1、电机驱动芯片 LMD18200 原理及应用 摘要 LMD18200 是美国国家半导体公司(NS)推出的专用于直流电动机驱动的 H 桥组件。同一芯片上集成有 CMOS 控制电路和 DMOS 功率器件，利用它可以与主处理器、电机和增量型编码器构成一个完整的运动控制系统。LMD18200 广泛应用于打印机、机器人和各种自动化控制领域。本文介绍了 LMD18200 芯片的结构、原理及其典型应用。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
2、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
3、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
4、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 A/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
5、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
6、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
7、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。
