直流电机功率驱动芯片及其应用集锦

SA60和LMD18245分别是美国Apex公司和NS公司推出的面向中小型直流电机的全桥功率输出电路。它们既具有在外接少量元件的情况下实现电机的功率驱动、控制以及提供保护等功能的共性,又具有各自特色。下面就其引脚、功能特点及其典型应用作一个介绍。

　　两芯片的主要性能参数及其特点

　　SA60的性能参数及应用范围

　　SA60的是一个PWM型功率输出芯片,电路提供给电机的电源电压最大可达到80V,能连续向负载提供10A的电流。最大模拟输入电压5V,PWM载波频率可以到250kHz,而效率可以高达97%,该芯片还可以外接一个可兼容的TTL型的PWM的信号来同步四象限模式的幅值和方向。SA60主要应用在驱动中小型直流电机,D类功率放大,轴承激励等场合。

　　LMD18245的性能参数及应用范围

　　LMD18245芯片可为电机提供最大55V的电源电压,逻辑电路电压12V,最大持续电流输出3A,峰值电流可达6A,最小输入脉冲宽度2μS,电流传感器最大线性误差±9%。与SA60一样,该功率输出级具有很高的效率。由于在
芯片中集成了四位D/A转换器和电机电流传感器、固定切断时间的斩波放大器等电路,所以LMD18254很容易完成对电机电流的数字控制,实现步进电机的微步驱动。因此,该芯片主要用于小型直流电机特别是步进电机的控制和驱动上。

　引脚及其功能
　
外形

SA60和LMD18245的外形封装如图1。

　　　　　　　　　　　　　　

内部电路框及各引脚功能

　SA60各引脚功能

　　　　　　　　　　　
　　SA60的内部结构框如图2所示。电路共有12个引脚,其中10、7两脚分别是H桥和PWM及桥的驱动级电源端;9、11为功率信号输出端,其输出波形与输入信号的关系是:9脚输出PWM信号的占空比随输入信号电压的增加而增大,11脚却反之;1、6脚为接地端,前者是模拟接地端,后者是功率接地端;8、12端可以直接接功率地,也可以通过一个电阻接地,作为限流感用,该端的电压最大值为±2V;2、4两端分别是模拟和数字控制信号的输入端。

　　LMD18245各引脚功能

　　LMD18245的内部结构框图如图3所示。9脚是电源端;1、15脚功率桥的输出端;12、5脚分别是信号地和功率电路接地端;4、6、7、8是D/A转换器的二进制数据输入端,其中4脚为二进制数的最高位;10脚是紧急停止控制端,高电平有效;11脚为方向逻辑输入端;3脚上联接一个并联的RC网络,可将单稳脉冲宽度设置为:1.1RC秒。此外,该芯片还提供了电流传感器放大输出端(13脚),比较信号输出端(2脚),和数模转换参考电压输入端(14脚)。
　　　　　　　　　　　

　　芯片的应用实例

　　虽然这两个芯片都是开关式全桥功率驱动电路,由于内部结构的不同,工作方式也不尽相同,所以在作为电机控制电路时,电路的工作方式也各有特点。图4是SA60驱动直流电动机时的典型接线图,在该图中芯片被联接成模拟输入方式,在数字输入端(2脚)与模拟地之间联接一个电容器CT,改变它的大小,可以调整PWM载波的频率在22～250kHz之间变化的。
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　　虽说LDM18245的持续电流输出的指标还不足SA60的三分之一,但在控制方式上有它灵活方便的一面,采用不同的联接方式可以实现电机的不同的控制方式,获得不同的控制性能,图5是用双极性输出方式驱动直流电机的实例。其中固定斩波时间为1.1RC;电流传感电阻RW参考公式:
　　　　　　　　　　
　　计算,其中UREF是D/A转换电路的参考电压,D为D/A转换电路的输入电压值,IS为电机电流的最大设定值。与SA60不同,在LMD18245芯片中没有PWM电路,想通过PWM的占空比来控制电机的转速和转向,需要外接控制器,联接方法如图中所示。

　　应用时的注意事项

　　在实际使用这两种芯片时必须注意如下几个事项。一是在电源端和功率地端必须接旁路电容,否则由于电机电流跳变或换向引起的尖峰电压和浪涌电流会使芯片损坏。具体的做法是在芯片的电源端并联一个1μF的高频陶瓷电容和一个100μF的铝电解电容,并注意联接线要尽量的短。二是在布线时注意将模拟地和功率地严格分开,注意控制信号输入线和功率信号输出线保持距离,以免反馈、干扰。
　　小结

　　这两款功率输出芯片都具有输出电流大、工作效率高、电路设计简便、体积小巧、性能稳定等特点。所以它们的应用范围远不止上述所谈到的几种,就SA60以及它的同系列产品SA50、51芯片来说,作为D类音频功率输出电路已有应用,这类功率输出装置功率之高是传统模拟音频功率输出级所望尘莫及。