用CMOS驅(qū)動器設(shè)計微電機控制電路

1、用CMOS驅(qū)動器設(shè)計微電機控制電路李峻用CMOS驅(qū)動器 設(shè)計微電機控制電路李峻（大連鐵道學院，遼寧大連低 功耗的直流伺服電動機。步進電動機。無刷 直流電動機驅(qū)動電路的方法。2概述設(shè)計微型電動機的驅(qū) 動電路在滿足性能效率經(jīng)濟性的基礎(chǔ)上，還要使設(shè)計的 電路簡單實用，體積小、重量輕功耗小、成本低 o文中介紹的使用價格便宜的低成本的邏輯輸入CMOS集 成電路設(shè)計的電機驅(qū)動和控制電路，就能很好地滿足這 些要求2邏輯輸入的CMOS四驅(qū)動器集成TC4469是一種邏輯輸入的CMOS四驅(qū)動器集成電路，專門 設(shè)計用來直接驅(qū)動小型電動機和全部都是由M OSFETs組成 的全橋電路。該集成電路具有以下特點：輸出電流的

2、峰值高，最大可達.工作電壓的范圍 寬，在4.5J8V的范圍內(nèi)都能正常工作；驅(qū)動器輸出波形 的上升和下降的時間是對稱的，都是25rs,延遲時間相等，都是75rs；有ANDflnv兩種邏輯輸入 選擇方式TC4469內(nèi)部的電路結(jié)構(gòu)和輸出級的原理電路如 所示驅(qū)動器組成，為了增加使用的靈活性，每一組都配置了兩個邏輯輸入端。 驅(qū)動器為負載可輸岀250mA的工作電流，能直接驅(qū)動各 種小型直流伺服電動機，對負載的唯一限制是 集成電路總的功率損耗必須不超過封裝所允許的功耗限 制在規(guī)定的功率損耗和工作電壓范圍之內(nèi)，TC4469在任 何情況下都不會出現(xiàn)閉鎖，所有的管腳都采 取了保護措施，可承受至少2000V的EDS

3、集成電路有兩種 外形封裝，分別為26腳SOIC和14腳DIP封裝藁成電路的輸 入和輸出邏輯關(guān)系真值表如表1所示。表1 TC4469的真值表輸入端A輸入端B輸出端Y3TC4469在使用中的要注意的幾個問題3.1電源的旁路電容 TC4469的輸出端是由CMOS集成電路組成，對地相當于接了一個很大的 負載等效電容，對一個大的等效負載電容快速地充電和 放電，需要很大的電流例如：對一個2 00OpF的負載在25ns內(nèi)充電到28V,需要工作電源提供。72A 的工作電流為了保證在一個很寬的頻率范圍上都有一個 很低的供電阻抗，通常要在TC4469的Vdd (14)管腳上并聯(lián)一個0.2F的薄膜電容器或兩個 低感

4、抗的瓷片電容器，并且連線的長度要特別的短。3.2 接地線到輸出端的對地公共地線之間的阻抗上要產(chǎn)生一個電壓降，這個電壓降會引起 負反饋，并降低開關(guān)的速度特性。為了防止這種情況， 輸入和輸出電路之間的接地線要短和寬，要在印刷 板的同一面3功率損耗電源電流相對于頻率和電源電流相 對于電容負載的特性曲線都可以用來估算集成電路的功 率損耗，半導體CMOS驅(qū)動器已經(jīng)大大的減少 了的集成電路的靜態(tài)功率損耗，能影響集成件功率損耗 的是輸入信號的占空比、工作電源的電壓和負載的類型 給岀功耗和封裝熱阻抗，就可以很容易地計算出允 許的最高的環(huán)境工作溫度，14腳塑料封裝芯片的熱阻是 83.3 C/W,在70 C時最大

5、功耗是800mW,最高允許的 工作溫度是+150 C芯片總的功率損耗Pd由三部分組成，分別是：負載引起的損耗 PL；靜態(tài)損耗Pq；動態(tài)損耗Pt對于以地為點的負載，阻性 負載引起的損耗是占空比、負載電壓、負載電流的函數(shù)，負載功率損耗是：PI=DVO/L,在這里D 是信號的占空比，V0是負載電壓，口是負載電流芯片的 靜態(tài)功耗：Pq二Vs,在這里Vs是電源電壓，/h是所有輸出端都為低電平時的靜態(tài)電流, /L是所有的輸出端都為高電平時的靜態(tài)電流芯片的動態(tài)損 耗可近似表示為：Pt二/Vs (102直流伺服電動機的驅(qū)動電路TC4469最常用來驅(qū)動由四個 MOSFET功率開關(guān)管組成的全橋驅(qū)動電路，基本原理電

6、路 如所示該電路的工作電源是+5伺服電機的轉(zhuǎn)向，2腳為低電平時 電機正傳，2腳為高電平時電機反轉(zhuǎn)集成電路的5 8兩個管 腳并聯(lián)送入脈寬調(diào)制信號(PWM),改變PWM信號的占 空比就可以改變電機的轉(zhuǎn)速全橋電路的高端使用的是電機控制電路如所示。該電路簡單、可靠、 使用方便，可控制直流電機的轉(zhuǎn)速雙向連續(xù)可調(diào)，具有 限流功能，防止負載電流過大而損壞橋路上的MOS-FETs電路中使用的ICM7555集成電路是常用CMOS雙極 性時基電路，它組成了一個脈寬調(diào)制(PWM)電路。脈 寬調(diào)制電路的工作頻率固定為20kHz,通過調(diào)節(jié)200沿電位器的中心抽頭位置，可以 改變調(diào)制器的輸出脈沖寬度，使脈沖寬度的占空比可

7、以 在2% 98%之間變化電路中的TC4469驅(qū)動器輸入端需要輸入兩個控制信號：PWM信號和 電機旋轉(zhuǎn)方向控制信號。TC4469的管腳2決定電機的轉(zhuǎn)向, 如TC4469的2腳為高電平時電機正轉(zhuǎn)，那么2腳為低電平時電機就反轉(zhuǎn)，2腳上的 高、低電平可以用一個開關(guān)來進行切換TC4469邏輯輸入 控制信號來自ICM7555的3腳，邏輯輸入控制信號經(jīng)驅(qū)動器的內(nèi)部變換，轉(zhuǎn)變?yōu)樗穆份攲?信號去驅(qū)動一個M OSFET全橋電路全橋電路有四個 MOSFETs功率晶體管組成，橋路上高端的兩 個功率管使用的是P溝道MOSFETs,而低端的2個功率管使 用的是N溝道MOSFETs低端兩個功率管的源極并聯(lián)對地接 了一個0

8、.18的電機電流檢測電阻電流檢測電阻把電樞電流轉(zhuǎn)換成電壓，經(jīng)1奶電阻 和三極管2N3904加到ICM7555的4腳，起到過流關(guān)斷保護 的功能能當電機工作電流超過門限值時，電流檢測電阻上的電壓使三極管導通，ICM7555 的4腳為低電平，其3腳無控制脈沖輸出正常工作時 ICM7555的4腳為高電平，3腳有控制脈沖輸岀（下轉(zhuǎn)第62頁）TC4469可以直接驅(qū)動二相步 進電動機，不需要再接外部元件，原理電路如所示控制 電路有2路輸入信號，分別為A和B；步17C756AMCU接口 ,然后經(jīng)RS-232串行通信接口由PC機控 制。4.3三相無刷電動機的驅(qū)動驅(qū)動無刷電動機需要2片 TC4469,原理電路如所示，1片用來驅(qū)動三相橋路的高端3個MOSFETs,另一 片用來驅(qū)動三相橋路的低端3個項損耗，用損耗分析法計 算了電機輸出功率，效率，功率因數(shù)5試驗結(jié)果分析當風機進風口檔風板全