電機驅(qū)動芯片LMD18200原理及應(yīng)用

時間：2004-12-08 08:31:00

關(guān)鍵字：電機驅(qū)動驅(qū)動芯片 LMD18200 BSP

手機看文章

掃描二維碼
隨時隨地手機看文章

[導(dǎo)讀]本文介紹了LMD18200芯片的結(jié)構(gòu)、原理及其典型應(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(gòu)成一個完整的運動控制系統(tǒng)。LMD18200廣泛應(yīng)用于打印機、機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6A，連續(xù)輸出電流達3A；
l 工作電壓高達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 具有溫度報警和過熱與短路保護功能；
l 芯片結(jié)溫達145℃，結(jié)溫達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、步機電機
l 伺服機構(gòu)系統(tǒng)位置與轉(zhuǎn)速
l 應(yīng)用于機器人控制系統(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：

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、10	H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(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）。
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。
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377 µA/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(jié)溫達145℃時，該端變?yōu)榈碗娖?；結(jié)溫達170℃時，芯片關(guān)斷。

表1 LMD18200邏輯真值表

PWM	轉(zhuǎn)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(zhuǎn)
H	L	L	流入1、流出2	反轉(zhuǎn)
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(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。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)部保護電路設(shè)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(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，當結(jié)溫達到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。

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。