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1、电机驱动芯片LMD18200原理及应用摘要LMD18200是美国国家半导体公司(NS)推出的专用于直流电动机驱动的H桥组件。同一芯片上集成有 CMOS!制电路和DMO助率器件，利用它可以与主处理器、电机和增量型编码器构成一个完整的运动控制系统。LMD18200广泛应用于打印机、机器人和各种自动化控制领域。本文介绍了LMD18200芯片的结构、原理及其典型应用。关键词LMD18200 MC68332 PWM双极性驱动 单极性驱动1、 主要性能l峰值输出电流高达 6A,连续输出电流达 3A;l 工作电压高达55V;l Low RDS(ON) typically 0.3W per switch ;l
2、 TTL/CMOS兼容电平的输入；l 无 shoot - through ” 电流；l具有温度报警和过热与短路保护功能；l芯片结温达145C,结温达170c时，芯片关断;l具有良好的抗干扰性。2、 典型应用l驱动直流电机、步机电机l伺服机构系统位置与转速l应用于机器人控制系统l应用于数字控制系统l应用于电脑打印机与绘图仪3、内部结构和引脚说明LMD1820矽卜形结木史!口图1所示，内部电路框图 2如图所示。它有11个引脚，采用TO-220和双列直插式封装。J自举2温度报警输出 二。电流取样输出 接地=心电源 PoSl 入 n刹车输入 方向输入n输出1自举I自举 输出1A -方向A - 制车A
3、-PWA-VsA- sB - 信号地E - 电流输出E- 温度报萼B- 输出2B - 自举2B -0 12 12 3 4-5678 9111胃32109875543 _? ot Cm oj oi 1* 1* 1* 111* 1* 1*一自举温一输出2A温度报警A电流输出A一信号地也一电源姬A一电源地B-PWMB一刹车E一方向B 一输出1B 一百举IB24-Lead双冽直插式封装图1 LMD18201外形结构图曷度报警输出自举1*出1Vs输出2自举27温度检测欠压封锁过流检眄图2 LMD1820口内部电路框图各引脚的功能如下:引脚名称功能描述1、11桥臂1, 2的自举输入电容连接端在脚1与脚2、
4、脚10与脚11之间应接入10uF的自举电容2、10H桥输出端3力向输入端转向时，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，3脚的逻辑状态决定于短 路马达所用的器件。3脚为逻辑高电平时，H桥中2个高端 晶体管导通；3脚呈逻辑低电平时，H桥中2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）。5PWM彳百号输入端
5、PWM彳百号与驱动电流方向的关系见表1。该端与3脚（方向输入）如何使用，决定于 PWM信号类型。6、7电源正端与负端8电流取样输出端提供电流取样信号，典型值为377 A/A。9温度报警输出温度报警输出，提供温度报警信号。芯片结温达145c时，该端变为低电平；结温达 170c时，芯片关断。表1 LMD18200逻辑真值表PWM转向刹车实际输出驱动电流电机工作状态HHL流出1、流入2正转HLL流入1、流出2反转LXL流出1、流出2停止HHH流出1、流出2停止HLH流入1、流入2停止LXHNONELMD18200工作原理：内部集成了四个 DMO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
6、2个开关管提供栅极控制电压，充电泵电路由一个300kHz左右的工作频率。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，向开关管栅极输人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步到引脚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。4、 典型应用L
7、MD1820颂型应用电路如图 3所示iriDIR0JT1 1mirij lOmF+3V|Kt IK 9Vcc BoQtSl 如即 Boot5 ；!J_CurrtntSO中坦nFBrake：|珈 0UT2 5-1iro 人增量式光电编四黑UIDLZliJ图3采用LMD1X2O口单极性驱动电动机的实际应用电路LMD1820谯供双极性驱动方式和单极性驱动方式。双极性驱动是指在一个 PWM5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
8、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 PW蜩期内，电动机电枢只承受单极性的电压。该应用电路是 Motorola 68332CPU与LMD1820魄口例子，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，PW雌制信号是通过引脚 5输入的，而转向信号则通过引脚3输入。根据PW雌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。方向 5M 1D工3)正转反转GIEjLmnr电机速度：SLOW uccnju FASTCUIWENT FLOWS fROU OUTPUT I 10 (W1PVT 2MJLRTirLTTULSLW MIDIUU FASTAYCWkGE CJRffLHl FLOWS FROMWTPUT 2 TO OLlPur 15、 结束语图4单极性驱动方式下的理想波形电动机的数字控制是电动机控制的发展趋势，用单片机对电动机进行控制是实现电动机数字控制的最常用的手段。使用专门的电机控制芯片LMD18200可以减轻单片机负担，工作更可靠。