L6203直流電機驅(qū)動設計原理圖及例程

1、L6203直流電機控制驅(qū)動器【簡要說明】一、尺寸：長66mmX寬33mmX高28mm二、主要芯片：L6203三、工作電壓：控制信號直流4.55.5V;驅(qū)動電機電壓7.230V四、可驅(qū)動直流（7.230V之間電壓的電機）五、最大輸出電流4A 六、最大輸出功率20W七、特點：1、具有信號指示 2、轉(zhuǎn)速可調(diào) 3、抗干擾能力強 4、具有續(xù)流保護 5、可單獨控制一臺直流電機 6、PWM脈寬平滑調(diào)速（可使用PWM信號對直流電機調(diào)速） 7、可實現(xiàn)正反轉(zhuǎn) 8、此驅(qū)動器非常時候控制飛思卡爾智能車，驅(qū)動器壓降小，電流大，驅(qū)動能力強?！緲俗D片】直流電機的控制實例使用驅(qū)動器可以控制一臺直流電機。電機分別為OUT1和

2、OUT2。輸入端EN可用于輸入PWM脈寬調(diào)制信號對電機進行調(diào)速控制。（如果無須調(diào)速可將EN使能端，接高低電平，高電平啟動，低電平停止。也可由單片機輸出直接控制）實現(xiàn)電機正反轉(zhuǎn)就更容易了，輸入信號端IN1接高電平輸入端IN2接低電平，電機正轉(zhuǎn)。（如果信號端IN1接低電平， IN2接高電平，電機反轉(zhuǎn)。）可參考下圖表：電機旋轉(zhuǎn)方式控制端IN1控制端IN2EN使能端M正轉(zhuǎn)高低高反轉(zhuǎn)低高高調(diào)速*輸入PWM信號直流電機測試程序【原理圖】【測試程序】/* 匯誠科技實現(xiàn)功能:調(diào)試程序使用芯片：AT89S52 或者 STC89C52晶振：11.0592MHZ編譯環(huán)境：Keil作者：zhangxinchun淘寶店

3、：匯誠科技*/#include #define uchar unsigned char/宏定義無符號字符型#define uint unsigned int /宏定義無符號整型sbit P2_0=P20;/啟動sbit P2_1=P21;/停止sbit P2_2=P22;/正轉(zhuǎn)sbit P2_3=P23;/反轉(zhuǎn)sbit P1_0=P10;/使能sbit P1_1=P11;/IN1sbit P1_2=P12;/IN2/* 延時函數(shù)*/void delay(uchar t)/延時程序uchar m,n,s;for(m=t;m0;m-)for(n=20;n0;n-)for(s=248;s0;s-);

4、/* 主函數(shù)*/main()while(1) if(P2_0=0)delay(3);if(P2_0=0)/啟動 P1_0=1; P1_1=1; P1_2=0; if(P2_1=0)delay(3);if(P2_1=0)/停止 P1_0=0; if(P2_2=0)delay(3);if(P2_2=0)/正轉(zhuǎn) P1_1=1; P1_2=0; if(P2_3=0)delay(3);if(P2_3=0)/反轉(zhuǎn) P1_1=0; P1_2=0; /* 結束*/L6203DMOS(消耗型金屬氧化物半導體)全控橋驅(qū)動器n 供電電壓：48Vn 最大峰值電流5A（L6021最大2A）n 電流有效值：n L6201

5、: 1A; L6202: 1.5A; L6203/L6201PS: 4An RDS (ON) 電阻值 0.3 W (室溫 25 C) n 擊穿電壓保護n 兼容TTL電路n 運行最高頻率100KHzn 熱滯n 集成邏輯電路使用n 高效概述L6201是一種應用多源BCD(Bipolar,CMOS,DMOS)技術來控制電機的全控橋驅(qū)動器芯片，這種芯片能將獨立的DMOS場效應晶體管和CMOS以及二極管集成在一塊芯片上。由于使用模塊化擴展技術，L6201可以實現(xiàn)邏輯電路及功率級的優(yōu)化。DMOS場效應管能在42V的電壓下運行，同時具備高效、高速的切換性能。兼容所有的TTL, CMOS and mC輸入。每

6、個獨立的邏輯輸入能控制一個溝道(半橋)，而公共的使能端可以控制兩個溝道。L6201共有3中不同的封裝型號。多源BCD技術分類數(shù)據(jù)：L6201(SO20表面貼片)L6201PS(PowerSO20)L6202(雙列直插封裝18引腳)L6203(Multiwatt封裝)結構圖引腳連接圖（俯視）引腳功能芯片名稱功能L620L6201PSL6202L6203116110SENSE外接電阻，提供電機反饋控制電流217211ENABLE高電平有效，選擇IN1或者IN2接口32,3,9,12,18,193N.C.不接線4.546GND公共接地端1,105GND公共接地端6,76GND公共接地端87N.C.不

7、接線9481OUT2第二個半橋的輸出口10592Vs電源端116103OUT1第一個半橋的輸出口（續(xù)）127114BOOT1引腳外接自舉電容來確保第一級DMOS場效應管有效138125IN1電機的數(shù)字信號輸入14,15136GND公共接地端11,2014GND公共接地端16,1715GND公共接地端1813167IN2電機的數(shù)字信號輸入1914178BOOT2引腳外接電容來確保第一級DMOS場效應管有效2015189Vref內(nèi)置參考電壓，通過電容充電。含有內(nèi)置電阻，最大電源輸出2mA絕對最大額定值符號參數(shù)數(shù)值單位VS電源端52VVOD不同的輸出端的電壓（在Out1到Out2之間）60V60VV

8、IN ,VEN輸入或者是使能電壓-0.3到+7VIO脈沖輸出電流 對于L6201PS/L6202/L6203（注1）無重復 對于 L6201對于6201PS/L6202/L6203直流輸出電流 對于L6201 (注1)55101AAAAVsenseSensing Voltage 檢測電壓-0.1到+4VVbBoostrap Peak Voltage 自舉電容峰值電壓60VPtot總功耗Tpins = 90C 對于 L6201 對于 L6202Tcase = 90C 對于 L6201PS/L6203Tamb = 70C 對于 L6201 (注2)對于 L6202 (注2)對于 L6201PS/L

9、6203 (注2)45WWWWWWTstg Tj儲能端節(jié)點-40到+150C注1：脈沖寬度僅受節(jié)點及電熱阻抗的影響（詳見熱特征參數(shù)表）注2：配置最小面積的銅片熱特征參數(shù)符號參數(shù)數(shù)值單位L6201L6201PSL6202L6203Rthj-pinsRthj-caseRthj-amb 節(jié)點引腳熱電 max 最大值節(jié)點內(nèi)熱阻 max. 最大值節(jié)點外熱阻 max. 最大值158513（*）1260335C/W（*）安裝鋁制基片電路板電氣特性（測試電路參數(shù)：溫度=25C ,，電壓42V，傳感電壓0V，無別的特殊要求）符號參數(shù)測試條件最小典型值最大單位Vs電源端123648VVrel

10、參考電壓IREF=2mA13.5VIREF輸出電流2mAIs靜態(tài)電流EN = H VIN = LEN = H VIN = H IL = 0EN = L ( 圖. 1,2,3) 10108151515mAmAmAfc通信頻率(*)30100KHzTj熱關斷150CTd死區(qū)時間100ns晶體管關斷IDSS漏電流圖。11 1mA導通RDS0.30.55VDS(ON)漏電壓圖。9IDS=1A L6201IDS=1.2A L6202IDS=3A L6201PS/03 0.30.350.9VVVVSENS檢測電壓-14V二極管源極，漏極VSD正向偏置圖。6a和b0.9(*)0.9(*)1.35(*)VVV

11、trr反向偏置IF=1A L6201IF=1.2A L6202IF=3A L6203300nstfr正向?qū)〞r間200ns邏輯電平VINL VENL輸入低電平-0.30.8VVINH VENH輸入高電平27VIINL IENL輸入低電平Vin，Ven=L-10AIINH IENH輸入高電平Vin，Ven=H30A電氣特性（續(xù)）芯片控制邏輯時序符號參數(shù)試驗條件最小典型最大單位t1(Vi)源電流關斷延遲時間圖12300nst2(Vi)源電流關下降間圖12200nst3(Vi)源電流導通延遲時間圖12400nst4(Vi)源電流上升時間圖12200nst5(Vi)反向電流關斷延遲時間圖13300ns

12、t6(Vi)反向電流下降時間圖13200nst7(Vi)反向電流導通延遲時間圖13400nst8(Vi)反向電流上升時間圖13200ns（*）受限于功耗（*）在同步整流中的（L6202/03）VSD壓降如圖4所示;一般L6201的電壓值是0.3V圖1。典型和Tj的示意圖圖2。典型靜態(tài)電流和頻率的示意圖圖3。典型Is和Vs的示意圖圖4。典型Rds和Vref的示意圖（Vref從Vs到Vref）圖5。正常狀態(tài)（25C）Rds的阻止與溫度變化的示意圖圖6（a），同步整流下二極管的狀態(tài)（L6201）圖6（b），同步整流下二極管的狀態(tài)（L6201PS/02/03）圖7（a）。典型功耗與IL的示意圖（L62

13、01）圖7（b）。典型功耗與IL的示意圖（L6201PS/02/03）圖8（a）。兩相斬波圖8（b）。單項斬波圖8（c）。使能端斬波測試電路圖9。飽和電壓圖10。靜態(tài)電流圖11。漏電流示意圖圖12。源電流延遲時間及輸入斬波示意圖圖13。反偏電流延遲時間及斬波電路概述L6201/1PS/2/3是一種應用多源BCD(Bipolar,CMOS,DMOS)技術，用于電機切換驅(qū)動的整塊全橋芯片。多源BCD技術是集成多個或者單獨的DMOS場效應晶體管，另外還混合MOS管/二極管的控制電路。通過使用這種技術使得這類芯片具備兼容所有TTL,COMS和mC并且可以消除外部MOS設備的驅(qū)動問題。邏輯驅(qū)動圖如表1所

14、示。表1輸入場效應管的輸出(*)VEN=LIN1IN2LLHHLHLHSink1，Sink2Sink1,Source2Source1,Sink2Source1.Source2VEN=LXX所有場效應管關斷L表示低電平 H表示高電平 X表示任意狀態(tài)(*)INPUT1和INPUT2是控制器的數(shù)字輸出級雖然L6201/1PS/2/3這類芯片能保證被擊穿的情況的發(fā)生，但是不能避免由于DMOS管配置二極管的內(nèi)部結構而引起的強電流產(chǎn)生的檢測熱量。這種現(xiàn)象的產(chǎn)生主要是由于與節(jié)點組合的C1和C2兩個電容充放電（如圖14）。當輸出有高電平向低電平轉(zhuǎn)換的時候，一股的尖峰電流注入電容C1。在低電平向高電平轉(zhuǎn)化的過程

15、中同樣有一股大的尖峰電流注入電容C2，底部DMOS場效應管的輸入電容的充電導致在尖峰電流之前有電極性的跳變（如圖15）。圖14.DMOS場效應管的內(nèi)部結構圖15.在檢測引腳的尖峰電流劉示意圖晶體管的運轉(zhuǎn)導通狀態(tài)當DMOS的其中一端處于到通的狀態(tài)，那么可以說電阻RDS(ON)始終處于能操控的范圍。在此期間的功耗的表達式：PON = RDS (ON) IDS2 (RMS)多源BCD過程的低阻態(tài)電阻RDS(ON) 在低功耗的情況選能提供高電流關斷狀態(tài)當DOMS的其中一端關斷的時候，那么VDS的電壓等于電壓源的電壓，同時只有漏電流IDSS存在。此間的功耗有如下的公式：POFF = VS IDSS此時的

16、功耗十分低，較導通時候的功耗是可以被忽略的晶體管幾乎可以發(fā)現(xiàn)，上述的晶體管的源極和溝道間內(nèi)置二極管，二極管運行在一種快速，任意方向的切換模式。在下次循環(huán)之前，使能端處于與高電平的狀態(tài)，電壓降等于電阻(RDS (ON)電流(ID)的乘積直到達到二極管的正向偏置電壓。當使能端是低電平時，場效應管關斷，同時所有電流施加于二極管。在反復循環(huán)的過渡時期的功率取決于電壓電流的波形以及驅(qū)動方式（如圖7(a),(b),圖8(a)，(b),(c)）Ptrans. = IDS (t) VDS (t)自舉電容只有所有的N溝道在10V的柵極電壓下才能夠確保DMOS晶體管的正確驅(qū)動。對于底部的接地晶體管來說很容易證明，

17、但是上部的晶體管顯然需要一個更高的驅(qū)動電壓。當達到內(nèi)置充電電流的達到峰值的時候能結合自舉電容正確驅(qū)動。為了充電能夠有效的進行，自舉電容的值應當大于1nF的晶體管的輸入電容。所以自居電容至少是10nF的。如果自居電容的取值過小會引起場效應管的充電不充分，并導致RDS (ON)呈高阻態(tài)。另一方面來說如果使用一個高容抗的電容那么在檢測電阻上會產(chǎn)生尖峰電流。參考電壓對于一個內(nèi)部含有阻抗，電壓的電路來說，應該在引腳和接地端放置一個電容。容抗為0.22 mF的電容是以滿足條件。引腳可以被最大為2mA的電流擊穿，所以必須加以保護。死區(qū)時間為了保護橋臂中的同步電容引起的軌對軌短路電流，集成芯片提供了長于40n

18、s的死區(qū)時間熱電阻的保護熱保護電路是必須具備的，一旦在節(jié)點溫度達到150攝氏度的時候，那么它就失效了。只有當溫度降到安全的范圍之內(nèi)，重置驅(qū)動器，輸入和使能信號才能被控制。應用信息循環(huán)電路使能端置高電平時，電路是循環(huán)的。晶體管的電壓降可以通過RDS(ON) IL的乘積表示，電壓降的大小取決于珊源極的二極管特性。雖然驅(qū)動器受傳導的保護，尖峰電流還是能夠通過內(nèi)置的珊源級電容的充放電現(xiàn)象到達檢測引腳端。那么在這樣的一個設備中，這不是引起任何的問題的，因為檢測電阻能夠承受的電壓是被設計好的。上升時間Tr(如圖16.)在電橋的對橋臂上的電容經(jīng)上升時間充電達到最大值電流IL時，此時的能量表達式：EOFF/O

19、N = RDS (ON) IL2 Tr 2/3負載時間TLD(如圖16)在此期間的功率主要是由電阻也折算側(cè)的功率組成，電阻消耗的功率：ELD = IL2 RDS (ON) 2 T負載折算側(cè)的功率：E折算 = VS IL TCOM fSWITCH T負載其中：折算側(cè)的計算時間等于導通和關斷的時間，選擇頻率等于斬波頻率由上升時間可以推導，下降時間應該有類似的公式：EON/OFF = RDS (ON) IL2 Tf 2/3靜態(tài)功耗驅(qū)動器能耗的最后組成部分是靜態(tài)功耗，公式如下：E靜態(tài) = I靜態(tài) Vs T圖16一個周期內(nèi)的能耗ETOT = EOFF/ON + E負載 + E折算 + EON/OFF +

20、 E靜態(tài)總功耗的計算中的變量符號含義：功耗等于能除以周期時間Tr表示 上升時間TLD表示 負載驅(qū)動時間Tf 表示下降時間Td表示 死區(qū)時間T 表示一個時間段T = Tr + TLD + Tf + Td直流電機速度控制L6201/1PS/2/3自從制造成H全橋的封裝芯片就被用作直流電機的控制。主要用于直流電機速度和方向的功率級的控制。如圖17所示，L6201/1PS/2/3能夠驅(qū)動像L6506的運用跨導放大器的電流整流器。在這樣一個實際的組態(tài)電路中中，L6506只有一半的借口唄用到，另一半可以用來驅(qū)動第二臺電機。L6506的檢測電阻上的電流是鏡像電流：能夠檢測并比較電機的調(diào)速及制動的電壓。在L6

21、506的兩個檢測端都配置了電阻RS。如果L6506的輸出和L6203的輸入之間的連接過長的話，那么在L6203的輸入端及接地端都要加電阻。在輸出端還應該配以RC保持器，同樣型號為BYW98的二極管也被用在連接電源出入端和接地端之間。如下的公式可以用來計算保持器的數(shù)值：R VS/lpC = lp/(dV/dt)其中：VS是源電壓的最大值；IP是負載峰值電流；dv/dt受限于上升時間的輸出電壓(一般是V/ms)。如果電源沒有擊穿電流保護，那么一個適當大一點的電容可以用在連接在L6203的供電端引腳。在17號引腳的電容能夠使得芯片更好的工作。電機的的電流上線是2A。L6202可用于同樣電流，24V的

22、電機。圖17：雙端電機控制雙極進電機雙極步進能在一片L6506或者L297，這兩種BCD全橋驅(qū)動器，并加上一些外部設備。綜合上述三種芯片才能組成一個完整的微處理器電路接口。如圖18、19所示，控制器是直接連接兩BCD驅(qū)動橋。外部擴展設備用到的是最小化的電路:一個斬波頻率電路的RC網(wǎng)絡，電阻(R1; R2)組成的比較器驅(qū)動，參考電壓和保持電壓是電阻和電容的串聯(lián)。(詳見直流電機的速度控制)圖18。兩相雙極步進電機斬波控制電路圖19。兩相雙極步進電機斬波、晶體管控制電路驅(qū)動電機的最小電壓可以低于規(guī)定的最低12V的電壓(詳見電氣特性表)；如此，可以有這樣一個假設，適當減少電阻R DS (ON)的阻值，

23、從而減少最后一級的供電電壓，能從圖20可以看出。圖20 L6201/1P/2/3的電壓范圍為918V熱特性基于此類驅(qū)動器的高效性能，往往不需要真正的熱擊穿或者就是很容易就能在上做成斬波電路(L6201/2)。在重載的時候，L6203需要適當?shù)慕禍?。同樣的情況，當斬波電路作用在L6201上時，如圖23，圖21指出該如何選擇的基區(qū)面積。L6201的功耗如上述表達式：RTh j-amb = (Tj max. Tamb max) / Ptot 圖22能看出在一個脈沖寬度時間內(nèi)電阻值與溫度的關系。圖23和24涉及到L6202。對于L6203還有一個附加的條件，圖25(熱電阻與周圍溫度的影響)及圖26(峰

24、值熱電阻和脈沖寬度的關系)，而圖27則是單脈沖熱阻值。圖21.L6201的RTh J-amb與基底面積示意圖圖22。典型電阻值與單脈沖示意圖圖23.L6202的RTh J-amb與基底面積示意圖圖24.L6202的典型電阻值與單脈沖示意圖圖25. Multiwatt封裝的功耗圖26.L6203的典型電阻值與重復脈沖示意圖圖27.典型熱電阻脈沖寬度與周期對比系數(shù) L297步進電機控制器n 常規(guī)波形驅(qū)動n 半/全步方式n 順/逆時針轉(zhuǎn)動方向n 規(guī)定的開關負載電流n 可編程負載電流n 外接設備少n 復位輸入&基準輸出n 使能端輸入概述L297基于微處理器技術的集成電路芯片，用做兩相雙極性或四相單極性

25、的步進電機控制器。電機能在半步，標準波形下或者是PWM斬波電路的選擇方式下的線圈電流下驅(qū)動。這類芯片的特點：值需要時鐘信號，電機的旋轉(zhuǎn)方向的輸入信號。自從微處理器的集成化和可編程化的運用，相角控制使用大量的減少。封裝在雙列直插(20引腳)和表面貼片(20引腳)的L297被做成一整塊全橋的驅(qū)動器，在L298N、L293E或者別的驅(qū)動器的驅(qū)動下使用。分類數(shù)據(jù)：L297/1(雙列直插20引腳) L297d(表面貼片20引腳) 絕對最大額定值符號參數(shù)數(shù)值單位VS電源端10VVi輸入信號7VPtot功耗(Tamb=70C)1WTstg,Tj儲能端和節(jié)點-40到+150C兩相雙極性步進電機控制電路引腳圖(

26、俯視)結構圖 (L297/1 - L297D)引腳功能 L297/1 - L297D序號名稱功能1SYNC芯片輸出斬波器在外施時鐘源輸入的情況下，同步引腳輸出端應用于連接所有L297的同步引腳和斬波器，并非單個的引腳。2GND接地端3HOME集電極開路輸出端。當L297的初始化(ABCD端口置0101)時能與斬波器相連。信號有效，晶體管運行4A電機的A相功率級5低電平有效，能控制A、B相的驅(qū)動雙極性電機在此信號驅(qū)動下，能迅速衰減線圈電流。當Control端是低電平時，也能用于斬波電路。6B電機的B相功率級7C電機的C相功率級8低電平有效，能控制C、D相的驅(qū)動功能同INT1一樣9D電機的D相功率

27、級10ENABLE芯片的使能端。置低電平時，INT1,INT2,A,B,C,和D才又能使用11CONTROL控制端取決于斬波器斬波器低電平置于INT1和INT2，或者高電平置于ABCD線上12VS5V的輸入電壓13SENS2檢測C、D相的負載電流，電壓14SENS1檢測A、B相的負載電流，電壓15Vref斬波器的參考電壓，決定了引腳的峰值伏在電壓16OSC終端的RC(R接VCC電源端，C接地)電路決定了斬波器的等級。此端口在不同的芯片的組態(tài)不一定一樣。f 1/0.69 RC17時鐘上升沿/下降沿控制輸入電機的物理旋轉(zhuǎn)方向同時取決于線圈電流方向改變電流方向能隨時改變旋轉(zhuǎn)方向18步進時鐘脈沖，低電

28、平有效，一個時鐘脈沖驅(qū)動電機前進一步19Half/Full不僅輸入。高電平為半步運行，低電平為整步運行。當L297在偶數(shù)的狀態(tài)，單相電機選擇FULL。兩相電機在晶體管奇數(shù)時選擇FULL(HOME置初始狀態(tài))20復位輸入，低電平有效。完成初始化(ABCD端口置0101)熱阻值數(shù)據(jù)符號參數(shù)DIP20S020單位Rthj-amb節(jié)點外熱阻能 最大值80100C/W電路介紹L297的主要用途是電機的驅(qū)動雙橋，大林管(復合晶體管)，矩陣芯片。這類芯片受到控制器的時鐘信號，方向信號控制(一般的控制器是微處理器)，并結合空如信號產(chǎn)生不同的功率級。實現(xiàn)這些功能的主要部分是晶體管，晶體管依據(jù)電機的相序，PWM的

29、電流方向及線圈的方向。晶體管依據(jù)HALF/FULL引腳的選擇有三種工作方式。其一，常規(guī)方式(兩相導電)，波形驅(qū)動(單相導電)，半步驅(qū)動(單相導電和兩相導電的交替)。L297的兩種中斷方式也同樣能夠驅(qū)動半步，波形模式。三類信號，直接作用于L298的使能端，在線圈不導電的時候是電流衰減。當L297用作單相電機的驅(qū)動器，那么主要作用于這些線上：A,B,C,D,INT1和INT2。相線AB還有CD是交替斬波的，當一組斬波時另一組閑置，除非有中斷的信號到來。在L297和L298的組態(tài)技術中，忽略了負載的功耗。一個共模斬波器，需要2個雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器(觸發(fā)器)FF1和FF2來提供脈沖。測量檢測電阻(連接在SENS1和SENS2之間)，當線圈上的電流到達可編程的峰值電壓Vref，內(nèi)置的同步比較器會重置2個雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器。期間中間將一直有效，直到斬波器的脈沖到達的時候。兩個線圈的峰值電壓，都是通過的參考電壓Vref的可編程化來實現(xiàn)的。在這個組態(tài)電路中，接低噪聲的通過同步斬波器被很好的克服。依賴于所有連接的SYNC