用CMOS驱动器设计微电机控制电路

　　用CMOS驱动器设计微电机控制电路李峻用CMOS驱动器设计微电机控制电路李峻（大连铁道学院，辽宁大连低功耗的直流伺服电动机。步进电动机。无刷直流电动机驱动电路的方法。

　　1概述设计微型电动机的驱动电路在满足性能效率经济性的基础上，还要使设计的电路简单实用，体积小、重量轻功耗小、成本低。文中介绍的使用价格便宜的低成本的逻辑输入CMOS集成电路设计的电机驱动和控制电路，就能很好地满足这些要求2逻辑输入的CMOS四驱动器集成TC4469是一种逻辑输入的CMOS四驱动器集成电路，专门设计用来直接驱动小型电动机和全部都是由MOSFETs组成的全桥电路。该集成电路具有以下特点：输出电流的峰值高，最大可达1.工作电压的范围宽，在4.5-18V的范围内都能正常工作；驱动器输出波形的上升和下降的时间是对称的，都是25rs，延迟时间相等，都是75rs；有ANDfInv两种逻辑输入选择方式TC4469内部的电路结构和输出级的原理电路如所示驱动器组成，为了增加使用的灵活性，每一组都配置了两个逻辑输入端。驱动器为负载可输出250mA的工作电流，能直接驱动各种小型直流伺服电动机，对负载的唯一限制是集成电路总的功率损耗必须不超过封装所允许的功耗限制在规定的功率损耗和工作电压范围之内，TC4469在任何情况下都不会出现闭锁，所有的管脚都采取了保护措施，可承受至少2000V的EDS集成电路有两种外形封装，分别为16脚SOIC和14脚DIP封装集成电路的输入和输出逻辑关系真值表如表1所示。

　　表1 TC4469的真值表输入端A输入端B输出端Y 3TC4469在使用中的要注意的几个问题3.1电源的旁路电容TC4469的输出端是由CMOS集成电路组成，对地相当于接了一个很大的负载等效电容，对一个大的等效负载电容快速地充电和放电，需要很大的电流例如：对一个1 000pF的负载在25ns内充电到18V，需要工作电源提供。

　　72A的工作电流为了保证在一个很宽的频率范围上都有一个很低的供电阻抗，通常要在TC4469的Vdd（14）管脚上并联一个0.1F的薄膜电容器或两个低感抗的瓷片电容器，并且连线的长度要特别的短。

　　3.2接地线到输出端的对地公共地线之间的阻抗上要产生一个电压降，这个电压降会引起负反馈，并降低开关的速度特性。为了防止这种情况，输入和输出电路之间的接地线要短和宽，要在印刷板的同一面3功率损耗电源电流相对于频率和电源电流相对于电容负载的特性曲线都可以用来估算集成电路的功率损耗，半导体CMOS驱动器已经大大的减少了的集成电路的静态功率损耗，能影响集成件功率损耗的是输入信号的占空比、工作电源的电压和负载的类型给出功耗和封装热阻抗，就可以很容易地计算出允许的最高的环境工作温度，14脚塑料封装芯片的热阻是83.3°C/W，在70°C时最大功耗是800mW，最高允许的工作温度是+150°C芯片总的功率损耗Pd由三部分组成，分别是：负载引起的损耗PL；静态损耗Pq；动态损耗Pt对于以地为点的负载，阻性负载引起的损耗是占空比、负载电压、负载电流的函数，负载功率损耗是：Pl=DV0/L，在这里D是信号的占空比，V0是负载电压，11是负载电流芯片的静态功耗：Pq=Vs，在这里Vs是电源电压，/h是所有输出端都为低电平时的静态电流，/L是所有的输出端都为高电平时的静态电流芯片的动态损耗可近似表示为：Pt=/Vs（10< 109）；芯片总的功率损耗：Pd=Pl+Pq+Pt，最高工作温度计算公式为：T.丨-0.丨a（Pd）= 141°C，r.丨是允许的最高结温，0JA是结与环境温度的热阻4TC4469集成电路的典型应用TC4469CMOS低功耗微型电机驱动器的用途很多，使用灵活，设计电路简单，能为电机提供很好的驱动特性，通常可以用来驱动直流伺服电动机、步进电动机三相无刷电动机。

　　1直流伺服电动机的驱动电路TC4469最常用来驱动由四个MOSFET功率开关管组成的全桥驱动电路，基本原理电路如所示该电路的工作电源是+5~15V，为了防止工作电压超过+18V，在集成电路的14脚上并联了一个18V的稳压二极管。集成电路的2脚用来控制伺服电机的转向，2脚为低电平时电机正传，2脚为高电平时电机反转集成电路的5 8两个管脚并联送入脉宽调制信号（PWM），改变PWM信号的占空比就可以改变电机的转速全桥电路的高端使用的是电机控制电路如所示。该电路简单、可靠、使用方便，可控制直流电机的转速双向连续可调，具有限流功能，防止负载电流过大而损坏桥路上的MOS-FETs电路中使用的ICM7555集成电路是常用CMOS双极性时基电路，它组成了一个脉宽调制（PWM）电路。脉宽调制电路的工作频率固定为20kHz，通过调节100沿电位器的中心抽头位置，可以改变调制器的输出脉冲宽度，使脉冲宽度的占空比可以在2%~ 98%之间变化电路中的TC4469驱动器输入端需要输入两个控制信号：PWM信号和电机旋转方向控制信号。TC4469的管脚2决定电机的转向，如TC4469的2脚为高电平时电机正转，那么2脚为低电平时电机就反转，2脚上的高、低电平可以用一个开关来进行切换TC4469逻辑输入控制信号来自ICM7555的3脚，逻辑输入控制信号经驱动器的内部变换，转变为四路输出信号去驱动一个MOSFET全桥电路全桥电路有四个MOSFETs功率晶体管组成，桥路上高端的两个功率管使用的是P沟道MOSFETs，而低端的2个功率管使用的是N沟道MOSFETs低端两个功率管的源极并联对地接了一个0.18的电机电流检测电阻电流检测电阻把电枢电流转换成电压，经1奶电阻和三极管2N3904加到ICM7555的4脚，起到过流关断保护的功能能当电机工作电流超过门限值时，电流检测电阻上的电压使三极管导通，ICM7555的4脚为低电平，其3脚无控制脉冲输出正常工作时ICM7555的4脚为高电平，3脚有控制脉冲输出（下转第62页）TC4469可以直接驱动二相步进电动机，不需要再接外部元件，原理电路如所示控制电路有2路输入信号，分别为A和B；步进电动机的2组绕组分别连接到驱动器的输出端管脚1213和1011，每个步进脉冲可使步进电机旋转7.5=驱动器的输入信号控制端AB可以和PIC17C756AMCU接口，然后经RS-232串行通信接口由PC机控制。

　　4.3三相无刷电动机的驱动驱动无刷电动机需要2片TC4469，原理电路如所示，1片用来驱动三相桥路的高端3个MOSFETs，另一片用来驱动三相桥路的低端3个项损耗，用损耗分析法计算了电机输出功率，效率，功率因数5试验结果分析当风机进风口档风板全打开后，迭加电机输入功率为19.04kW，输入电流为325A，输出功率为16.94kW，输出转速为5864r/min电机及风机工况基本正常陕鼓从风机的风压风量、效率计算电机输出功率，与西安交通大学电机试验室试验结果基本吻合。