L6203直流电机驱动设计原理图及例程.docx
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L6203直流电机驱动设计原理图及例程
L6203直流电机控制驱动器
【简要说明】
一、尺寸:
长66mmX宽33miX高28mm
二、主要芯片:
L6203
三、工作电压:
控制信号直流4.5~5.5V;驱动电机电压7.2~30V
四、可驱动直流(7.2~30V之间电压的电机)
五、最大输出电流4A
六、最大输出功率20W
七、特点:
1、具有信号指示
2、转速可调
3、抗干扰能力强
4、具有续流保护
5、可单独控制一台直流电机
6、PWM脉宽平滑调速(可使用PW信号对直流电机调速)
7、可实现正反转
8、此驱动器非常时候控制飞思卡尔智能车,驱动器压降小,电流大,驱动能力强
【标注图片】
直流电机的控制实例
使用驱动器可以控制一台直流电机。
电机分别为OUT1和OUT2。
输入端
EN可用于输入PWM脉宽调制信号对电机进行调速控制。
(如果无须调速可将EN使能端,接高低电平,高电平启动,低电平停止。
也可由单片机输出直接控制)实现电机正反转就更容易了,输入信号端IN1接高电平输入端IN2接低电平,电机正转。
(如果信号端IN1接低电平,IN2接高电平,电机反转。
)可参考下图表:
电机
旋转方
式
控制端
IN1
控制端
IN2
EN使能端
M
正转
高
低
高
反转
低
高
高
调速
*
*
输入PWM信号
直流电机测试程序
【原理图】
vcc
h-
lk
10
TnT7
EN
VS
2
SEN
VREF
INI
OUT1
二ii
IN2
OUT2
=』
Boon
soon
GND
ENH
6
L6203
44
8~8
220nF
【测试程序】
/********************************************************************
汇诚科技
实现功能:
调试程序
使用芯片:
AT89S52或者STC89C52
晶振:
11.0592MHZ
编译环境:
Keil
作者:
zhangxinchun
淘宝店:
汇诚科技
*********************************************************************
#include
#defineucharunsignedchar//#defineuintunsignedint//
sbitP2_
_0=P2A0;〃
启动
sbitP2_
_1=P2A1;//
停止
sbitP2_
_2=P2A2;〃
正转
sbitP2_
_3=P2A3;〃
反转
sbitP1_0=PM0;//使能
sbitP1_仁P1A1;//IN1
sbitP1_2=P1A2;//IN2
延时函数
*******************************************************************
{
ucharm,n,s;for(m=t;m>0;m--)for(n=20;n>0;n--)for(s=248;s>0;s--);
}
/********************************************************************主函数
*********************************************************************/main()
{
while
(1)
{if(P2_0==0){delay(3);if(P2_0==0)//启动
{
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)//正转{
P1_1=1;
P1_2=0;
}}if(P2_3==0){delay(3);if(P2_3==0)//反转
{
P1_1=0;
P1_2=0;
}}
}
}
/********************************************************************结束
*********************************************************************/
L6203
DMOS(消耗型金属氧化物半导体)全控桥驱动器
分类数据:
L6201(SO20表面贴片)
L6201PS(PowerS020)
L6202(双列直插封装18引脚)
L6203(Multiwatt封装)
L6201是一种应用多源BCD(Bipolar,CMOS,DMOS)技术来控制电机的全控桥驱动器芯片,这种芯片能将独立的DMOS场效应晶体管和CMOS以及二极管集成在一块芯片上。
由于使用模块化扩展技术,L6201可
以实现逻辑电路及功率级的优化。
DMOS场效应管能
在42V的电压下运行,同时具备高效、高速的切换性能。
兼容所有的TTL,CMOSand七输入。
每个独立结构图
引脚连接图(俯视)
2弭■扌
SQ30
UriSC
EN^ELE
H.C
CM
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[±N0
CN&
N,C-OGlT-2
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=]5EN4E
>U* —3肌02 nini CMC >IlHI=eo^tt >nuTi=ut >c-yTi > 引脚功能 -H-LJL.心片 名称 功能 L620 L6201PS L6202 L6203 1 16 1 10 SENSE 外接电阻,提供电机反馈控制电流 2 17 2 11 ENABLE 高电平有效,选择IN1或者IN2接口 3 2,3,9,12 18,19 3 N.C. 不接线 4.5 — 4 6 GND 公共接地端 — 1,10 5 GND 公共接地端 6,7 — 6 GND 公共接地端 8 — 7 N.C. 不接线 9 4 8 1 OUT2 第二个半桥的输出口 10 5 9 2 Vs 电源端 11 6 10 3 OUT1 第一个半桥的输出口 (续) 12 7 11 4 BOOT1 引脚外接自举电容来确保第一级DMOS场效应管有效 13 8 12 5 IN1 电机的数字信号输入 14,15 — 13 6 GND 公共接地端 — 11,20 14 GND 公共接地端 16,17 — 15 GND 公共接地端 18 13 16 7 IN2 电机的数字信号输入 19 14 17 8 BOOT2 引脚外接电容来确保第一级DMOS场效应管有效 20 15 18 9 Vref 内置参考电压,通过电容充电。 含有内置电阻,最大电源 输岀2mA 绝对最大额定值 符号 参数 数值 单位 Vs 电源端 52 V VoD 不同的输出端的电压(在 Out1到Out2之间)60V 60 V Vin,Ven 输入或者是使能电压 -0.3到+7 V IO 脉冲输出电流 对于L6201PS/L6202/L6203(注1) 5 A -无重复 对于L6201 5 A 对于6201PS/L6202/L6203 10 A 直流输出电流 对于L6201(注1) 1 A Vsense SensingVoltage 检测电压 -0.1到+4 V Vb BoostrapPeakVoltage 自举电容峰值电压 60 V Ptot 总功耗 Tpins=90°C 对于 L6201 4 W 对于 L6202 5 W Tcase=90°C 对于 L6201PS/L6203 20 W Tamb=70°C 对于 L6201(注2) 0.9 W 对于 L6202(注2) 1.3 W 对于 L6201PS/L6203(注2) 2.3 W TstgTj 储能端节点 -40到+150 °C 注1脉冲宽度仅受节点及电热阻抗的影响(详见热特征参数表)注2: 配置最小面积的铜片 热特征参数 符号 参数 数值 单位 L6201 L6201PS L6202 L6203 Rthj-pins 节点引脚热电max最大值 15 一 12 — Rthj-case 节点内热阻max.最大值 —— 一 — 3 °C/W Rthj-amb 节点外热阻max.最大值 85 13(*) 60 35 (*)安装铝制基片电路板 电气特性(测试电路参数: 温度=25C,,电压42V,传感电压0V,无别的特殊要求) 符号 参数 测试条件 最小 典型值 最大 单位 Vs 电源端 12 36 48 V Vrel 参考电压 *EF=2mA 13.5 V Iref 输出电流 2 mA Is 静态电流 EN=HVin=L 10 15 mA EN=HVin=HIl=0 10 15 mA EN=L(图.1,2,3) 8 15 mA fc 通信频率(*) 30 100 KHz Tj 热关断 150 七 Td 死区时间 100 ns 晶体管 关断 IDSS 漏电流 图。 11 1 mA 导通 Rds 0.3 0.55 Q VDS(ON) 漏电压 图。 9 Ids=1AL6201 Ids=1.2AL6202 Ids=3AL6201PS/03 0.3 0.35 0.9 V V V VsENS 检测电压 -1 4 V 二极管源极,漏极 Vsd 正向偏置 图。 6a和b 0.9(**) 0.9(**) 1.35(**) V V V trr 反向偏置 並=25A/血dt If=1AL6201 If=1.2AL6202 1f=3AL6203 300 ns tfr 正向导通时间 200 ns 逻辑电平 VlNLVeNL 输入低电平 -0.3 0.8 V VlNHVeNH 输入高电平 2 7 V IinlIenl 输入低电平 Vin,Ven=L -10 IINHIeNH 输入高电平 Vin,Ven=H 30 电气特性(续) 符号 参数 试验条件 最小 典型 最大 单位 t1(Vi) 源电流关断延迟时间 图12 300 ns t2(Vi) 源电流关下降间 图12 200 ns t3(Vi) 源电流导通延迟时间 图12 400 ns t4(Vi) 源电流上升时间 图12 200 ns t5(Vi) 反向电流关断延迟时间 图13 300 ns t6(Vi) 反向电流下降时间 图13 200 ns t7(Vi) 反向电流导通延迟时间 图13 400 ns t8(Vi) 反向电流上升时间 图13 200 ns 芯片控制逻辑时序 (*)受限于功耗 (**)在同步整流中的(L6202//03)VSD压降如图4所示;一般L6201的电压值是0.3V 图1。 典型和Tj的示意图 / 2ZT咖 3de2Q3043UstUl 图3。 典型Is和Vs的示意图 图2。 典型静态电流和频率的示意图 图4。 典型Rds和Vref的示意图(Vref从Vs到Vref) iTjI Bi.6 图5。 正常状态(25°C)Rds的阻止与温度变化的示意图 *L Uv・3$U L•1nXT•lirtd / leSKHz 2BKHZ 7 z / —E ^AELE cHOP: : CriOJ -INGPPJnG 图7(a)。 典型功耗与IL的示意图(L6201) Pd (U) 2B 12 8 a R123& 图7(b)o典型功耗与IL的示意图(L6201PS/02/03) 图6(b),同步整流下二极管的状态 (L6201PS/02/03) CH>h : F<]—CT" KF-m 问丄D4>h£^YH上“枫丄匚H»菱gY心: ]N? iNbH1H34EN«H IN1>l川和En«H IHI JHJ^ l IN1.X IN2-X仙L 图8(c)。 使能端斩波 测试电路 b>3inkgutpuH 1M1・fturc* elSource4utpul9 IHl»if*output•・ V4 flSJlJJJf-JJ eu^ut**tur«UOA: ui<'*i* y*? ) for *\JZ H *AA Uss For INItourc* tpuCI»tur«ttori: Ui•计 g;|)W,*H 1«2tirtkCMmtputs«Cyratione « 2 Uss 图9。 饱和电压 图10。 静态电流 |)3fluTttdbtpun bi,1肿 0"1Ftl 0UT1fl DMT. 齐 DN・T・ OUTSB 3 EN QUT2B IL 图11。 漏电流示意图 350 图12。 源电流延迟时间及输入斩波示意图 <38UForL52S1 \42VforL6201PS/02/03 Imax 96K= 输入 场效应管的输岀(*) IN1 IN2 L L Sink1,Sink2 VEN=L L H Sink1,Source2 H L Source1,Sink2 H H Source1.Source2 VEN=L X X 所有场效应管关断 L表示低电平H表示咼电平X表示任意状态 7 -»—4 ip«e^A (*)INPUT1和INPUT2是控制器的数字输岀级 虽然L6201/1PS/2/3这类芯片能保证被击穿的情况的发生,但是不能避免由于DMOS管配置二极管的内部 结构而引起的强电流产生的检测热量。 这种现象的产生主要是由于与节点组合的C1和C2两个电容充放电 (如图14)。 当输岀有高电平向低电平转换的时候,一股的尖峰电流注入电容C1。 在低电平向高电平转化 的过程中同样有一股大的尖峰电流注入电容C2,底部 DMOS场效应管的输入电容的充电导致在尖峰电流之前有电极性的跳变(如图15)。 图15.在检测引脚的尖峰电流刘示意图 晶体管的运转 导通状态 当DMOS的其中一端处于到通的状态,那么可以说电阻RDS(ON)始终处于能操控的范围。 在此期间的功耗 的表达式: PON=RDS(ON)-IDS2(RMS) 多源BCD过程的低阻态电阻RDS(ON)在低功耗的情 况选能提供高电流 图14.DMOS场效应管的内部结构 关断状态 当DOMS的其中一端关断的时候,那么Vds的电压等于电压源的电压,同时只有漏电流Idss存在。 此间的功耗有如下的公式: POFF=VSIDSS 此时的功耗十分低,较导通时候的功耗是可以被忽略 的 晶体管 几乎可以发现,上述的晶体管的源极和沟道间内置二极管,二极管运行在一种快速,任意方向的切换模式。 在下次循环之前,使能端处于与高电平的状态,电压降等于电阻(Rds(ON))电流(Id)的乘积直到达到二极管的正向偏置电压。 当使能端是低电平时,场效应管关断,同时所有电流施加于二极管。 在反复循环的过渡时期的功率取决于电压一电流的波形以及驱动方式 (如图7(a),(b),图8(a),(b),(c)) Ptrans.=IDS(t)VDS(t) 自举电容 只有所有的N沟道在10V的栅极电压下才能够确保DMOS晶体管的正确驱动。 对于底部的接地晶体管来说很容易证明,但是上部的晶体管显然需要一个更高的驱动电压。 当达到内置充电电流的达到峰值的时候能结合自举电容正确驱动。 为了充电能够有效的进行, 自举电容的值应当大于1nF的晶体管的输入电容。 所以自居电容至少是10nF的。 如果自居电容的取值过小会引起场效应管的充电不充分,并导致RDS(on)呈高 阻态。 另一方面来说如果使用一个高容抗的电容那么在检测电阻上会产生尖峰电流。 参考电压 对于一个内部含有阻抗,电压的电路来说,应该在引脚和接地端放置一个电容。 容抗为0.22的电容是以 满足条件。 引脚可以被最大为2mA的电流击穿,所以 必须加以保护。 死区时间 为了保护桥臂中的同步电容引起的轨对轨短路电流, 集成芯片提供了长于40ns的死区时间 热电阻的保护 热保护电路是必须具备的,一旦在节点温度达到150 摄氏度的时候,那么它就失效了。 只有当温度降到安全的范围之内,重置驱动器,输入和使能信号才能被控制。 是引起任何的问题的,因为检测电阻能够承受的电压是被设计好的。 上升时间Tr(如图16.) 在电桥的对桥臂上的电容经上升时间充电达到最大值电流II时,此时的能量表达式: EOFF/ON=[RDS(ON).|L2Tr]2/3 负载时间Tld(如图16) 在此期间的功率主要是由电阻也折算侧的功率组成,电阻消耗的功率: Eld=IL2Rds(on)2T负载 折算侧的功率: E折算=VS|LTCOMfSWITCHT负载 其中: 折算侧的计算时间等于导通和关断的时间,选择频率等于斩波频率 应用信息 循环电路 使能端置高电平时,电路是循环的。 晶体管的电压降可以通过RDS(ON)IL的乘积表示,电压降的大小取决于珊源极的二极管特性。 虽然驱动器受传导的保护,尖峰电流还是能够通过内置的珊源级电容的充放电现象到达检测引脚端。 那么在这样的一个设备中,这不 由上升时间可以推导,下降时间应该有类似的公式: EON/OFF=[RDS(ON)lL2Tf]2/3 静态功耗 驱动器能耗的最后组成部分是静态功耗,公式如下: E静态=l静态VsT Tld表示负载驱动时间 Tf表示下降时间 Td表示死区时间 T表示一个时间段 T=Tr+TLD+Tf+Td 一个周期内的能耗 ETOT=EOFF/ON+E负载+E折算+EON/OFF+E静态 总功耗的计算中的变量符号含义: 功耗等于能除以周期时间 Tr表示上升时间 直流电机速度控制 L6201/1PS1213自从制造成H全桥的封装芯片就被用作直流电机的控制。 主要用于直流电机速度和方向的功率级的控制。 如图17所示,L6201/1PS/2/3能够驱动像L6506的运用跨导放大器的电流整流器。 在这样一个实际的组态电路中中,L6506只有一半的借口呗 用到,另一半可以用来驱动第二台电机。 L6506的检 测电阻上的电流是镜像电流: 能够检测并比较电机的调速及制动的电压。 在L6506的两个检测端都配置了 电阻RS。 如果L6506的输岀和L6203的输入之间的连接过长的话,那么在L6203的输入端及接地端都要加 电阻。 在输岀端还应该配以RC保持器,同样型号为 BYW98的二极管也被用在连接电源岀入端和接地端之间。 如下的公式可以用来计算保持器的数值: R三VS/lp C=lp/(dV/dt) 其中: Vs是源电压的最大值;Ip是负载峰值电流;dv/dt受限于上升时间的输岀电压(一般是V/」s)。 如果电源 没有击穿电流保护,那么一个适当大一点的电容可以用在连接在L6203的供电端引脚。 在17号引脚的电容能够使得芯片更好的工作。 电机的的电流上线是2A。 L6202可用于同样电流,24V的电机。 106nF teanF DIRECTION 6 DCMOTOR L6203 ! 5nF (]omax) ENABLE+ 1ON/QFFI RS 0,50 16 IN1 uLn 01 图17: 双端电机控制 双极进电机 双极步进能在一片L6506或者L297,这两种BCD全桥驱动器,并加上一些外部设备。 综合上述三种芯片才 能组成一个完整的微处理器电路接口。 如图18、19所 示,控制器是直接连接两BCD驱动桥。 外部扩展设备 用到的是最小化的电路: 一个斩波频率电路的RC网络,电阻(R1;R2)组成的比较器驱动,参考电压和保持电压是电阻和电容的串联。 (详见直流电机的速度控 制) 3 N- NI L6201 L6201P
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- L6203 直流电机 驱动 设计 原理图 例程