用CMOS驅動器設計微電機控制電路
用CMOS驅動器設計微電機控制電路
用CMOS驅動器設計微電機控制電路李峻用CMOS驅動器設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。無刷直流電動機驅動電路的方法。
1概述設計微型電動機的驅動電路在滿足性能效率經濟性的基礎上，還要使設計的電路簡單實用，體積小、重量輕功耗小、成本低。文中介紹的使用價格便宜的低成本的邏輯輸入CMOS集成電路設計的電機驅動和控制電路，就能很好地滿足這些要求2邏輯輸入的CMOS四驅動器集成TC4469是一種邏輯輸入的CMOS四驅動器集成電路，專門設計用來直接驅動小型電動機和全部都是由MOSFETs組成的全橋電路。該集成電路具有以下特點：輸出電流的峰值高，最大可達1.工作電壓的范圍寬，在4.5-18V的范圍內都能正常工作；驅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ANDfInv兩種邏輯輸入選擇方式TC4469內部的電路結構和輸出級的原理電路如所示驅動器組成，為了增加使用的靈活性，每一組都配置了兩個邏輯輸入端。驅動器為負載可輸出250mA的工作電流，能直接驅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定的功率損耗和工作電壓范圍之內，TC4469在任何情況下都不會出現閉鎖，所有的管腳都采取了保護措施，可承受至少2000V的EDS集成電路有兩種外形封裝，分別為16腳SOIC和14腳DIP封裝集成電路的輸入和輸出邏輯關系真值表如表1所示。
表1 TC4469的真值表輸入端A輸入端B輸出端Y 3TC4469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1 000pF的負載在25ns內充電到18V，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）管腳上并聯一個0.1F的薄膜電容器或兩個低感抗的瓷片電容器，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生一個電壓降，這個電壓降會引起負反饋，并降低開關的速度特性。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驅動器已經大大的減少了的集成電路的靜態功率損耗，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出功耗和封裝熱阻抗，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；靜態損耗Pq；動態損耗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，負載功率損耗是：Pl=DV0/L，在這里D是信號的占空比，V0是負載電壓，11是負載電流芯片的靜態功耗：Pq=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電流，/L是所有的輸出端都為高電平時的靜態電流芯片的動態損耗可近似表示為：Pt=/Vs（10< 109）；芯片總的功率損耗：Pd=Pl+Pq+Pt，最高工作溫度計算公式為：T.丨-0.丨a（Pd）= 141°C，r.丨是允許的最高結溫，0JA是結與環境溫度的熱阻4TC4469集成電路的典型應用TC4469CMOS低功耗微型電機驅動器的用途很多，使用靈活，設計電路簡單，能為電機提供很好的驅動特性，通常可以用來驅動直流伺服電動機、步進電動機三相無刷電動機。
1直流伺服電動機的驅動電路TC4469最常用來驅動由四個MOSFET功率開關管組成的全橋驅動電路，基本原理電路如所示該電路的工作電源是+5~15V，為了防止工作電壓超過+18V，在集成電路的14腳上并聯了一個18V的穩壓二極管。集成電路的2腳用來控制伺服電機的轉向，2腳為低電平時電機正傳，2腳為高電平時電機反轉集成電路的5 8兩個管腳并聯送入脈寬調制信號（PWM），改變PWM信號的占空比就可以改變電機的轉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速雙向連續可調，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制（PWM）電路。脈寬調制電路的工作頻率固定為20kHz，通過調節100沿電位器的中心抽頭位置，可以改變調制器的輸出脈沖寬度，使脈沖寬度的占空比可以在2%~ 98%之間變化電路中的TC4469驅動器輸入端需要輸入兩個控制信號：PWM信號和電機旋轉方向控制信號。TC4469的管腳2決定電機的轉向，如TC4469的2腳為高電平時電機正轉，那么2腳為低電平時電機就反轉，2腳上的高、低電平可以用一個開關來進行切換TC4469邏輯輸入控制信號來自ICM7555的3腳，邏輯輸入控制信號經驅動器的內部變換，轉變為四路輸出信號去驅動一個MOSFET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對地接了一個0.18的電機電流檢測電阻電流檢測電阻把電樞電流轉換成電壓，經1奶電阻和三極管2N3904加到ICM7555的4腳，起到過流關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腳有控制脈沖輸出（下轉第62頁）TC4469可以直接驅動二相步進電動機，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；步進電動機的2組繞組分別連接到驅動器的輸出端管腳1213和1011，每個步進脈沖可使步進電機旋轉7.5=驅動器的輸入信號控制端AB可以和PIC17C756AMCU接口，然后經RS-232串行通信接口由PC機控制。
4.3三相無刷電動機的驅動驅動無刷電動機需要2片TC4469，原理電路如所示，1片用來驅動三相橋路的高端3個MOSFETs，另一片用來驅動三相橋路的低端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5試驗結果分析當風機進風口檔風板全打開后，迭加電機輸入功率為19.04kW，輸入電流為325A，輸出功率為16.94kW，輸出轉速為5864r/min電機及風機工況基本正常陜鼓從風機的風壓風量、效率計算電機輸出功率，與西安交通大學電機試驗室試驗結果基本吻合
