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(mǎn)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(mǎn)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(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)用來(lái)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(chēng)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(guò)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(wèn)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(kāi)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(lái)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(lèi)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?？梢杂脕?lái)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(lái)驅(qū)動(dòng)由四個(gè)MOSFET功率開(kāi)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(guò)+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(lái)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(guò)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(guò)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(kāi)關(guān)來(lái)進(jìn)行切換TC4469邏輯輸入控制信號(hào)來(lái)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(guò)流關(guān)斷保護(hù)的功能能當(dāng)電機(jī)工作電流超過(guò)門(mén)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(lái)驅(qū)動(dòng)三相橋路的高端3個(gè)MOSFETs，另一片用來(lái)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(kāi)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。