微型直流电机驱动器的设计
富历新 董 春 相 欣（哈尔滨工业大学机器人研究所150001）
【摘 要】采用lmd18200功率集成电路设计直流电机驱动器，输出电流2a，输出电压30v，驱动器体积仅为110mm×72mm×30mm，文中讨沧了驱动器工作的两种方式，并给出实现这些方式的电路设计。
【叙 词】直流电动机驱动电路运动控制集成电路
l 引 言
在一些小型机电一体化设备中，要求电机驱动器有较小的体积，但能提供较大的电流、电压输出。本文提出一种采用lmd18200功率集成器件设计的pwm直流电机驱动器，其额定输出电流达到2a，额定输出电压30v，pwm开关频率25khz，可由ttl电平的pwm脉冲与方向信号或±sv范围内的直流电压控制电机转速，其体积仅为：110mm×72mm×30mm。适合驱动多种类型的小型直流伺服电机，以构成伺服系统或调速系统。
2 lmd18200性能简介
lmd18200（其原理方框图见图1）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，其功能如下：
(1)额定电流3a，峰值电流6a。
(2)电源电压55v。
(3)功率晶体管导通电阻rds为0.3ω。
(4)ttl和cmos兼容的控制信号输入。
(5)内含防桥臂单侧直通电路。
(6)芯片过热报警输出和自动关断。
图2a为双极性工作方式。在这种工作方式中，单个的pwm信号接入lmd18200的dir端子，由pwm信号的占空比大小控制电机的转向和转速，当占空比为百分之50时，uab电压的平均值为零，电机静止；当占空比为百分之75时，uab平均值大于零，电机正转；当占空比为百分之25时，uab的平均值小于零，电机反转。
图2b为单极性工作方式。在这种工作方式中，pwm脉冲信号接在lmd18200的pwm端，而方向信号接在dir端，pwm端脉冲信号的占空比决定电机转速，而dir端(7)内部的充电泵电路提供桥路上臂两管的栅极电压。
3 两种控制方式
lmd18200提供双极性方式（也称反向锁定控制）和单极性方式（也称方向／脉宽控制）两种工作方式。图2为这两种工作方式下开关的接通状况和理想的波形图。的电平高低决定电机转向。
4驱动器电路设计
图3为所设计的驱动嚣电路原理图，所设计的驱动器有如下几个特点：
(1)为适应不同的控制信号，可充分利用lmd18200提供的两种工作方式。如果控制器能提供pwm和dir信号，则使驱动器工作在单极性方式，这样构成的系统为全数字式，避免了模拟电压的温漂和噪声干扰等不利影响，如果控制器仅能提供直流电压信号，则驱动器中将其转换为pwm信号，使驱动器工作在双极性方式。两种工作方式可由跳线端子w1、w0自由选择，当wl和w0的2、3端相连时，驱动器工作在单极性方式；1、2端相连时工作在双极性方式。此时，a端子为一由图4电路产生的pwm信号。
(2)由一个四运放器件lf347实现模拟电压到pwm信号的转换，详见图4。
图4中运算放大器2和3构成三角波发生器，给定的±5v内直流电压v。经放大器放大后与三角波比较，运算放大器4实现三角波到pwm方波的转换，pwm信号的频率由电容c决定v。的幅值和极性不同将在比较器输出端产生占空比不同的方波。
(3)当驱动器工作在单极性方式时，为避免驱动器对控制器造成干扰，对pwm、dir和使能端ena都采用了光耦器件作为隔离，光耦的二极管一侧用控制器提供的5v电压，三极管侧由一个dc-dc变换器提供电源电压。
|
