基于LMD18200的直流电机驱动电路设计

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....... ### 基于LMD18200的直流电机驱动电路设计 #### LMD18200概述 LMD18200是由美国国家半导体公司（NS）推出的一款专用于运动控制的高性能H桥集成电路。它在同一芯片上集成了CMOS控制电路和DMOS功率器件，能够实现对直流电机的有效驱动。该器件的最大特点是能够提供高达6A的峰值输出电流，连续输出电流可达3A，工作电压范围宽广，最高可达55V。此外，LMD18200还内置了温度报警和过热与短路保护功能，这些特性使其非常适合应用于位置控制、速度控制等领域，尤其是在工业机器人和各种数控设备中。 #### 主要特点 1. **连续输出电流**：3A，峰值电流可达6A，适用于多种电机负载需求。 2. **工作电压范围**：高达55V，覆盖了广泛的应用场景。 3. **PWM控制支持**：可通过输入PWM信号实现电机的速度调节。 4. **方向控制**：可通过输入的方向控制信号改变电机的旋转方向。 5. **兼容性**：可接受TTL或CMOS以及它们兼容的输入控制信号，便于与其他电子元件配合使用。 6. **双极型和单极型控制**：能够灵活适应不同的电机控制策略。 7. **过热报警和保护**：内置过热报警输出和自动关断保护电路，提高系统的安全性和可靠性。 8. **防桥臂直通**：内部设计避免了H桥上下桥臂同时导通的情况，保护了功率管不被短路损坏。 9. **低导通电阻**：典型值仅为0.3Ω，减少了功率损耗。 #### 内部结构与原理 LMD18200内部集成了四个DMOS管，形成了一个标准的H型驱动桥。这种结构使得它可以高效地驱动直流电机。为了确保上桥臂的两个开关管能够正常工作，LMD18200内部还包含了一个充电泵电路，该电路可以在300kHz左右的频率下工作，使得充电泵电容可以充至大约14V，适合1kHz左右的工作频率。用户还可以在外接电容的情况下形成第二个充电泵电路，这样可以加快开关管栅极的充电速度，提高整体的工作频率。 #### 工作原理详解 1. **PWM信号输入**： - 类型1：PWM信号中包含了方向信息和幅值信息，其中50%的占空比代表零电压。使用时，该信号应加于方向输入端（脚3），同时将PWM信号输入端置为逻辑高电平。 - 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。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。通过接在8脚与地之间的电阻可以将其转换为电压信号，该电压信号在5～8V之间时，线性度与精度最佳。 3. **温度报警标志**： - 该端口（9脚）为OC门输出，可用于多芯片之间的连线。当温度过高时，可以通过该端口向系统控制器发送中断信号，以便采取相应的保护措施。 4. **限流保护**： - LMD18200内部含有限流保护电路，当检测到接近10A的浪涌电流时，会迅速关断功率器件，以防止过载损坏。 5. **充电泵电路**： - 开通高端的DMOS管时，需要一个比电流取样电压高出约8V的栅极电压。LMD18200通过内部充电泵电路来获取这一电压，利用内部300kHz的振荡器对内部自举电容充电，可以得到4V的驱动电压。 6. **内部续流二极管**： - H桥中的四个DMOS管都内置有续流二极管，这些二极管在反向电流流过时可以快速恢复，减少了能量损失，提高了效率。 #### 封装及管脚说明 LMD18200采用了T-220封装，共有多个管脚，其中关键管脚的功能如下： - **11脚**：桥臂1、2的自举输入电容连接端，需要在脚1与脚2、脚10与脚11之间接入10nF的自举电容。 - **10脚**：H桥输出端。 - **3脚**：方向输入端，用于控制输出1与输出2（脚2、10）之间电流的方向，从而控制电机旋转的方向。 - **4脚**：刹车输入端，通过此端口可以实现电机的刹车功能。 LMD18200是一款性能强大且功能全面的直流电机驱动芯片，它的高度集成化和多种保护机制使得其成为许多需要精确电机控制应用的理想选择。