基于LMD18200组件的直流电机驱动器的设计

2017-04-11 11:56:03 大云网　点击量：评论 (0)

核心提示：　　小型机电一体化产品要求直流电机的驱动器既有较小的体积，又能提供较大的电流、电压输出。采用达林顿三级管搭制H桥实现PWM脉宽调制控制，由于分立器件各个元件的特性并不相同限制，调速性能并不太

核心提示：　　小型机电一体化产品要求直流电机的驱动器既有较小的体积，又能提供较大的电流、电压输出。采用达林顿三级管搭制H桥实现PWM脉宽调制控制，由于分立器件各个元件的特性并不相同限制，调速性能并不太好，而且电

　　小型机电一体化产品要求直流电机的驱动器既有较小的体积，又能提供较大的电流、电压输出。采用达林顿三级管搭制H桥实现PWM脉宽调制控制，由于分立器件各个元件的特性并不相同限制，调速性能并不太好，而且电路不能达到很高的稳定性。相比而言，采用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LMD18200T具有很大的好处。该芯片上集成有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。

　　在具有非驱动关节机器人控制系统中，开发了基于LMD18200组件的直流伺服电机驱动器，并得到了很好的应用。

　　2运动控制的H桥组件LMD18200性能LMD18200%原理框图见）是美国国家半导体公司生产的、用于电机驱动的功率集成芯片。它将4个DMOS管构成的H桥及其控制逻辑电路均包含在1个11脚的T-220封装中其功能：额定电流3A峰值电流6A；电源电压55V；功率晶体管导通电阻为0.3n！

　　；TL和CMOS兼容的控制信号输2.1PWM信号类型①类型1PWM信号中既包含方向信息又包含幅值信息，0<占空比的PWM信号代表零电压。使用时，该信号应加于方向输入端（脚3），同时将PWM信号输入端置逻辑高电平。②类型2分别由方向信号与幅值信号组成。幅值由PWM信号的占空比决定零脉冲时代表零电压。在实际使用时脚3接方向信号输入脚5接PWM信号。

　　2.2电流取样和限流每输出1A电流脚8输出377nA取样电流。

　　接在8脚与地之间的电阻将其转化为电压信号，该电压幅值在5>8V之间时线性度与精度最佳。该端最高电压为12V.电流取样电路并不检测反馈电流，仅检测桥臂上端晶体管中的电流。LMD18200内部含有限流保护电路用于检测器件中的浪涌电流，该电流接近10A时迅速关断功率器件。器件关断后保护电路周期性地重新试图开通功率器件。一旦外界短路故障消失器件就恢复正常运行。由于短路将产生大量热量，在实际使用时，LMD18200必须配备面积足够大的散热器同时芯片电源端（脚6）在PCB板上需要6.45cm2的铜箔。

　　2.3充电泵电路如所示，开通高端的DMOS管时，每个器件的栅极电压应比电流取样电压约高8V.采用内部充电泵电路可获取该电压。利用内部700 8H：的振荡器对内部自举电容充电可获得14V电压，该驱动电压的上升时间为20nS，可保证器件的开关频率达18H：；开关频率更高时可采用外部自举电容，并由DMOS管对该自举电容充电9桥输出端与自举端接入10nF外部电容可提供上升时间达10驱动电压从而保证开关频率达到5008H：。

　　2.4内部续流二极管及温度报警H桥中的4个DMOS管都有续流（保护）二极管。高端续流二极管流过6A的反向电流时反向恢复时间为70n<反向恢复电流为1A；同样条件下，低端续流二极管的反向恢复时间为100n<，反向恢复电流为4A.脚9为OC门输出对多芯片使用可进行线与。该端通常接到系统控制器的中断输入，以便过热时对系统采取适当措施。该端最高电压为12V.号，该控制信号包拮PWM信号、方向信号和BRAKE信号。由于电机的控制信号直接由微机产生而直流电机的驱动电路直接引入24V的电压如果电路发生问题电流会直接流入微机，对微机造成损害，所以所有的控制信号以及反馈信号必须由光电隔离器件进行隔离，使电机驱动电路同电机控制卡芫全隔离开。即使电路出现问题，也不会对整个系统造成很大的损害。控制系统的框图如所示。

　　控制系统框图同时，由于控制中PWM信号的频率达到15.6 8H：，这对于光电隔离器件来说是比较高的，普通的光电隔离器件如TIL117等并不能应用。从光电隔离器件输入PWM信号矩形波，在光电隔离器件的输出端只能得到梯形波，并不能实现准确的PWM控制。故选用了高速光隔6N177.高速光电耦合器6N177由磷砷化钾发光二极管和光敏集成检测电路组成。通过光敏二级管接收信号并经内部高增益线性放大器把信号放大后，由集电极开路门输出。该光电器件高、低电平传输延迟时间短典型值仅为48n<，已接近TTL电路传输延迟时间的水平，因而在传输速度上芫全能够满足要求。除此之外，N177还具有一个控制端通过对该端的控制，可使光耦输出端呈现高阻状态。

　　4结束语该直流电机驱动器在具有非驱动关节机器人控制系统中得到了很好的应用驱动器由于采用了LMD18200功率集成电路，所用器件减少<驱动器的体积减小，同时可靠性大为提高。这类驱动器广泛应用于工业控制、办公自动化设备、仪器仪表以及自动化专业的教学试验系统中。3驱动器电路设计在具有非驱动关节的机器人控制系统中，通过基于PCI总线的精密电机运动控制卡下发控制信