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電機驅動芯片LMD18200原理及應用
[摘要]LMD18200是美國國家半導體公司(NS)推出的專用于直流電動機驅動的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成一個完整的運動控制系統。LMD18200廣泛應用于打印機、機器人和各種自動化控制領域。本文介紹了LMD18200芯片的結構、原理及其典型應用。[關鍵詞]LMD18200MC68332PWM雙極性驅動單極性驅動
1、主要性能
l峰值輸出電流高達6A，連續輸出電流達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芯片結溫達145℃，結溫達170℃時，芯片關斷；
l具有良好的抗干擾性。
2、典型應用
l驅動直流電機、步機電機
l伺服機構系統位置與轉速
l應用于機器人控制系統
l應用于數字控制系統
l應用于電腦打印機與繪圖儀
3、內部結構和引腳說明
LMD18200外形結構如圖1所示，內部電路框圖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之間應接入10uF的自舉電容
2、10
H橋輸出端
3
方向輸入端
轉向時，輸出驅動電流方向見表1。該腳控制輸出1與輸出2（腳2、10）之間電流的方向，從而控制馬達旋轉的方向。
4
剎車輸入端
剎車時，輸出驅動電流方向見表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個高端晶體管導通；3腳呈邏輯低電平時，H橋中2個低端晶體管導通。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信號與驅動電流方向的關系見表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。芯片結溫達145℃時，該端變為低電平；結溫達170℃時，芯片關斷。
表1LMD18200邏輯真值表
PWM
轉向
剎車
實際輸出驅動電流
電機工作狀態
H
H
L
流出1、流入2
正轉
H
L
L
流入1、流出2
反轉
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：
內部集成了四個DMOS管，組成一個標準的H型驅動橋。通過充電泵電路為上橋臂的2個開關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。可在引腳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，正轉時電流的方向應該從引腳步到引腳10；反轉時電流的方向應該從引腳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。內部保護電路設置的過電流閾值為10A，當超過該值時會自動封鎖輸出，并周期性的自動恢復輸出。如果過電流持續時間較長，過熱保護將關閉整個輸出。過熱信號還可通過引腳9輸出，當結溫達到145度時引腳9有輸出信號。
4、典型應用
LMD18200典型應用電路如圖3所示。
LMD18200提供雙極性驅動方式和單極性驅動方式。雙極性驅動是指在一個PWM周期里，電動機電樞的電壓極性呈正負變化。雙極性可逆系統雖然有低速運行平穩性的優點，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來避免開關管直通的危險，限制了開關頻率的提高，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動方式。單極性驅動方式是指在一個PWM周期內,電動機電樞只承受單極性的電壓。
該應用電路是Motorola68332CPU與LMD18200接口例子，它們組成了一個單極性驅動直流電機的閉環控制電路。在這個電路中，PWM控制信號是通過引腳5輸入的，而轉向信號則通過引腳3輸入。根據PWM控制信號的占空比來決定直流電機的轉速和轉向。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，檢測電機轉速和位置，形成閉環位置反饋，從而達到精確控制電機。
5、結束語
電動機的數字控制是電動機控制的發展趨勢，用單片機對電動機進行控制是實現電動機數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，工作更可靠。
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