基于LMD18200組件的直流電機驅動器的設計

2017-04-11 11:56:03 大云網　點擊量：評論 (0)

核心提示：　　小型機電一體化產品要求直流電機的驅動器既有較小的體積，又能提供較大的電流、電壓輸出。采用達林頓三級管搭制H橋實現PWM脈寬調制控制，由于分立器件各個元件的特性并不相同限制，調速性能并不太

核心提示：　　小型機電一體化產品要求直流電機的驅動器既有較小的體積，又能提供較大的電流、電壓輸出。采用達林頓三級管搭制H橋實現PWM脈寬調制控制，由于分立器件各個元件的特性并不相同限制，調速性能并不太好，而且電

　　小型機電一體化產品要求直流電機的驅動器既有較小的體積，又能提供較大的電流、電壓輸出。采用達林頓三級管搭制H橋實現PWM脈寬調制控制，由于分立器件各個元件的特性并不相同限制，調速性能并不太好，而且電路不能達到很高的穩定性。相比而言，采用美國國家半導體公司（NS）推出的專用于運動控制的H橋組件LMD18200T具有很大的好處。該芯片上集成有CMOS控制電路和DMOS功率器件峰值輸出電流高達6A連續輸出電流達3A，工作電壓高達55V還具有溫度報警和過熱與短路保護功能。

　　在具有非驅動關節機器人控制系統中，開發了基于LMD18200組件的直流伺服電機驅動器，并得到了很好的應用。

　　2運動控制的H橋組件LMD18200性能LMD18200%原理框圖見）是美國國家半導體公司生產的、用于電機驅動的功率集成芯片。它將4個DMOS管構成的H橋及其控制邏輯電路均包含在1個11腳的T-220封裝中其功能：額定電流3A峰值電流6A；電源電壓55V；功率晶體管導通電阻為0.3n！

　　；TL和CMOS兼容的控制信號輸2.1PWM信號類型①類型1PWM信號中既包含方向信息又包含幅值信息，0<占空比的PWM信號代表零電壓。使用時，該信號應加于方向輸入端（腳3），同時將PWM信號輸入端置邏輯高電平。②類型2分別由方向信號與幅值信號組成。幅值由PWM信號的占空比決定零脈沖時代表零電壓。在實際使用時腳3接方向信號輸入腳5接PWM信號。

　　2.2電流取樣和限流每輸出1A電流腳8輸出377nA取樣電流。

　　接在8腳與地之間的電阻將其轉化為電壓信號，該電壓幅值在5>8V之間時線性度與精度最佳。該端最高電壓為12V.電流取樣電路并不檢測反饋電流，僅檢測橋臂上端晶體管中的電流。LMD18200內部含有限流保護電路用于檢測器件中的浪涌電流，該電流接近10A時迅速關斷功率器件。器件關斷后保護電路周期性地重新試圖開通功率器件。一旦外界短路故障消失器件就恢復正常運行。由于短路將產生大量熱量，在實際使用時，LMD18200必須配備面積足夠大的散熱器同時芯片電源端（腳6）在PCB板上需要6.45cm2的銅箔。

　　2.3充電泵電路如所示，開通高端的DMOS管時，每個器件的柵極電壓應比電流取樣電壓約高8V.采用內部充電泵電路可獲取該電壓。利用內部700 8H：的振蕩器對內部自舉電容充電可獲得14V電壓，該驅動電壓的上升時間為20nS，可保證器件的開關頻率達18H：；開關頻率更高時可采用外部自舉電容，并由DMOS管對該自舉電容充電9橋輸出端與自舉端接入10nF外部電容可提供上升時間達10驅動電壓從而保證開關頻率達到5008H：。

　　2.4內部續流二極管及溫度報警H橋中的4個DMOS管都有續流（保護）二極管。高端續流二極管流過6A的反向電流時反向恢復時間為70n<反向恢復電流為1A；同樣條件下，低端續流二極管的反向恢復時間為100n<，反向恢復電流為4A.腳9為OC門輸出對多芯片使用可進行線與。該端通常接到系統控制器的中斷輸入，以便過熱時對系統采取適當措施。該端最高電壓為12V.號，該控制信號包拮PWM信號、方向信號和BRAKE信號。由于電機的控制信號直接由微機產生而直流電機的驅動電路直接引入24V的電壓如果電路發生問題電流會直接流入微機，對微機造成損害，所以所有的控制信號以及反饋信號必須由光電隔離器件進行隔離，使電機驅動電路同電機控制卡芫全隔離開。即使電路出現問題，也不會對整個系統造成很大的損害。控制系統的框圖如所示。

　　控制系統框圖同時，由于控制中PWM信號的頻率達到15.6 8H：，這對于光電隔離器件來說是比較高的，普通的光電隔離器件如TIL117等并不能應用。從光電隔離器件輸入PWM信號矩形波，在光電隔離器件的輸出端只能得到梯形波，并不能實現準確的PWM控制。故選用了高速光隔6N177.高速光電耦合器6N177由磷砷化鉀發光二極管和光敏集成檢測電路組成。通過光敏二級管接收信號并經內部高增益線性放大器把信號放大后，由集電極開路門輸出。該光電器件高、低電平傳輸延遲時間短典型值僅為48n<，已接近TTL電路傳輸延遲時間的水平，因而在傳輸速度上芫全能夠滿足要求。除此之外，N177還具有一個控制端通過對該端的控制，可使光耦輸出端呈現高阻狀態。

　　4結束語該直流電機驅動器在具有非驅動關節機器人控制系統中得到了很好的應用驅動器由于采用了LMD18200功率集成電路，所用器件減少<驅動器的體積減小，同時可靠性大為提高。這類驅動器廣泛應用于工業控制、辦公自動化設備、儀器儀表以及自動化專業的教學試驗系統中。3驅動器電路設計在具有非驅動關節的機器人控制系統中，通過基于PCI總線的精密電機運動控制卡下發控制信