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電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片LMD18200原理及應(yīng)用
[摘要]LMD18200是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司(NS)推出的專(zhuān)用于直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)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(gè)完整的運(yùn)動(dòng)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(dòng)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]LMD18200MC68332PWM雙極性驅(qū)動(dòng)單極性驅(qū)動(dòng)
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；
lLowRDS(ON)typically0.3Wperswitch；
lTTL/CMOS兼容電平的輸入；
l無(wú)“shoot-through”電流；
l具有溫度報(bào)警和過(guò)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(shí)，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(dòng)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(shuō)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(gè)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(chēng)
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(shí)，輸出驅(qū)動(dòng)電流方向見(jiàn)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(chē)輸入端
剎車(chē)時(shí)，輸出驅(qū)動(dòng)電流方向見(jiàn)表1。通過(guò)該端將馬達(dá)繞組短路而使其剎車(chē)。剎車(chē)時(shí)，將該腳置邏輯高電平，并將PWM信號(hào)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(shí)，H橋中2個(gè)高端晶體管導(dǎo)通；3腳呈邏輯低電平時(shí)，H橋中2個(gè)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(shí)，H橋中所有晶體管關(guān)斷，此時(shí)，每個(gè)輸出端只有很小的偏流（1.5mA）。
5
PWM信號(hào)輸入端
PWM信號(hào)與驅(qū)動(dòng)電流方向的關(guān)系見(jiàn)表1。該端與3腳（方向輸入）如何使用，決定于PWM信號(hào)類(lèi)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(hào)，典型值為377µA/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(hào)。芯片結(jié)溫達(dá)145℃時(shí)，該端變?yōu)榈碗娖�；結(jié)溫達(dá)170℃時(shí)，芯片關(guān)斷。
表1LMD18200邏輯真值表
PWM
轉(zhuǎn)向
剎車(chē)
實(shí)際輸出驅(qū)動(dòng)電流
電機(jī)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(gè)DMOS管，組成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的H型驅(qū)動(dòng)橋。通過(guò)充電泵電路為上橋臂的2個(gè)開(kāi)關(guān)管提供柵極控制電壓，充電泵電路由一個(gè)300kHz左右的工作頻率。可在引腳1、11外接電容形成第二個(gè)充電泵電路，外接電容越大，向開(kāi)關(guān)管柵極輸入的電容充電速度越快，電壓上升的時(shí)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(shí)電流的方向應(yīng)該從引腳步到引腳10；反轉(zhuǎn)時(shí)電流的方向應(yīng)該從引腳10到引腳2。電流檢測(cè)輸出引腳8可以接一個(gè)對(duì)地電阻，通過(guò)電阻來(lái)輸出過(guò)流情況。內(nèi)部保護(hù)電路設(shè)置的過(guò)電流閾值為10A，當(dāng)超過(guò)該值時(shí)會(huì)自動(dòng)封鎖輸出，并周期性的自動(dòng)恢復(fù)輸出。如果過(guò)電流持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，過(guò)熱保護(hù)將關(guān)閉整個(gè)輸出。過(guò)熱信號(hào)還可通過(guò)引腳9輸出，當(dāng)結(jié)溫達(dá)到145度時(shí)引腳9有輸出信號(hào)。
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(dòng)方式和單極性驅(qū)動(dòng)方式。雙極性驅(qū)動(dòng)是指在一個(gè)PWM周期里，電動(dòng)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(dòng)大，功率損耗較大的缺點(diǎn)，尤其是必須增加死區(qū)來(lái)避免開(kāi)關(guān)管直通的危險(xiǎn)，限制了開(kāi)關(guān)頻率的提高，因此只用于中小功率直流電動(dòng)機(jī)的控制。本文中將介紹單極性可逆驅(qū)動(dòng)方式。單極性驅(qū)動(dòng)方式是指在一個(gè)PWM周期內(nèi),電動(dòng)機(jī)電樞只承受單極性的電壓。
該應(yīng)用電路是Motorola68332CPU與LMD18200接口例子，它們組成了一個(gè)單極性驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)的閉環(huán)控制電路。在這個(gè)電路中，PWM控制信號(hào)是通過(guò)引腳5輸入的，而轉(zhuǎn)向信號(hào)則通過(guò)引腳3輸入。根據(jù)PWM控制信號(hào)的占空比來(lái)決定直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向。采用一個(gè)增量型光電編碼器來(lái)反饋電動(dòng)機(jī)的實(shí)際位置，輸出AB兩相，檢測(cè)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(yǔ)
電動(dòng)機(jī)的數(shù)字控制是電動(dòng)機(jī)控制的發(fā)展趨勢(shì)，用單片機(jī)對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制是實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)數(shù)字控制的最常用的手段。使用專(zhuān)門(mén)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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