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電機驅(qū)動芯片LMD18200原理及應(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]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(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(jié)溫達145℃時,該端變?yōu)榈碗娖;結(jié)溫達170℃時,芯片關(guān)斷。
表1LMD18200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(biāo)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?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(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(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。
5、結(jié)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(dān),工作更可靠。
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