电机驱动芯片LMD18200原理及应用

2007-03-09 19:03:27来源: 互联网
作者Email: yqs1799@tom.com [摘要] LMD18200是美国国家半导体公司(NS)推出的专用于直流电动机驱动的H桥组件。同一芯片上集成有CMOS控制电路和DMOS功率器件,利用它可以与主处理器、电机和增量型编码器构成一个完整的运动控制系统。LMD18200广泛应用于打印机、机器人和各种自动化控制领域。本文介绍了LMD18200芯片的结构、原理及其典型应用。 [关键词] LMD18200 MC68332 PWM 双极性驱动 单极性驱动 1、 主要性能 l 峰值输出电流高达6A,连续输出电流达3A; l 工作电压高达55V; l Low RDS(ON) typically 0.3W per switch; l TTL/CMOS兼容电平的输入; l 无 “shoot-through” 电流; l 具有温度报警和过热与短路保护功能; l 芯片结温达145℃,结温达170℃时,芯片关断; l 具有良好的抗干扰性。 2、 典型应用 l 驱动直流电机、步机电机 l 伺服机构系统位置与转速 l 应用于机器人控制系统 l 应用于数字控制系统 l 应用于电脑打印机与绘图仪 3、 内部结构和引脚说明 LMD18200外形结构如图1所示,内部电路框图2如图所示。它有11个引脚,采用TO-220和双列直插式封装。 各引脚的功能如下: 引脚 名称 功能描述 1、11 桥臂1,2的自举输入电容连接端 在脚1与脚2、脚10与脚11之间应接入10uF的自举电容 2、10 H桥输出端 3 方向输入端 转向时,输出驱动电流方向见表1。该脚控制输出1与输出2(脚2、10)之间电流的方向,从而控制马达旋转的方向。 4 刹车输入端 刹车时,输出驱动电流方向见表1。通过该端将马达绕组短路而使其刹车。刹车时,将该脚置逻辑高电平,并将PWM信号输入端(脚5)置逻辑高电平,3脚的逻辑状态决定于短路马达所用的器件。3脚为逻辑高电平时,H桥中2个高端晶体管导通;3脚呈逻辑低电平时,H桥中2个低端晶体管导通。脚4置逻辑高电平、脚5置逻辑低电平时,H桥中所有晶体管关断,此时,每个输出端只有很小的偏流(1.5mA)。 5 PWM信号输入端 PWM信号与驱动电流方向的关系见表1。该端与3脚(方向输入)如何使用,决定于PWM信号类型。 6、7 电源正端与负端 8 电流取样输出端 提供电流取样信号,典型值为377 %26;micro;A/A。 9 温度报警输出 温度报警输出,提供温度报警信号。芯片结温达145℃时,该端变为低电平;结温达170℃时,芯片关断。 表1 LMD18200逻辑真值表 PWM 转向 刹车 实际输出驱动电流 电机工作状态 H H L 流出1、流入2 正转 H L L 流入1、流出2 反转 L %26;#215; L 流出1、流出2 停止 H H H 流出1、流出2 停止 H L H 流入1、流入2 停止 L X H NONE LMD18200工作原理: 内部集成了四个DMOS管,组成一个标准的H型驱动桥。通过充电泵电路为上桥臂的2个开关管提供栅极控制电压,充电泵电路由一个300kHz左右的工作频率。可在引脚1、11外接电容形成第二个充电泵电路,外接电容越大,向开关管栅极输入的电容充电速度越快,电压上升的时间越短,工作频率可以更高。引脚2、10接直流电机电枢,正转时电流的方向应该从引脚步到引脚10;反转时电流的方向应该从引脚10到引脚2。电流检测输出引脚8可以接一个对地电阻,通过电阻来输出过流情况。内部保护电路设置的过电流阈值为10A,当超过该值时会自动封锁输出,并周期性的自动恢复输出。如果过电流持续时间较长,过热保护将关闭整个输出。过热信号还可通过引脚9输出,当结温达到145度时引脚9有输出信号。 4、 典型应用 LMD18200典型应用电路如图3所示。 LMD18200提供双极性驱动方式和单极性驱动方式。双极性驱动是指在一个PWM周期里,电动机电枢的电压极性呈正负变化。双极性可逆系统虽然有低速运行平稳性的优点,但也存在着电流波动大,功率损耗较大的缺点,尤其是必须增加死区来避免开关管直通的危险,限制了开关频率的提高,因此只用于中小功率直流电动机的控制。本文中将介绍单极性可逆驱动方式。单极性驱动方式是指在一个PWM周期内,电动机电枢只承受单极性的电压。 该应用电路是Motorola 68332CPU与LMD18200接口例子,它们组成了一个单极性驱动直流电机的闭环控制电路。在这个电路中,PWM控制信号是通过引脚5输入的,而转向信号则通过引脚3输入。根据PWM控制信号的占空比来决定直流电机的转速和转向。采用一个增量型光电编码器来反馈电动机的实际位置,输出AB两相,检测电机转速和位置,形成闭环位置反馈,从而达到精确控制电机。 5、 结束语 电动机的数字控制是电动机控制的发展趋势,用单片机对电动机进行控制是实现电动机数字控制的最常用的手段。使用专门的电机控制芯片LMD18200可以减轻单片机负担,工作更可靠。
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