微型直流電機驅動器的設計
富歷新 董 春 相 欣（哈爾濱工業大學機器人研究所150001）
【摘 要】采用lmd18200功率集成電路設計直流電機驅動器，輸出電流2a，輸出電壓30v，驅動器體積僅為110mm×72mm×30mm，文中討滄了驅動器工作的兩種方式，并給出實現這些方式的電路設計。
【敘 詞】直流電動機驅動電路運動控制集成電路
l 引 言
在一些小型機電一體化設備中，要求電機驅動器有較小的體積，但能提供較大的電流、電壓輸出。本文提出一種采用lmd18200功率集成器件設計的pwm直流電機驅動器，其額定輸出電流達到2a，額定輸出電壓30v，pwm開關頻率25khz，可由ttl電平的pwm脈沖與方向信號或±sv范圍內的直流電壓控制電機轉速，其體積僅為：110mm×72mm×30mm。適合驅動多種類型的小型直流伺服電機，以構成伺服系統或調速系統。
2 lmd18200性能簡介
lmd18200（其原理方框圖見圖1）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，其功能如下：
(1)額定電流3a，峰值電流6a。
(2)電源電壓55v。
(3)功率晶體管導通電阻rds為0.3ω。
(4)ttl和cmos兼容的控制信號輸入。
(5)內含防橋臂單側直通電路。
(6)芯片過熱報警輸出和自動關斷。
圖2a為雙極性工作方式。在這種工作方式中，單個的pwm信號接入lmd18200的dir端子，由pwm信號的占空比大小控制電機的轉向和轉速，當占空比為百分之50時，uab電壓的平均值為零，電機靜止；當占空比為百分之75時，uab平均值大于零，電機正轉；當占空比為百分之25時，uab的平均值小于零，電機反轉。
圖2b為單極性工作方式。在這種工作方式中，pwm脈沖信號接在lmd18200的pwm端，而方向信號接在dir端，pwm端脈沖信號的占空比決定電機轉速，而dir端(7)內部的充電泵電路提供橋路上臂兩管的柵極電壓。
3 兩種控制方式
lmd18200提供雙極性方式（也稱反向鎖定控制）和單極性方式（也稱方向／脈寬控制）兩種工作方式。圖2為這兩種工作方式下開關的接通狀況和理想的波形圖。的電平高低決定電機轉向。
4驅動器電路設計
圖3為所設計的驅動囂電路原理圖，所設計的驅動器有如下幾個特點：
(1)為適應不同的控制信號，可充分利用lmd18200提供的兩種工作方式。如果控制器能提供pwm和dir信號，則使驅動器工作在單極性方式，這樣構成的系統為全數字式，避免了模擬電壓的溫漂和噪聲干擾等不利影響，如果控制器僅能提供直流電壓信號，則驅動器中將其轉換為pwm信號，使驅動器工作在雙極性方式。兩種工作方式可由跳線端子w1、w0自由選擇，當wl和w0的2、3端相連時，驅動器工作在單極性方式；1、2端相連時工作在雙極性方式。此時，a端子為一由圖4電路產生的pwm信號。
(2)由一個四運放器件lf347實現模擬電壓到pwm信號的轉換，詳見圖4。
圖4中運算放大器2和3構成三角波發生器，給定的±5v內直流電壓v。經放大器放大后與三角波比較，運算放大器4實現三角波到pwm方波的轉換，pwm信號的頻率由電容c決定v。的幅值和極性不同將在比較器輸出端產生占空比不同的方波。
(3)當驅動器工作在單極性方式時，為避免驅動器對控制器造成干擾，對pwm、dir和使能端ena都采用了光耦器件作為隔離，光耦的二極管一側用控制器提供的5v電壓，三極管側由一個dc-dc變換器提供電源電壓。
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