电机驱动芯片LMD18200原理及应用_传感与控制论文
[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 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145℃，结温达170℃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
lmd18200外形结构如图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。
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、脚10与脚11之间应接入10uf的自举电容 |
2、10 | h桥输出端 | |
3 | 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 | 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）。 |
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 µa/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145℃时，该端变为低电平；结温达170℃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 |
h | h | l | 流出1、流入2 | 正转 |
h | l | l | 流入1、流出2 | 反转 |
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：
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
lmd18200典型应用电路如图3所示。
lmd18200提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周期内,电动机电枢只承受单极性的电压。
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。
5、 结束语
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。