng)用于數(shù)字控制系統(tǒng)l應(yīng)用于電腦打印機(jī)與繪圖儀3、內(nèi)部結(jié)構(gòu)和引腳說明11-LED TO-誥0封裝自舉2輸出2溫度抿警輸岀 電涼取樣輸岀 接地加電源PlOlSiA 剎軍侖入 古由輸入 輸出1 自舉1自舉1A 一 輸出1A 方向A 制車A PWA- VsA ¥sB 一| 信號地B H 電流輸出輸出藥- 自舉曲一0

3、12123456 7 8 9 11132109876543 _? Cm oj oi 1* 1* J1111* 1* 1*-自舉紐 一輸出泌-鳳度報(bào)警A -電流輸岀A 一信號地A-電 4jS±£a-電源地B一 PWfflB-剝車B 一方向B_輸出1B一旨舉1B24-Lead孜列直插式封裝圏1LMD18200外形結(jié)枸圖啟度報(bào)警輸出99溫度檢測 欠壓封鎖 過流檢列輸入邏輯電路自舉1鬻岀i Vs輸岀2自舉2O接地7圏2 LMD18200內(nèi)部電路框圖各引腳的功能如下:引腳名稱功能描述1、11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10uF的自舉電容2、1

4、0H橋輸出端3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2（腳2、10）之間電流的方向，從而控制馬達(dá)旋轉(zhuǎn)的方向。4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(dá)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，3腳的邏輯狀態(tài)決定于短 路馬達(dá)所用的器件。3腳為邏輯高電平時，H橋中2個高端 晶體管導(dǎo)通；3腳呈邏輯低電平時，H橋中2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 ）。5PWM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

5、腳（方向輸入）如何使用，決定于 PWM信號類型。6、7電源正端與負(fù)端8電流取樣輸出端提供電流取樣信號，典型值為377 A/A。9溫度報(bào)警輸出溫度報(bào)警輸出，提供溫度報(bào)警信號。芯片結(jié)溫達(dá)145 C時，該端變?yōu)榈碗娖?；結(jié)溫達(dá)170 C時，芯片關(guān)斷。表1 LMD18200邏輯真值表PWM轉(zhuǎn)向剎車實(shí)際輸出驅(qū)動電流電機(jī)工作狀態(tài)HHL流出1、流入2正轉(zhuǎn)HLL流入1、流出2反轉(zhuǎn)LXL流出1、流出2停止HHH流出1、流出2停止HLH流入1、流入2停止LXHNONELMD18200工作原理：內(nèi)部集成了四個 DMOS管，組成一個標(biāo)準(zhǔn)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

6、300kHz左右的工作頻率?？稍谝_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(jī)電樞，正轉(zhuǎn)時電流的方向應(yīng)該從引腳步到引腳10;反轉(zhuǎn)時電流的方向應(yīng)該從引腳10到引腳2。電流檢測輸岀引腳 8可以接一個對地電阻，通過電阻來輸岀過流情況。內(nèi)部保護(hù)電路設(shè)置的過電流閾值為10A，當(dāng)超過該值時會自動封鎖輸岀，并周期性的自動恢復(fù)輸岀。如果過電流持續(xù)時間較長，過熱保護(hù)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(dá)到145度時引腳9有輸出信號。4、典型應(yīng)用LMD18200典型應(yīng)用電路如圖 3所示iriTf

7、STM直涼伺服電機(jī)DIRFWM0UT1+38Vp能IKVCCTherm alFDBoctS21110KCurrtntSO BrakeGSDCUT2C2ID10nF：0nFX7UDLftZk 叮TFO増晝式光電編期器rTF1 B圖3采用LMD1或(E單極性驅(qū)動電動機(jī)前實(shí)際應(yīng)甲電路LMD18200提供雙極性驅(qū)動方式和單極性驅(qū)動方式。雙極性驅(qū)動是指在一個 PWM周期里，電動機(jī)電樞的電壓極性呈正負(fù)變化極性可逆系統(tǒng)雖然有低速運(yùn)行平穩(wěn)性的優(yōu)點(diǎn)，但也存在著電流波動大，功率損耗較大的缺點(diǎn)，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(jī)的控制。本文中將介紹單極性可

8、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(jī)電樞只承受單極性的電壓。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(jī)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(jī)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(jī)的實(shí)際位置，輸岀AB兩相，檢測電機(jī)轉(zhuǎn)速和位置，形成閉環(huán)位置反饋，從而達(dá)到精確控制電機(jī)。方內(nèi) 5V 13)正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)GIm (pin 5):MJLfV MJ1_RTr匸ifITLirrn.電機(jī)速度:FASTAVERAff CUIWENT FLOWS fROUOUTPUT I 10 (WlPtH 2AVERAGE CURRCHI FLOWS