一種基于LMD18200T直流伺服電動機驅動器的設計

摘要：在伺服控制系統中，我們經常會使用到電機驅動器。常規驅動器電路硬件結構設計復雜、系統運行可靠性不高、體積較大。所以為了提高伺服系統的可靠性、減小其體積，我們設計了一種基于LMD18200T的直流伺服電動機驅動器，控制信號采用光隔電路，提高驅動器穩定性。實踐證明：該驅動器具有良好的調速性能、可靠性高、體積小等優點。

關鍵詞：LMD18200T；直流伺服電動機；光隔電路；驅動器

中圖分類號：TM383 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）16-0026-02

開發一個電動機控制驅動器是一項繁瑣的工作。過去用邏輯集成電路、比較器、晶體管、二極管等電子元器件裝配在一個面板上，并使用分立的MOSFET或絕柵雙極管連接成的一個H橋或半橋輸出電路。這種方法設計的驅動器存在設計周期長、電路復雜、穩定性差、效率低等缺點。針對上述缺點，我們選用LM18200T作為驅動芯片，設計了一種新式直流電機驅動器。

1 LMD18200T介紹

1.1 參數和引腳介紹

LMD18200T是一種專用于直流電動機驅動的H橋組件。它將4個H橋功率組成器件和邏輯控制電路封裝在一個有11個引腳的芯片中。峰值電流：6A，連續電流：3A，工作電壓：最高達55V，信號輸入兼容TTL和CMOS。

引腳1、11是橋臂1、2自舉電容輸入端。引腳2、10是H橋輸出端。引腳3、4、5分別是方向輸入端、剎車輸入端、PWM信號輸入端，PWM信號、方向信號、剎車信號三者的配合使用關系見表1。同時方向信號的使用取決于PWM信號類型。引腳6、7是直流電源正負輸入端。引腳8是電流檢測輸出端，典型值為377uA/A。引腳9是溫度報警輸出端，提供溫度報警信號。

1.2 原理

四個DMOS管集成在芯片內部組成H型驅動橋。通過充電泵電路為上橋臂的2個開關管提供柵極控制電壓，充電泵電路由一個300kHz的振蕩器控制。若需要更高的工作頻率，可在引腳1、11外接電容形成第二個充電泵電路。外接電容越大，頻率更高。腳2、10接直流電機正負極，電流方向：正轉，腳2→腳10；反轉，腳10→腳2。腳8接一個電阻再接地，過流情況通過電阻來檢測。它的內部設計有保護電路，過流值為10A，當電路電流超過10A或者過流時間過長，芯片會自動停止輸出并且會周期性恢復。

2 驅動器電路設計

根據LMD18200T的電路，可以直接用主控制器接信號線控制LMD18200T來驅動電機。這種方法理論上沒有問題，但是這種方法設計的驅動器的強電和弱電共地。這樣強電就可能干擾弱電信號，影響控制的可靠性。同時可能由于短路導致主控制器被燒壞。為了避免這些不足，這里采用光隔電路來隔離強電與弱電。控制信號經過光耦點亮其內部發光二極管，使光耦另一側的三極管導通。電信號轉換為光信號，從光耦一側傳到另一側，最終又轉換為電信號輸出，實現強電與弱電隔離。

常用高速光耦有HCPL2631、6N137等，低速光耦有PC817、TLP521系列等。PWM信號頻率較高，我們使用高速光耦HCPL2631；BRAKE（剎車信號）、DIRECTION（方向信號）頻率較低，我們使用低速光耦TP521-4。光耦可以是共陰極，也可以是共陽極工作。共陰極工作方式：信號輸入端接光耦內部二極管正極端引腳，二極管負極端引腳接地（此地和信號應共地）。當有信號輸入時，光耦導通；否則，光耦不導通。共陽極工作方式：信號輸入端接光耦內部二極管負極端引腳，二極管正極端引腳接外接的VCC（此高電平應和信號共地）。當有信號輸入時，光耦不導通；否則，光耦導通。這里選擇共陽極工作方式，光耦隔離電路見圖1。

PWM有兩種控制方法：雙極性PWM控制方式和單極性PWM控制方式。雙極性PWM控制方式：PWM信號包含幅值信息和方向信息。3腳接PWM信號，5腳接高電平。PWM信號占空比與電機運動關系：占空比是50%，電機不轉；占空比小于50%，電機反轉；占空比大于50%，電機正轉。單極性PWM控制方式：3腳接方向信號，其輸入電平：正轉，高電平；反轉，低電平。5腳接PWM信號，其占空比與電機轉速成正比關系。

本文介紹單極性PWM控制方式，直流伺服電機電源電壓為24V，設計總電路圖如圖1。腳3接方向信號，腳5接PWM信號。當腳3信號輸入是高電平時，驅動器電流從腳2流入腳10；為低電平時，電流則從腳10流入腳2。PWM信號的占空比與電機轉速成正比關系。當給光耦輸入信號，光耦內的發光二極管發光，當光強達到一定強度（一般要求電流大于10mA）時，光耦導通，信號傳到另一側，實現光電隔離。LMD18200T收到信號后輸出電流，驅動電機運動。

3 結語

利用LMD18200T設計驅動器設計過程簡單、周期短，外圍電路簡單、可靠，體積小，且能夠很好地服從控制信號的命令。由于該驅動器是開環的、純粹的功率放大器。在沒有主控板時，該驅動器是不能夠工作的。可以在該驅動器上加上控制芯片，設計成閉環控制系統。

參考文獻

[1] LMD18200 Datasheer [Z].National Semicon doctor1999.

[2] HCPL2631 Datasheer FAIRCHILD 2005.

[3] TLP521-1、TLP521-2、TLP521-4DatasheerTOSHIBA，1998.

[4] 吳紅星.電動機驅動與控制專用集成電路應用手冊[M].北京：中國電力出版社，2009.

[5] 譚建成.電動機控制專用集成電路[M].北京：機械工業出版社，2003.

[6] 謝寶昌，任永德.電機的DSP控制技術及其應用[M].北京：航空航天大學出版社，2004.

作者簡介：唐松（1992—），男，江西宜春人，武漢大學學生，研究方向：機械制造設計制造及其自

動化。

摘要：在伺服控制系統中，我們經常會使用到電機驅動器。常規驅動器電路硬件結構設計復雜、系統運行可靠性不高、體積較大。所以為了提高伺服系統的可靠性、減小其體積，我們設計了一種基于LMD18200T的直流伺服電動機驅動器，控制信號采用光隔電路，提高驅動器穩定性。實踐證明：該驅動器具有良好的調速性能、可靠性高、體積小等優點。

關鍵詞：LMD18200T；直流伺服電動機；光隔電路；驅動器

中圖分類號：TM383 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）16-0026-02

開發一個電動機控制驅動器是一項繁瑣的工作。過去用邏輯集成電路、比較器、晶體管、二極管等電子元器件裝配在一個面板上，并使用分立的MOSFET或絕柵雙極管連接成的一個H橋或半橋輸出電路。這種方法設計的驅動器存在設計周期長、電路復雜、穩定性差、效率低等缺點。針對上述缺點，我們選用LM18200T作為驅動芯片，設計了一種新式直流電機驅動器。

1 LMD18200T介紹

1.1 參數和引腳介紹

LMD18200T是一種專用于直流電動機驅動的H橋組件。它將4個H橋功率組成器件和邏輯控制電路封裝在一個有11個引腳的芯片中。峰值電流：6A，連續電流：3A，工作電壓：最高達55V，信號輸入兼容TTL和CMOS。

引腳1、11是橋臂1、2自舉電容輸入端。引腳2、10是H橋輸出端。引腳3、4、5分別是方向輸入端、剎車輸入端、PWM信號輸入端，PWM信號、方向信號、剎車信號三者的配合使用關系見表1。同時方向信號的使用取決于PWM信號類型。引腳6、7是直流電源正負輸入端。引腳8是電流檢測輸出端，典型值為377uA/A。引腳9是溫度報警輸出端，提供溫度報警信號。

1.2 原理

四個DMOS管集成在芯片內部組成H型驅動橋。通過充電泵電路為上橋臂的2個開關管提供柵極控制電壓，充電泵電路由一個300kHz的振蕩器控制。若需要更高的工作頻率，可在引腳1、11外接電容形成第二個充電泵電路。外接電容越大，頻率更高。腳2、10接直流電機正負極，電流方向：正轉，腳2→腳10；反轉，腳10→腳2。腳8接一個電阻再接地，過流情況通過電阻來檢測。它的內部設計有保護電路，過流值為10A，當電路電流超過10A或者過流時間過長，芯片會自動停止輸出并且會周期性恢復。

2 驅動器電路設計

根據LMD18200T的電路，可以直接用主控制器接信號線控制LMD18200T來驅動電機。這種方法理論上沒有問題，但是這種方法設計的驅動器的強電和弱電共地。這樣強電就可能干擾弱電信號，影響控制的可靠性。同時可能由于短路導致主控制器被燒壞。為了避免這些不足，這里采用光隔電路來隔離強電與弱電。控制信號經過光耦點亮其內部發光二極管，使光耦另一側的三極管導通。電信號轉換為光信號，從光耦一側傳到另一側，最終又轉換為電信號輸出，實現強電與弱電隔離。

常用高速光耦有HCPL2631、6N137等，低速光耦有PC817、TLP521系列等。PWM信號頻率較高，我們使用高速光耦HCPL2631；BRAKE（剎車信號）、DIRECTION（方向信號）頻率較低，我們使用低速光耦TP521-4。光耦可以是共陰極，也可以是共陽極工作。共陰極工作方式：信號輸入端接光耦內部二極管正極端引腳，二極管負極端引腳接地（此地和信號應共地）。當有信號輸入時，光耦導通；否則，光耦不導通。共陽極工作方式：信號輸入端接光耦內部二極管負極端引腳，二極管正極端引腳接外接的VCC（此高電平應和信號共地）。當有信號輸入時，光耦不導通；否則，光耦導通。這里選擇共陽極工作方式，光耦隔離電路見圖1。

PWM有兩種控制方法：雙極性PWM控制方式和單極性PWM控制方式。雙極性PWM控制方式：PWM信號包含幅值信息和方向信息。3腳接PWM信號，5腳接高電平。PWM信號占空比與電機運動關系：占空比是50%，電機不轉；占空比小于50%，電機反轉；占空比大于50%，電機正轉。單極性PWM控制方式：3腳接方向信號，其輸入電平：正轉，高電平；反轉，低電平。5腳接PWM信號，其占空比與電機轉速成正比關系。

本文介紹單極性PWM控制方式，直流伺服電機電源電壓為24V，設計總電路圖如圖1。腳3接方向信號，腳5接PWM信號。當腳3信號輸入是高電平時，驅動器電流從腳2流入腳10；為低電平時，電流則從腳10流入腳2。PWM信號的占空比與電機轉速成正比關系。當給光耦輸入信號，光耦內的發光二極管發光，當光強達到一定強度（一般要求電流大于10mA）時，光耦導通，信號傳到另一側，實現光電隔離。LMD18200T收到信號后輸出電流，驅動電機運動。

3 結語

利用LMD18200T設計驅動器設計過程簡單、周期短，外圍電路簡單、可靠，體積小，且能夠很好地服從控制信號的命令。由于該驅動器是開環的、純粹的功率放大器。在沒有主控板時，該驅動器是不能夠工作的。可以在該驅動器上加上控制芯片，設計成閉環控制系統。

參考文獻

[1] LMD18200 Datasheer [Z].National Semicon doctor1999.

[2] HCPL2631 Datasheer FAIRCHILD 2005.

[3] TLP521-1、TLP521-2、TLP521-4DatasheerTOSHIBA，1998.

[4] 吳紅星.電動機驅動與控制專用集成電路應用手冊[M].北京：中國電力出版社，2009.

[5] 譚建成.電動機控制專用集成電路[M].北京：機械工業出版社，2003.

[6] 謝寶昌，任永德.電機的DSP控制技術及其應用[M].北京：航空航天大學出版社，2004.

作者簡介：唐松（1992—），男，江西宜春人，武漢大學學生，研究方向：機械制造設計制造及其自

動化。

摘要：在伺服控制系統中，我們經常會使用到電機驅動器。常規驅動器電路硬件結構設計復雜、系統運行可靠性不高、體積較大。所以為了提高伺服系統的可靠性、減小其體積，我們設計了一種基于LMD18200T的直流伺服電動機驅動器，控制信號采用光隔電路，提高驅動器穩定性。實踐證明：該驅動器具有良好的調速性能、可靠性高、體積小等優點。

關鍵詞：LMD18200T；直流伺服電動機；光隔電路；驅動器

中圖分類號：TM383 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）16-0026-02

開發一個電動機控制驅動器是一項繁瑣的工作。過去用邏輯集成電路、比較器、晶體管、二極管等電子元器件裝配在一個面板上，并使用分立的MOSFET或絕柵雙極管連接成的一個H橋或半橋輸出電路。這種方法設計的驅動器存在設計周期長、電路復雜、穩定性差、效率低等缺點。針對上述缺點，我們選用LM18200T作為驅動芯片，設計了一種新式直流電機驅動器。

1 LMD18200T介紹

1.1 參數和引腳介紹

LMD18200T是一種專用于直流電動機驅動的H橋組件。它將4個H橋功率組成器件和邏輯控制電路封裝在一個有11個引腳的芯片中。峰值電流：6A，連續電流：3A，工作電壓：最高達55V，信號輸入兼容TTL和CMOS。

引腳1、11是橋臂1、2自舉電容輸入端。引腳2、10是H橋輸出端。引腳3、4、5分別是方向輸入端、剎車輸入端、PWM信號輸入端，PWM信號、方向信號、剎車信號三者的配合使用關系見表1。同時方向信號的使用取決于PWM信號類型。引腳6、7是直流電源正負輸入端。引腳8是電流檢測輸出端，典型值為377uA/A。引腳9是溫度報警輸出端，提供溫度報警信號。

1.2 原理

四個DMOS管集成在芯片內部組成H型驅動橋。通過充電泵電路為上橋臂的2個開關管提供柵極控制電壓，充電泵電路由一個300kHz的振蕩器控制。若需要更高的工作頻率，可在引腳1、11外接電容形成第二個充電泵電路。外接電容越大，頻率更高。腳2、10接直流電機正負極，電流方向：正轉，腳2→腳10；反轉，腳10→腳2。腳8接一個電阻再接地，過流情況通過電阻來檢測。它的內部設計有保護電路，過流值為10A，當電路電流超過10A或者過流時間過長，芯片會自動停止輸出并且會周期性恢復。

2 驅動器電路設計

根據LMD18200T的電路，可以直接用主控制器接信號線控制LMD18200T來驅動電機。這種方法理論上沒有問題，但是這種方法設計的驅動器的強電和弱電共地。這樣強電就可能干擾弱電信號，影響控制的可靠性。同時可能由于短路導致主控制器被燒壞。為了避免這些不足，這里采用光隔電路來隔離強電與弱電。控制信號經過光耦點亮其內部發光二極管，使光耦另一側的三極管導通。電信號轉換為光信號，從光耦一側傳到另一側，最終又轉換為電信號輸出，實現強電與弱電隔離。

常用高速光耦有HCPL2631、6N137等，低速光耦有PC817、TLP521系列等。PWM信號頻率較高，我們使用高速光耦HCPL2631；BRAKE（剎車信號）、DIRECTION（方向信號）頻率較低，我們使用低速光耦TP521-4。光耦可以是共陰極，也可以是共陽極工作。共陰極工作方式：信號輸入端接光耦內部二極管正極端引腳，二極管負極端引腳接地（此地和信號應共地）。當有信號輸入時，光耦導通；否則，光耦不導通。共陽極工作方式：信號輸入端接光耦內部二極管負極端引腳，二極管正極端引腳接外接的VCC（此高電平應和信號共地）。當有信號輸入時，光耦不導通；否則，光耦導通。這里選擇共陽極工作方式，光耦隔離電路見圖1。

PWM有兩種控制方法：雙極性PWM控制方式和單極性PWM控制方式。雙極性PWM控制方式：PWM信號包含幅值信息和方向信息。3腳接PWM信號，5腳接高電平。PWM信號占空比與電機運動關系：占空比是50%，電機不轉；占空比小于50%，電機反轉；占空比大于50%，電機正轉。單極性PWM控制方式：3腳接方向信號，其輸入電平：正轉，高電平；反轉，低電平。5腳接PWM信號，其占空比與電機轉速成正比關系。

本文介紹單極性PWM控制方式，直流伺服電機電源電壓為24V，設計總電路圖如圖1。腳3接方向信號，腳5接PWM信號。當腳3信號輸入是高電平時，驅動器電流從腳2流入腳10；為低電平時，電流則從腳10流入腳2。PWM信號的占空比與電機轉速成正比關系。當給光耦輸入信號，光耦內的發光二極管發光，當光強達到一定強度（一般要求電流大于10mA）時，光耦導通，信號傳到另一側，實現光電隔離。LMD18200T收到信號后輸出電流，驅動電機運動。

3 結語

利用LMD18200T設計驅動器設計過程簡單、周期短，外圍電路簡單、可靠，體積小，且能夠很好地服從控制信號的命令。由于該驅動器是開環的、純粹的功率放大器。在沒有主控板時，該驅動器是不能夠工作的。可以在該驅動器上加上控制芯片，設計成閉環控制系統。

參考文獻

[1] LMD18200 Datasheer [Z].National Semicon doctor1999.

[2] HCPL2631 Datasheer FAIRCHILD 2005.

[3] TLP521-1、TLP521-2、TLP521-4DatasheerTOSHIBA，1998.

[4] 吳紅星.電動機驅動與控制專用集成電路應用手冊[M].北京：中國電力出版社，2009.

[5] 譚建成.電動機控制專用集成電路[M].北京：機械工業出版社，2003.

[6] 謝寶昌，任永德.電機的DSP控制技術及其應用[M].北京：航空航天大學出版社，2004.

作者簡介：唐松（1992—），男，江西宜春人，武漢大學學生，研究方向：機械制造設計制造及其自

動化。