L6203直流电机驱动设计原理图及例程

1、L6203直流电机控制驱动器【简要说明】一、尺寸：长66mmX宽33mmX高28mm二、主要芯片：L6203三、工作电压：控制信号直流4.55.5V;驱动电机电压7.230V四、可驱动直流（7.230V之间电压的电机）五、最大输出电流4A 六、最大输出功率20W七、特点：1、具有信号指示 2、转速可调 3、抗干扰能力强 4、具有续流保护 5、可单独控制一台直流电机 6、PWM脉宽平滑调速（可使用PWM信号对直流电机调速） 7、可实现正反转 8、此驱动器非常时候控制飞思卡尔智能车，驱动器压降小，电流大，驱动能力强。【标注图片】直流电机的控制实例使用驱动器可以控制一台直流电机。电机分别为OUT1和

2、OUT2。输入端EN可用于输入PWM脉宽调制信号对电机进行调速控制。（如果无须调速可将EN使能端，接高低电平，高电平启动，低电平停止。也可由单片机输出直接控制）实现电机正反转就更容易了，输入信号端IN1接高电平输入端IN2接低电平，电机正转。（如果信号端IN1接低电平， IN2接高电平，电机反转。）可参考下图表：电机旋转方式控制端IN1控制端IN2EN使能端M正转高低高反转低高高调速*输入PWM信号直流电机测试程序【原理图】【测试程序】/* 汇诚科技实现功能:调试程序使用芯片：AT89S52 或者 STC89C52晶振：11.0592MHZ编译环境：Keil作者：zhangxinchun淘宝店

3、：汇诚科技*/#include #define uchar unsigned char/宏定义无符号字符型#define uint unsigned int /宏定义无符号整型sbit P2_0=P20;/启动sbit P2_1=P21;/停止sbit P2_2=P22;/正转sbit P2_3=P23;/反转sbit P1_0=P10;/使能sbit P1_1=P11;/IN1sbit P1_2=P12;/IN2/* 延时函数*/void delay(uchar t)/延时程序uchar m,n,s;for(m=t;m0;m-)for(n=20;n0;n-)for(s=248;s0;s-);

4、/* 主函数*/main()while(1) if(P2_0=0)delay(3);if(P2_0=0)/启动 P1_0=1; P1_1=1; P1_2=0; if(P2_1=0)delay(3);if(P2_1=0)/停止 P1_0=0; if(P2_2=0)delay(3);if(P2_2=0)/正转 P1_1=1; P1_2=0; if(P2_3=0)delay(3);if(P2_3=0)/反转 P1_1=0; P1_2=0; /* 结束*/L6203DMOS(消耗型金属氧化物半导体)全控桥驱动器n 供电电压：48Vn 最大峰值电流5A（L6021最大2A）n 电流有效值：n L6201

5、: 1A; L6202: 1.5A; L6203/L6201PS: 4An RDS (ON) 电阻值 0.3 W (室温 25 C) n 击穿电压保护n 兼容TTL电路n 运行最高频率100KHzn 热滞n 集成逻辑电路使用n 高效概述L6201是一种应用多源BCD(Bipolar,CMOS,DMOS)技术来控制电机的全控桥驱动器芯片，这种芯片能将独立的DMOS场效应晶体管和CMOS以及二极管集成在一块芯片上。由于使用模块化扩展技术，L6201可以实现逻辑电路及功率级的优化。DMOS场效应管能在42V的电压下运行，同时具备高效、高速的切换性能。兼容所有的TTL, CMOS and mC输入。每

6、个独立的逻辑输入能控制一个沟道(半桥)，而公共的使能端可以控制两个沟道。L6201共有3中不同的封装型号。多源BCD技术分类数据：L6201(SO20表面贴片)L6201PS(PowerSO20)L6202(双列直插封装18引脚)L6203(Multiwatt封装)结构图引脚连接图（俯视）引脚功能芯片名称功能L620L6201PSL6202L6203116110SENSE外接电阻，提供电机反馈控制电流217211ENABLE高电平有效，选择IN1或者IN2接口32,3,9,12,18,193N.C.不接线4.546GND公共接地端1,105GND公共接地端6,76GND公共接地端87N.C.不

7、接线9481OUT2第二个半桥的输出口10592Vs电源端116103OUT1第一个半桥的输出口（续）127114BOOT1引脚外接自举电容来确保第一级DMOS场效应管有效138125IN1电机的数字信号输入14,15136GND公共接地端11,2014GND公共接地端16,1715GND公共接地端1813167IN2电机的数字信号输入1914178BOOT2引脚外接电容来确保第一级DMOS场效应管有效2015189Vref内置参考电压，通过电容充电。含有内置电阻，最大电源输出2mA绝对最大额定值符号参数数值单位VS电源端52VVOD不同的输出端的电压（在Out1到Out2之间）60V60VV

8、IN ,VEN输入或者是使能电压-0.3到+7VIO脉冲输出电流 对于L6201PS/L6202/L6203（注1）无重复 对于 L6201对于6201PS/L6202/L6203直流输出电流 对于L6201 (注1)55101AAAAVsenseSensing Voltage 检测电压-0.1到+4VVbBoostrap Peak Voltage 自举电容峰值电压60VPtot总功耗Tpins = 90C 对于 L6201 对于 L6202Tcase = 90C 对于 L6201PS/L6203Tamb = 70C 对于 L6201 (注2)对于 L6202 (注2)对于 L6201PS/L

9、6203 (注2)45WWWWWWTstg Tj储能端节点-40到+150C注1：脉冲宽度仅受节点及电热阻抗的影响（详见热特征参数表）注2：配置最小面积的铜片热特征参数符号参数数值单位L6201L6201PSL6202L6203Rthj-pinsRthj-caseRthj-amb 节点引脚热电 max 最大值节点内热阻 max. 最大值节点外热阻 max. 最大值158513（*）1260335C/W（*）安装铝制基片电路板电气特性（测试电路参数：温度=25C ,，电压42V，传感电压0V，无别的特殊要求）符号参数测试条件最小典型值最大单位Vs电源端123648VVrel

10、参考电压IREF=2mA13.5VIREF输出电流2mAIs静态电流EN = H VIN = LEN = H VIN = H IL = 0EN = L ( 图. 1,2,3) 10108151515mAmAmAfc通信频率(*)30100KHzTj热关断150CTd死区时间100ns晶体管关断IDSS漏电流图。11 1mA导通RDS0.30.55VDS(ON)漏电压图。9IDS=1A L6201IDS=1.2A L6202IDS=3A L6201PS/03 0.30.350.9VVVVSENS检测电压-14V二极管源极，漏极VSD正向偏置图。6a和b0.9(*)0.9(*)1.35(*)VVV

11、trr反向偏置IF=1A L6201IF=1.2A L6202IF=3A L6203300nstfr正向导通时间200ns逻辑电平VINL VENL输入低电平-0.30.8VVINH VENH输入高电平27VIINL IENL输入低电平Vin，Ven=L-10AIINH IENH输入高电平Vin，Ven=H30A电气特性（续）芯片控制逻辑时序符号参数试验条件最小典型最大单位t1(Vi)源电流关断延迟时间图12300nst2(Vi)源电流关下降间图12200nst3(Vi)源电流导通延迟时间图12400nst4(Vi)源电流上升时间图12200nst5(Vi)反向电流关断延迟时间图13300ns

12、t6(Vi)反向电流下降时间图13200nst7(Vi)反向电流导通延迟时间图13400nst8(Vi)反向电流上升时间图13200ns（*）受限于功耗（*）在同步整流中的（L6202/03）VSD压降如图4所示;一般L6201的电压值是0.3V图1。典型和Tj的示意图图2。典型静态电流和频率的示意图图3。典型Is和Vs的示意图图4。典型Rds和Vref的示意图（Vref从Vs到Vref）图5。正常状态（25C）Rds的阻止与温度变化的示意图图6（a），同步整流下二极管的状态（L6201）图6（b），同步整流下二极管的状态（L6201PS/02/03）图7（a）。典型功耗与IL的示意图（L62

13、01）图7（b）。典型功耗与IL的示意图（L6201PS/02/03）图8（a）。两相斩波图8（b）。单项斩波图8（c）。使能端斩波测试电路图9。饱和电压图10。静态电流图11。漏电流示意图图12。源电流延迟时间及输入斩波示意图图13。反偏电流延迟时间及斩波电路概述L6201/1PS/2/3是一种应用多源BCD(Bipolar,CMOS,DMOS)技术，用于电机切换驱动的整块全桥芯片。多源BCD技术是集成多个或者单独的DMOS场效应晶体管，另外还混合MOS管/二极管的控制电路。通过使用这种技术使得这类芯片具备兼容所有TTL,COMS和mC并且可以消除外部MOS设备的驱动问题。逻辑驱动图如表1所

14、示。表1输入场效应管的输出(*)VEN=LIN1IN2LLHHLHLHSink1，Sink2Sink1,Source2Source1,Sink2Source1.Source2VEN=LXX所有场效应管关断L表示低电平 H表示高电平 X表示任意状态(*)INPUT1和INPUT2是控制器的数字输出级虽然L6201/1PS/2/3这类芯片能保证被击穿的情况的发生，但是不能避免由于DMOS管配置二极管的内部结构而引起的强电流产生的检测热量。这种现象的产生主要是由于与节点组合的C1和C2两个电容充放电（如图14）。当输出有高电平向低电平转换的时候，一股的尖峰电流注入电容C1。在低电平向高电平转化的过程

15、中同样有一股大的尖峰电流注入电容C2，底部DMOS场效应管的输入电容的充电导致在尖峰电流之前有电极性的跳变（如图15）。图14.DMOS场效应管的内部结构图15.在检测引脚的尖峰电流刘示意图晶体管的运转导通状态当DMOS的其中一端处于到通的状态，那么可以说电阻RDS(ON)始终处于能操控的范围。在此期间的功耗的表达式：PON = RDS (ON) IDS2 (RMS)多源BCD过程的低阻态电阻RDS(ON) 在低功耗的情况选能提供高电流关断状态当DOMS的其中一端关断的时候，那么VDS的电压等于电压源的电压，同时只有漏电流IDSS存在。此间的功耗有如下的公式：POFF = VS IDSS此时的

16、功耗十分低，较导通时候的功耗是可以被忽略的晶体管几乎可以发现，上述的晶体管的源极和沟道间内置二极管，二极管运行在一种快速，任意方向的切换模式。在下次循环之前，使能端处于与高电平的状态，电压降等于电阻(RDS (ON)电流(ID)的乘积直到达到二极管的正向偏置电压。当使能端是低电平时，场效应管关断，同时所有电流施加于二极管。在反复循环的过渡时期的功率取决于电压电流的波形以及驱动方式（如图7(a),(b),图8(a)，(b),(c)）Ptrans. = IDS (t) VDS (t)自举电容只有所有的N沟道在10V的栅极电压下才能够确保DMOS晶体管的正确驱动。对于底部的接地晶体管来说很容易证明，

17、但是上部的晶体管显然需要一个更高的驱动电压。当达到内置充电电流的达到峰值的时候能结合自举电容正确驱动。为了充电能够有效的进行，自举电容的值应当大于1nF的晶体管的输入电容。所以自居电容至少是10nF的。如果自居电容的取值过小会引起场效应管的充电不充分，并导致RDS (ON)呈高阻态。另一方面来说如果使用一个高容抗的电容那么在检测电阻上会产生尖峰电流。参考电压对于一个内部含有阻抗，电压的电路来说，应该在引脚和接地端放置一个电容。容抗为0.22 mF的电容是以满足条件。引脚可以被最大为2mA的电流击穿，所以必须加以保护。死区时间为了保护桥臂中的同步电容引起的轨对轨短路电流，集成芯片提供了长于40n

18、s的死区时间热电阻的保护热保护电路是必须具备的，一旦在节点温度达到150摄氏度的时候，那么它就失效了。只有当温度降到安全的范围之内，重置驱动器，输入和使能信号才能被控制。应用信息循环电路使能端置高电平时，电路是循环的。晶体管的电压降可以通过RDS(ON) IL的乘积表示，电压降的大小取决于珊源极的二极管特性。虽然驱动器受传导的保护，尖峰电流还是能够通过内置的珊源级电容的充放电现象到达检测引脚端。那么在这样的一个设备中，这不是引起任何的问题的，因为检测电阻能够承受的电压是被设计好的。上升时间Tr(如图16.)在电桥的对桥臂上的电容经上升时间充电达到最大值电流IL时，此时的能量表达式：EOFF/O

19、N = RDS (ON) IL2 Tr 2/3负载时间TLD(如图16)在此期间的功率主要是由电阻也折算侧的功率组成，电阻消耗的功率：ELD = IL2 RDS (ON) 2 T负载折算侧的功率：E折算 = VS IL TCOM fSWITCH T负载其中：折算侧的计算时间等于导通和关断的时间，选择频率等于斩波频率由上升时间可以推导，下降时间应该有类似的公式：EON/OFF = RDS (ON) IL2 Tf 2/3静态功耗驱动器能耗的最后组成部分是静态功耗，公式如下：E静态 = I静态 Vs T图16一个周期内的能耗ETOT = EOFF/ON + E负载 + E折算 + EON/OFF +

20、 E静态总功耗的计算中的变量符号含义：功耗等于能除以周期时间Tr表示 上升时间TLD表示 负载驱动时间Tf 表示下降时间Td表示 死区时间T 表示一个时间段T = Tr + TLD + Tf + Td直流电机速度控制L6201/1PS/2/3自从制造成H全桥的封装芯片就被用作直流电机的控制。主要用于直流电机速度和方向的功率级的控制。如图17所示，L6201/1PS/2/3能够驱动像L6506的运用跨导放大器的电流整流器。在这样一个实际的组态电路中中，L6506只有一半的借口呗用到，另一半可以用来驱动第二台电机。L6506的检测电阻上的电流是镜像电流：能够检测并比较电机的调速及制动的电压。在L6

21、506的两个检测端都配置了电阻RS。如果L6506的输出和L6203的输入之间的连接过长的话，那么在L6203的输入端及接地端都要加电阻。在输出端还应该配以RC保持器，同样型号为BYW98的二极管也被用在连接电源出入端和接地端之间。如下的公式可以用来计算保持器的数值：R VS/lpC = lp/(dV/dt)其中：VS是源电压的最大值；IP是负载峰值电流；dv/dt受限于上升时间的输出电压(一般是V/ms)。如果电源没有击穿电流保护，那么一个适当大一点的电容可以用在连接在L6203的供电端引脚。在17号引脚的电容能够使得芯片更好的工作。电机的的电流上线是2A。L6202可用于同样电流，24V的

22、电机。图17：双端电机控制双极进电机双极步进能在一片L6506或者L297，这两种BCD全桥驱动器，并加上一些外部设备。综合上述三种芯片才能组成一个完整的微处理器电路接口。如图18、19所示，控制器是直接连接两BCD驱动桥。外部扩展设备用到的是最小化的电路:一个斩波频率电路的RC网络，电阻(R1; R2)组成的比较器驱动，参考电压和保持电压是电阻和电容的串联。(详见直流电机的速度控制)图18。两相双极步进电机斩波控制电路图19。两相双极步进电机斩波、晶体管控制电路驱动电机的最小电压可以低于规定的最低12V的电压(详见电气特性表)；如此，可以有这样一个假设，适当减少电阻R DS (ON)的阻值，

23、从而减少最后一级的供电电压，能从图20可以看出。图20 L6201/1P/2/3的电压范围为918V热特性基于此类驱动器的高效性能，往往不需要真正的热击穿或者就是很容易就能在P.C.B上做成斩波电路(L6201/2)。在重载的时候，L6203需要适当的降温。同样的情况，当斩波电路作用在L6201上时，如图23，图21指出该如何选择的基区面积。L6201的功耗如上述表达式：RTh j-amb = (Tj max. Tamb max) / Ptot 图22能看出在一个脉冲宽度时间内电阻值与温度的关系。图23和24涉及到L6202。对于L6203还有一个附加的条件，图25(热电阻与周围温度的影响)及

24、图26(峰值热电阻和脉冲宽度的关系)，而图27则是单脉冲热阻值。图21.L6201的RTh J-amb与基底面积示意图图22。典型电阻值与单脉冲示意图图23.L6202的RTh J-amb与基底面积示意图图24.L6202的典型电阻值与单脉冲示意图图25. Multiwatt封装的功耗图26.L6203的典型电阻值与重复脉冲示意图图27.典型热电阻脉冲宽度与周期对比系数 L297步进电机控制器n 常规波形驱动n 半/全步方式n 顺/逆时针转动方向n 规定的开关负载电流n 可编程负载电流n 外接设备少n 复位输入&基准输出n 使能端输入概述L297基于微处理器技术的集成电路芯片，用做两相双极性或

25、四相单极性的步进电机控制器。电机能在半步，标准波形下或者是PWM斩波电路的选择方式下的线圈电流下驱动。这类芯片的特点：值需要时钟信号，电机的旋转方向的输入信号。自从微处理器的集成化和可编程化的运用，相角控制使用大量的减少。封装在双列直插(20引脚)和表面贴片(20引脚)的L297被做成一整块全桥的驱动器，在L298N、L293E或者别的驱动器的驱动下使用。分类数据：L297/1(双列直插20引脚) L297d(表面贴片20引脚) 绝对最大额定值符号参数数值单位VS电源端10VVi输入信号7VPtot功耗(Tamb=70C)1WTstg,Tj储能端和节点-40到+150C两相双极性步进电机控制电

26、路引脚图(俯视)结构图 (L297/1 - L297D)引脚功能 L297/1 - L297D序号名称功能1SYNC芯片输出斩波器在外施时钟源输入的情况下，同步引脚输出端应用于连接所有L297的同步引脚和斩波器，并非单个的引脚。2GND接地端3HOME集电极开路输出端。当L297的初始化(ABCD端口置0101)时能与斩波器相连。信号有效，晶体管运行4A电机的A相功率级5低电平有效，能控制A、B相的驱动双极性电机在此信号驱动下，能迅速衰减线圈电流。当Control端是低电平时，也能用于斩波电路。6B电机的B相功率级7C电机的C相功率级8低电平有效，能控制C、D相的驱动功能同INT1一样9D电机

27、的D相功率级10ENABLE芯片的使能端。置低电平时，INT1,INT2,A,B,C,和D才又能使用11CONTROL控制端取决于斩波器斩波器低电平置于INT1和INT2，或者高电平置于ABCD线上12VS5V的输入电压13SENS2检测C、D相的负载电流，电压14SENS1检测A、B相的负载电流，电压15Vref斩波器的参考电压，决定了引脚的峰值伏在电压16OSC终端的RC(R接VCC电源端，C接地)电路决定了斩波器的等级。此端口在不同的芯片的组态不一定一样。f 1/0.69 RC17时钟上升沿/下降沿控制输入电机的物理旋转方向同时取决于线圈电流方向改变电流方向能随时改变旋转方向18步进时钟

28、脉冲，低电平有效，一个时钟脉冲驱动电机前进一步19Half/Full不仅输入。高电平为半步运行，低电平为整步运行。当L297在偶数的状态，单相电机选择FULL。两相电机在晶体管奇数时选择FULL(HOME置初始状态)20复位输入，低电平有效。完成初始化(ABCD端口置0101)热阻值数据符号参数DIP20S020单位Rthj-amb节点外热阻能 最大值80100C/W电路介绍L297的主要用途是电机的驱动双桥，大林管(复合晶体管)，矩阵芯片。这类芯片受到控制器的时钟信号，方向信号控制(一般的控制器是微处理器)，并结合空如信号产生不同的功率级。实现这些功能的主要部分是晶体管，晶体管依据电机的相序

29、，PWM的电流方向及线圈的方向。晶体管依据HALF/FULL引脚的选择有三种工作方式。其一，常规方式(两相导电)，波形驱动(单相导电)，半步驱动(单相导电和两相导电的交替)。L297的两种中断方式也同样能够驱动半步，波形模式。三类信号，直接作用于L298的使能端，在线圈不导电的时候是电流衰减。当L297用作单相电机的驱动器，那么主要作用于这些线上：A,B,C,D,INT1和INT2。相线AB还有CD是交替斩波的，当一组斩波时另一组闲置，除非有中断的信号到来。在L297和L298的组态技术中，忽略了负载的功耗。一个共模斩波器，需要2个双稳态多谐振荡器(触发器)FF1和FF2来提供脉冲。测量检测电阻(连接在SENS1和SENS2之间)，当线圈上的电流到达可编程的峰值电压Vref，内置的同步比较器会重置2个双稳态多谐振荡器。期间中间将一直有效，直到斩波器的脉冲到达的时候。两个线圈的峰值电压，都是通过的参考电压Vref的可编程化来实现的。在这个组态电路中，接低噪声的通过同步斩波器被很好的克服。依赖于所有连接的SYNC