電機(jī)驅(qū)動芯片LMD18200原理及應(yīng)用
作者Email: yqs1799@tom.com
[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CMOS控制電路和DMOS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 峰值輸出電流高達(dá)6A，連續(xù)輸出電流達(dá)3A；
l 工作電壓高達(dá)55V；
l Low RDS(ON) typically 0.3W per switch；
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)145℃，結(jié)溫達(dá)170℃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
LMD18200外形結(jié)構(gòu)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：
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引腳 |
名稱 |
功能描述 |
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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 |
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2、10 |
H橋輸出端 |
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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。 |
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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）。 |
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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腳（方向輸入）如何使用，決定于PWM信號類型。 |
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6、7 |
電源正端與負(fù)端 |
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8 |
電流取樣輸出端 |
提供電流取樣信號，典型值為377 µA/A。 |
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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℃時，該端變?yōu)榈碗娖?；結(jié)溫達(dá)170℃時，芯片關(guān)斷。 |
表1 LMD18200邏輯真值表
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PWM |
轉(zhuǎn)向 |
剎車 |
實(shí)際輸出驅(qū)動電流 |
電機(jī)工作狀態(tài) |
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H |
H |
L |
流出1、流入2 |
正轉(zhuǎn) |
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H |
L |
L |
流入1、流出2 |
反轉(zhuǎn) |
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L |
× |
L |
流出1、流出2 |
停止 |
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H |
H |
H |
流出1、流出2 |
停止 |
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H |
L |
H |
流入1、流入2 |
停止 |
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L |
X |
H |
NONE |
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LMD18200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(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(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。
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。雙極性可逆系統(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(xiǎn)，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，輸出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)。
5、 結(jié)束語
電動機(jī)的數(shù)字控制是電動機(jī)控制的發(fā)展趨勢，用單片機(jī)對電動機(jī)進(jìn)行控制是實(shí)現(xiàn)電動機(jī)數(shù)字控制的最常用的手段。使用專門的電機(jī)控制芯片LMD18200可以減輕單片機(jī)負(fù)擔(dān)，工作更可靠。
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