基于LMD18200的直流电机驱动电路设计.pdf-资料库

基于 LMD18200 的直流电机驱动电路设计基于LMD18200的直流电机驱动电路设计 ——2012.05.08 LMD18200 是美国国家半导体公司(NS)推出的专用于运动控制的H桥组件。同一芯片上集成有CMOS 控制电路和DMOS 功率器件, 峰值输出电流高达6A ,连续输出电流达3A ,工作电压高达55V ,还具有温度报警和过热与短路保护功能。主要应用于位置控制、速度控制、工业机器人和各种数控设备都需要直流电机和步进电机。其功能如下： ★连续输出电流3A，峰值电流6A,，工作电压高达55V; ★可通过输入的PWM信号实现PWM控制； ★可通过输入的方向控制信号实现转向控制； ★可以接受TTL或CMOS以及它们兼容的输入控制信号； ★可以实现直流电动机的双极型和单极型控制； ★内设过热报警输出和自动关断保护电路； ★内设防桥臂直通电路； ★低导通电阻，典型值0.3欧 LMD18200的原理图如下图所示。其内部集成了四个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左右的振荡器控制，使充电泵电容可以充至14V左右，典型上升时间是20us，适于1KHz左右的频率。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2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，通过电阻来检测输出过流情况。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。 LMD18200内部原理图 Make by 客家人 YouDream_

基于 LMD18200 的直流电机驱动电路设计基本工作原理 1、PWM 信号类型 LMD18200 可采用两种不同类型的PWM信号。类型: PWM 信号中既包含方向信息又包含幅值信息, 50 %占空比的PWM 信号代表零电压。使用时, 该信号应加于方向输入端(脚3) ,同时将PWM 信号输入端置逻辑高电平。类型2 :分别由方向信号与幅值信号组成。幅值由PWM 信号的占空比决定, 零脉冲时代表零电压。使用时, 脚3 接方向信号输入, 脚5接PWM 信号。 2、电流取样每输出1A 电流, 脚8 输出377nA 的取样电流。接在8 脚与地之间的电阻将其转化为电压信号, 该电压幅值在5～8V 之间时, 线性度与精度最佳。该端最高电压为12V。电流取样电路并不检测反馈电流, 仅检测桥臂上端晶体管中的电流。 3、温度报警标志该端(9 脚)为OC门输出,对多芯片使用可进行线与。该端通常接到系统控制器的中断输入, 以便过热时对系统采取适当措施。该端最高电压为12V 。 5、充电泵电路 4、限流 LMD18200 内部含有限流保护电路。该电路检测器件中的浪涌电流, 该电流接近10A时,迅速关断功率器件。器件关断后,保护电路周期性的重新试图开通功率器件。一旦外界短路故障消失, 器件就能够恢复正常运行。由于短路将产生大量热量, 因此, 实际使用时,LM18200 必须配备面积足够大的散热器, 同时,为了散热,芯片电源端VCC (脚6) 在PCB 板上需要1 平方英寸的铜箔。如图3 所示, 开通高端的DMOS 管时, 每个器件的栅极电压应比电流取样电压约高8V 。采用内部充电泵电路可获取该电压。利用内部300kHz 的振荡器对内部自举电容充电可获得4V 电压, 该驱动电压的上升时间为20ns , 可保证器件的开关频率达1kHz ; 开关频率更高时, 可采用外部自举电容, 并由DMOS管对该自举电容充电, H 桥输出端与自举端接入10nF 外部电容, 可提供上升时间达 100ns的驱动电压,从而保证开关频率达到500kHz 。向电流时,反向恢复时间为70ns ,反向恢复电流为1A。同样条件下, 低端续流二极管的反向恢复时间为100ns ,反向恢复电流为4A 。 6、内部续流二极管 H桥中四个DMOS 管都有续流(保护) 二极管, 高端续流二极管流过6A 的反 Make by 客家人 YouDream_

基于 LMD18200 的直流电机驱动电路设计封装及管脚说明： LMD18200 的 T-220 封装如右。各引脚功能如下： 1、11 脚: 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10nF 的自举电容。 2、10脚:H 桥输出端。 3 脚: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 脚: 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,脚3 的逻辑状态决定于短路马达所用器件。3脚为逻辑高电平时,H 桥中两个高端晶体管导通。3脚呈逻辑低电平时, H 桥中两个低端晶体管导通。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) 。脚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(DIRECTION)如何使用, 决定于PWM 信号类型。 6、7 脚:电源正端与负端。 8 脚: 电流取样输出端, 提供电流取样信号。 9 脚: 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。 LMD18200提供双极性和单极性驱动方式。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 Make by 客家人 YouDream_

基于 LMD18200 的直流电机驱动电路设计内,电动机电枢只承受单极性的电压。这两种方式下的输入接法如下：对于双极性驱动方式，PWM控制信号通过引脚3输入。根据PWM控制信号的占空比来决定直流电动机的转速和转向。当占空比为50%时，输出平均电压为0，电动机不转；当占空比大于50%时，输出平均电压大于0，电动机正转；当占空比小于50%时，输出平均电压小于0，电动机反转。双极性驱动方式波形如下：双极性驱动波形图 Make by 客家人 YouDream_

基于 LMD18200 的直流电机驱动电路设计对于单极性驱动方式，PWM控制信号是通过引脚5输入的，而转向输入信号则通过引脚3输入。根据PWM控制信号的占空比来决定直流电动机的转速，而由引脚 3控制电机的转向。单极性驱动方式波形如下：单极性驱动波形 Make by 客家人 YouDream_

基于 LMD18200 的直流电机驱动电路设计附网上流传的一闭环控制电路如下：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。 Make by 客家人 YouDream_

基于 LMD18200 的直流电机驱动电路设计最后介绍我自己设计的单极性开环系统的控制电路，如下图所示：该电路基于单片机控制系统，带电源指示、电机转速、转向可调、抗干扰能力强，最大输出电流 3A(瞬间峰值电流 6A），可单独控制一台直流电机。下面对电路作简要说明：电源部分：直流电机驱动电压为 12V，由于使用 IL1117 的关系，最大电机驱动电压不能超过 15V；采用 IL1117 将 12V 电源降低到 5V 以供光耦使用；光电耦合器部分：采用光耦对单片机控制信号和电机驱动信号进行隔离。同时由于 PWM 控制信号的频率较高，故采用高速光耦 6N317。 Make by 客家人 YouDream_

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