電機驅(qū)動芯片LMD18200原理及應用

　　[摘要]LMD18200是美國國家半導體公司(NS)推出的專用于直流電動機驅(qū)動的H橋組件。同一芯片上集成有CMOS控制電路和DMOS功率器件，利用它可以與主處理器、電機和增量型編碼器構成一個完整的運動控制系統(tǒng)。LMD18200廣泛應用于打印機、機器人和各種自動化控制領域。本文介紹了LMD18200芯片的結構、原理及其典型應用。
　　[關鍵詞]LMD18200MC68332PWM雙極性驅(qū)動單極性驅(qū)動
　　
　　1、主要性能
　　
　　l峰值輸出電流高達6A，連續(xù)輸出電流達3A；
　　l工作電壓高達55V；
　　lLowRDS(ON)typically0.3Wperswitch；
　　lTTL/CMOS兼容電平的輸入；
　　l無“shoot-through”電流；
　　l具有溫度報警和過熱與短路保護功能；
　　l芯片結溫達145℃，結溫達170℃時，芯片關斷；
　　l具有良好的抗干擾性。
　　
　　2、典型應用
　　
　　l驅(qū)動直流電機、步機電機
　　l伺服機構系統(tǒng)位置與轉速
　　l應用于機器人控制系統(tǒng)
　　l應用于數(shù)字控制系統(tǒng)
　　l應用于電腦打印機與繪圖儀
　　
　　3、內(nèi)部結構和引腳說明
　　
　　LMD18200外形結構如圖1所示，內(nèi)部電路框圖2如圖所示。它有11個引腳,采用TO-220和雙列直插式封裝。
　　
　　
　　
　　
　　
　　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之間應接入10uF的自舉電容
　　
　　2、10
　　
　　H橋輸出端
　　
　　
　　
　　3
　　
　　方向輸入端
　　
　　轉向時，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，從而控制馬達旋轉的方向。
　　
　　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個高端晶體管導通；3腳呈邏輯低電平時，H橋中2個低端晶體管導通。腳4置邏輯高電平、腳5置邏輯低電平時，H橋中所有晶體管關斷，此時，每個輸出端只有很小的偏流（1.5mA）。
　　
　　5
　　
　　PWM信號輸入端
　　
　　PWM信號與驅(qū)動電流方向的關系見表1。該端與3腳（方向輸入）如何使用，決定于PWM信號類型。
　　
　　6、7
　　
　　電源正端與負端
　　
　　
　　
　　8
　　
　　電流取樣輸出端
　　
　　提供電流取樣信號，典型值為377µA/A。
　　
　　9
　　
　　溫度報警輸出
　　
　　溫度報警輸出，提供溫度報警信號。芯片結溫達145℃時，該端變?yōu)榈碗娖�；結溫達170℃時，芯片關斷。
　　
　　
　　表1LMD18200邏輯真值表
　　
　　
　　
　　PWM
　　
　　轉向
　　
　　剎車
　　
　　實際輸出驅(qū)動電流
　　
　　電機工作狀態(tài)
　　
　　H
　　
　　H
　　
　　L
　　
　　流出1、流入2
　　
　　正轉
　　
　　H
　　
　　L
　　
　　L
　　
　　流入1、流出2
　　
　　反轉
　　
　　L
　　
　　×
　　
　　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：
　　
　　內(nèi)部集成了四個DMOS管，組成一個標準的H型驅(qū)動橋。通過充電泵電路為上橋臂的2個開關管提供柵極控制電壓，充電泵電路由一個300kHz左右的工作頻率�？稍谝�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，正轉時電流的方向應該從引腳步到引腳10；反轉時電流的方向應該從引腳10到引腳2。電流檢測輸出引腳8可以接一個對地電阻，通過電阻來輸出過流情況。內(nèi)部保護電路設置的過電流閾值為10A，當超過該值時會自動封鎖輸出，并周期性的自動恢復輸出。如果過電流持續(xù)時間較長，過熱保護將關閉整個輸出。過熱信號還可通過引腳9輸出，當結溫達到145度時引腳9有輸出信號。
　　
　　4、典型應用
　　
　　LMD18200典型應用電路如圖3所示。
　　
　　
　　
　　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)來避免開關管直通的危險，限制了開關頻率的提高，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。
　　
　　該應用電路是Motorola68332CPU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速和轉向。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，檢測電機轉速和位置，形成閉環(huán)位置反饋，從而達到精確控制電機。
　　
　　
　　
　　5、結束語
　　
　　電動機的數(shù)字控制是電動機控制的發(fā)展趨勢，用單片機對電動機進行控制是實現(xiàn)電動機數(shù)字控制的最常用的手段。使用專門的電機控制芯片LMD18200可以減輕單片機負擔，工作更可靠。
　　
　　
　　
　　
　　

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