核心提示：　　用CMOS驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)微電機(jī)控制電路李峻用CMOS驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)微電機(jī)控制電路李峻（大連鐵道學(xué)院，遼寧大連低功耗的直流伺服電動(dòng)機(jī)。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的方法。　　1概述設(shè)計(jì)微型電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)

　　用CMOS驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)微電機(jī)控制電路李峻用CMOS驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)微電機(jī)控制電路李峻（大連鐵道學(xué)院，遼寧大連低功耗的直流伺服電動(dòng)機(jī)。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的方法。

　　1概述設(shè)計(jì)微型電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路在滿足性能效率經(jīng)濟(jì)性的基礎(chǔ)上，還要使設(shè)計(jì)的電路簡(jiǎn)單實(shí)用，體積小、重量輕功耗小、成本低。文中介紹的使用價(jià)格便宜的低成本的邏輯輸入CMOS集成電路設(shè)計(jì)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(qū)動(dòng)器集成TC4469是一種邏輯輸入的CMOS四驅(qū)動(dòng)器集成電路，專門設(shè)計(jì)用來直接驅(qū)動(dòng)小型電動(dòng)機(jī)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(diǎn)：輸出電流的峰值高，最大可達(dá)1.工作電壓的范圍寬，在4.5-18V的范圍內(nèi)都能正常工作；驅(qū)動(dòng)器輸出波形的上升和下降的時(shí)間是對(duì)稱的，都是25rs，延遲時(shí)間相等，都是75rs；有ANDfInv兩種邏輯輸入選擇方式TC4469內(nèi)部的電路結(jié)構(gòu)和輸出級(jí)的原理電路如所示驅(qū)動(dòng)器組成，為了增加使用的靈活性，每一組都配置了兩個(gè)邏輯輸入端。驅(qū)動(dòng)器為負(fù)載可輸出250mA的工作電流，能直接驅(qū)動(dòng)各種小型直流伺服電動(dòng)機(jī)，對(duì)負(fù)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(guī)定的功率損耗和工作電壓范圍之內(nèi)，TC4469在任何情況下都不會(huì)出現(xiàn)閉鎖，所有的管腳都采取了保護(hù)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(guān)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(gè)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(duì)地相當(dāng)于接了一個(gè)很大的負(fù)載等效電容，對(duì)一個(gè)大的等效負(fù)載電容快速地充電和放電，需要很大的電流例如：對(duì)一個(gè)1 000pF的負(fù)載在25ns內(nèi)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(gè)很寬的頻率范圍上都有一個(gè)很低的供電阻抗，通常要在TC4469的Vdd（14）管腳上并聯(lián)一個(gè)0.1F的薄膜電容器或兩個(gè)低感抗的瓷片電容器，并且連線的長(zhǎng)度要特別的短。

　　3.2接地線到輸出端的對(duì)地公共地線之間的阻抗上要產(chǎn)生一個(gè)電壓降，這個(gè)電壓降會(huì)引起負(fù)反饋，并降低開關(guān)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(duì)于頻率和電源電流相對(duì)于電容負(fù)載的特性曲線都可以用來估算集成電路的功率損耗，半導(dǎo)體CMOS驅(qū)動(dòng)器已經(jīng)大大的減少了的集成電路的靜態(tài)功率損耗，能影響集成件功率損耗的是輸入信號(hào)的占空比、工作電源的電壓和負(fù)載的類型給出功耗和封裝熱阻抗，就可以很容易地計(jì)算出允許的最高的環(huán)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(shí)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(fù)載引起的損耗PL；靜態(tài)損耗Pq；動(dòng)態(tài)損耗Pt對(duì)于以地為點(diǎn)的負(fù)載，阻性負(fù)載引起的損耗是占空比、負(fù)載電壓、負(fù)載電流的函數(shù)，負(fù)載功率損耗是：Pl=DV0/L，在這里D是信號(hào)的占空比，V0是負(fù)載電壓，11是負(fù)載電流芯片的靜態(tài)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(shí)的靜態(tài)電流，/L是所有的輸出端都為高電平時(shí)的靜態(tài)電流芯片的動(dòng)態(tài)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(jì)算公式為：T.丨-0.丨a（Pd）= 141°C，r.丨是允許的最高結(jié)溫，0JA是結(jié)與環(huán)境溫度的熱阻4TC4469集成電路的典型應(yīng)用TC4469CMOS低功耗微型電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的用途很多，使用靈活，設(shè)計(jì)電路簡(jiǎn)單，能為電機(jī)提供很好的驅(qū)動(dòng)特性，通常可以用來驅(qū)動(dòng)直流伺服電動(dòng)機(jī)、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)三相無(wú)刷電動(dòng)機(jī)。

　　1直流伺服電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路TC4469最常用來驅(qū)動(dòng)由四個(gè)MOSFET功率開關(guān)管組成的全橋驅(qū)動(dòng)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(lián)了一個(gè)18V的穩(wěn)壓二極管。集成電路的2腳用來控制伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)向，2腳為低電平時(shí)電機(jī)正傳，2腳為高電平時(shí)電機(jī)反轉(zhuǎn)集成電路的5 8兩個(gè)管腳并聯(lián)送入脈寬調(diào)制信號(hào)（PWM），改變PWM信號(hào)的占空比就可以改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速全橋電路的高端使用的是電機(jī)控制電路如所示。該電路簡(jiǎn)單、可靠、使用方便，可控制直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速雙向連續(xù)可調(diào)，具有限流功能，防止負(fù)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(shí)基電路，它組成了一個(gè)脈寬調(diào)制（PWM）電路。脈寬調(diào)制電路的工作頻率固定為20kHz，通過調(diào)節(jié)100沿電位器的中心抽頭位置，可以改變調(diào)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(qū)動(dòng)器輸入端需要輸入兩個(gè)控制信號(hào)：PWM信號(hào)和電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向控制信號(hào)。TC4469的管腳2決定電機(jī)的轉(zhuǎn)向，如TC4469的2腳為高電平時(shí)電機(jī)正轉(zhuǎn)，那么2腳為低電平時(shí)電機(jī)就反轉(zhuǎn)，2腳上的高、低電平可以用一個(gè)開關(guān)來進(jìn)行切換TC4469邏輯輸入控制信號(hào)來自ICM7555的3腳，邏輯輸入控制信號(hào)經(jīng)驅(qū)動(dòng)器的內(nèi)部變換，轉(zhuǎn)變?yōu)樗穆份敵鲂盘?hào)去驅(qū)動(dòng)一個(gè)MOSFET全橋電路全橋電路有四個(gè)MOSFETs功率晶體管組成，橋路上高端的兩個(gè)功率管使用的是P溝道MOSFETs，而低端的2個(gè)功率管使用的是N溝道MOSFETs低端兩個(gè)功率管的源極并聯(lián)對(duì)地接了一個(gè)0.18的電機(jī)電流檢測(cè)電阻電流檢測(cè)電阻把電樞電流轉(zhuǎn)換成電壓，經(jīng)1奶電阻和三極管2N3904加到ICM7555的4腳，起到過流關(guān)斷保護(hù)的功能能當(dāng)電機(jī)工作電流超過門限值時(shí)，電流檢測(cè)電阻上的電壓使三極管導(dǎo)通，ICM7555的4腳為低電平，其3腳無(wú)控制脈沖輸出正常工作時(shí)ICM7555的4腳為高電平，3腳有控制脈沖輸出（下轉(zhuǎn)第62頁(yè)）TC4469可以直接驅(qū)動(dòng)二相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，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(hào)，分別為A和B；步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的2組繞組分別連接到驅(qū)動(dòng)器的輸出端管腳1213和1011，每個(gè)步進(jìn)脈沖可使步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)7.5=驅(qū)動(dòng)器的輸入信號(hào)控制端AB可以和PIC17C756AMCU接口，然后經(jīng)RS-232串行通信接口由PC機(jī)控制。

　　4.3三相無(wú)刷電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)無(wú)刷電動(dòng)機(jī)需要2片TC4469，原理電路如所示，1片用來驅(qū)動(dòng)三相橋路的高端3個(gè)MOSFETs，另一片用來驅(qū)動(dòng)三相橋路的低端3個(gè)項(xiàng)損耗，用損耗分析法計(jì)算了電機(jī)輸出功率，效率，功率因數(shù)5試驗(yàn)結(jié)果分析當(dāng)風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口檔風(fēng)板全打開后，迭加電機(jī)輸入功率為19.04kW，輸入電流為325A，輸出功率為16.94kW，輸出轉(zhuǎn)速為5864r/min電機(jī)及風(fēng)機(jī)工況基本正常陜鼓從風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓風(fēng)量、效率計(jì)算電機(jī)輸出功率，與西安交通大學(xué)電機(jī)試驗(yàn)室試驗(yàn)結(jié)果基本吻合。