兩款直流電機(jī)功率驅(qū)動(dòng)芯片及其應(yīng)用

　　隨著功率電子技術(shù)的飛速發(fā)展,直流電機(jī)的功率驅(qū)動(dòng)集成電路也越來(lái)越多,它們具有效率高、輸出電流大、需要外接的元件少等特點(diǎn)。本文介紹SA60 以及LMD18245 這兩種芯片的引腳功能、特點(diǎn)及其各自的應(yīng)用。

　　SA60 和LMD18245 分別是美國(guó)Apex 公司和NS 公司推出的面向中小型直流電機(jī)的全橋功率輸出電路。它們既具有在外接少量元件的情況下實(shí)現(xiàn)電機(jī)的功率驅(qū)動(dòng)、控制以及提供保護(hù)等功能的共性,又具有各自特色。下面就其引腳、功能特點(diǎn)及其典型應(yīng)用作一個(gè)介紹。

　　兩芯片的主要性能參數(shù)及其特點(diǎn)

　　SA60 的性能參數(shù)及應(yīng)用范圍

　　SA60 的是一個(gè)PWM 型功率輸出芯片, 電路提供給電機(jī)的電源電壓最大可達(dá)到80V , 能連續(xù)向負(fù)載提供10A 的電流。最大模擬輸入電壓5V , PWM載波頻率可以到250kHz , 而效率可以高達(dá)97 %, 該芯片還可以外接一個(gè)可兼容的TTL 型的PWM 的信號(hào)來(lái)同步四象限模式的幅值和方向。SA60 主要應(yīng)用在驅(qū)動(dòng)中小型直流電機(jī),D 類功率放大,軸承激勵(lì)等場(chǎng)合。

　　LMD18245 的性能參數(shù)及應(yīng)用范圍

　　LMD18245 芯片可為電機(jī)提供最大55V 的電源電壓,邏輯電路電壓12V ,最大持續(xù)電流輸出3A ,峰值電流可達(dá)6A ,最小輸入脈沖寬度2μS ,電流傳感器最大線性誤差±9 %。與SA60 一樣, 該功率輸出級(jí)具有很高的效率。由于在芯片中集成了四位D/ A轉(zhuǎn)換器和電機(jī)電流傳感器、固定切斷時(shí)間的斬波放大器等電路, 所以LMD18254 很容易完成對(duì)電機(jī)電流的數(shù)字控制,實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的微步驅(qū)動(dòng)。因此,該芯片主要用于小型直流電機(jī)特別是步進(jìn)電機(jī)的控制和驅(qū)動(dòng)上。

　　引腳及其功能

　　外形

　　SA60 和LMD18245 的外形封裝如圖1。

　　內(nèi)部電路框及各引腳功能

　　SA60 各引腳功能

　　SA60 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框如圖2 所示。電路共有12個(gè)引腳,其中10、7 兩腳分別是H 橋和PWM 及橋的驅(qū)動(dòng)級(jí)電源端; 9、11 為功率信號(hào)輸出端, 其輸出波形與輸入信號(hào)的關(guān)系是:9 腳輸出PWM 信號(hào)的占空比隨輸入信號(hào)電壓的增加而增大,11 腳卻反之; 1、6腳為接地端, 前者是模擬接地端, 后者是功率接地端;8、12 端可以直接接功率地, 也可以通過(guò)一個(gè)電阻接地,作為限流感用,該端的電壓最大值為±2V ;2、4 兩端分別是模擬和數(shù)字控制信號(hào)的輸入端。

　　LMD18245 各引腳功能

　　LMD18245 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖3 所示。9 腳是電源端; 1、15 腳功率橋的輸出端; 12、5 腳分別是信號(hào)地和功率電路接地端; 4、6、7、8 是D/ A 轉(zhuǎn)換器的二進(jìn)制數(shù)據(jù)輸入端, 其中4 腳為二進(jìn)制數(shù)的最高位;10 腳是緊急停止控制端,高電平有效; 11 腳為方向邏輯輸入端;3 腳上聯(lián)接一個(gè)并聯(lián)的RC 網(wǎng)絡(luò),可將單穩(wěn)脈沖寬度設(shè)置為: 1. 1 RC 秒。此外, 該芯片還提供了電流傳感器放大輸出端(13 腳) ,比較信號(hào)輸出端(2 腳) ,和數(shù)模轉(zhuǎn)換參考電壓輸入端(14 腳) 。

　　芯片的應(yīng)用實(shí)例

　　雖然這兩個(gè)芯片都是開(kāi)關(guān)式全橋功率驅(qū)動(dòng)電路,由于內(nèi)部結(jié)構(gòu)的不同,工作方式也不盡相同,所以在作為電機(jī)控制電路時(shí),電路的工作方式也各有特點(diǎn)。圖4 是SA60 驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)時(shí)的典型接線圖,在該圖中芯片被聯(lián)接成模擬輸入方式, 在數(shù)字輸入端(2 腳) 與模擬地之間聯(lián)接一個(gè)電容器CT ,改變它的大小,可以調(diào)整PWM 載波的頻率在22～250kHz之間變化的。

　　雖說(shuō)LDM18245 的持續(xù)電流輸出的指標(biāo)還不足SA60 的三分之一,但在控制方式上有它靈活方便的一面,采用不同的聯(lián)接方式可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的不同的控制方式,獲得不同的控制性能,圖5 是用雙極性輸出方式驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)的實(shí)例。其中固定斬波時(shí)間為1. 1 RC;電流傳感電阻RW 參考公式:

　　計(jì)算,其中UREF是D/ A 轉(zhuǎn)換電路的參考電壓,D為D/ A 轉(zhuǎn)換電路的輸入電壓值, IS 為電機(jī)電流的最大設(shè)定值。與SA60 不同,在LMD18245 芯片中沒(méi)有PWM 電路,想通過(guò)PWM 的占空比來(lái)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向,需要外接控制器,聯(lián)接方法如圖中所示。

　　應(yīng)用時(shí)的注意事項(xiàng)

　　在實(shí)際使用這兩種芯片時(shí)必須注意如下幾個(gè)事項(xiàng)。一是在電源端和功率地端必須接旁路電容,否則由于電機(jī)電流跳變或換向引起的尖峰電壓和浪涌電流會(huì)使芯片損壞。具體的做法是在芯片的電源端并聯(lián)一個(gè)1μF 的高頻陶瓷電容和一個(gè)100μF 的鋁電解電容,并注意聯(lián)接線要盡量的短。二是在布線時(shí)注意將模擬地和功率地嚴(yán)格分開(kāi),注意控制信號(hào)輸入線和功率信號(hào)輸出線保持距離,以免反饋、干擾。

　　小結(jié)

　　這兩款功率輸出芯片都具有輸出電流大、工作效率高、電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)便、體積小巧、性能穩(wěn)定等特點(diǎn)。所以它們的應(yīng)用范圍遠(yuǎn)不止上述所談到的幾種, 就SA60 以及它的同系列產(chǎn)品SA50 、51 芯片來(lái)說(shuō),作為D 類音頻功率輸出電路已有應(yīng)用,這類功率輸出裝置功率之高是傳統(tǒng)模擬音頻功率輸出級(jí)所望塵莫及。