一种基于LMD18200T直流伺服电动机驱动器的设计

摘要：在伺服控制系统中，我们经常会使用到电机驱动器。常规驱动器电路硬件结构设计复杂、系统运行可靠性不高、体积较大。所以为了提高伺服系统的可靠性、减小其体积，我们设计了一种基于LMD18200T的直流伺服电动机驱动器，控制信号采用光隔电路，提高驱动器稳定性。实践证明：该驱动器具有良好的调速性能、可靠性高、体积小等优点。

关键词：LMD18200T；直流伺服电动机；光隔电路；驱动器

中图分类号：TM383 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）16-0026-02

开发一个电动机控制驱动器是一项繁琐的工作。过去用逻辑集成电路、比较器、晶体管、二极管等电子元器件装配在一个面板上，并使用分立的MOSFET或绝栅双极管连接成的一个H桥或半桥输出电路。这种方法设计的驱动器存在设计周期长、电路复杂、稳定性差、效率低等缺点。针对上述缺点，我们选用LM18200T作为驱动芯片，设计了一种新式直流电机驱动器。

1 LMD18200T介绍

1.1 参数和引脚介绍

LMD18200T是一种专用于直流电动机驱动的H桥组件。它将4个H桥功率组成器件和逻辑控制电路封装在一个有11个引脚的芯片中。峰值电流：6A，连续电流：3A，工作电压：最高达55V，信号输入兼容TTL和CMOS。

引脚1、11是桥臂1、2自举电容输入端。引脚2、10是H桥输出端。引脚3、4、5分别是方向输入端、刹车输入端、PWM信号输入端，PWM信号、方向信号、刹车信号三者的配合使用关系见表1。同时方向信号的使用取决于PWM信号类型。引脚6、7是直流电源正负输入端。引脚8是电流检测输出端，典型值为377uA/A。引脚9是温度报警输出端，提供温度报警信号。

1.2 原理

四个DMOS管集成在芯片内部组成H型驱动桥。通过充电泵电路为上桥臂的2个开关管提供栅极控制电压，充电泵电路由一个300kHz的振荡器控制。若需要更高的工作频率，可在引脚1、11外接电容形成第二个充电泵电路。外接电容越大，频率更高。脚2、10接直流电机正负极，电流方向：正转，脚2→脚10；反转，脚10→脚2。脚8接一个电阻再接地，过流情况通过电阻来检测。它的内部设计有保护电路，过流值为10A，当电路电流超过10A或者过流时间过长，芯片会自动停止输出并且会周期性恢复。

2 驱动器电路设计

根据LMD18200T的电路，可以直接用主控制器接信号线控制LMD18200T来驱动电机。这种方法理论上没有问题，但是这种方法设计的驱动器的强电和弱电共地。这样强电就可能干扰弱电信号，影响控制的可靠性。同时可能由于短路导致主控制器被烧坏。为了避免这些不足，这里采用光隔电路来隔离强电与弱电。控制信号经过光耦点亮其内部发光二极管，使光耦另一侧的三极管导通。电信号转换为光信号，从光耦一侧传到另一侧，最终又转换为电信号输出，实现强电与弱电隔离。

常用高速光耦有HCPL2631、6N137等，低速光耦有PC817、TLP521系列等。PWM信号频率较高，我们使用高速光耦HCPL2631；BRAKE（刹车信号）、DIRECTION（方向信号）频率较低，我们使用低速光耦TP521-4。光耦可以是共阴极，也可以是共阳极工作。共阴极工作方式：信号输入端接光耦内部二极管正极端引脚，二极管负极端引脚接地（此地和信号应共地）。当有信号输入时，光耦导通；否则，光耦不导通。共阳极工作方式：信号输入端接光耦内部二极管负极端引脚，二极管正极端引脚接外接的VCC（此高电平应和信号共地）。当有信号输入时，光耦不导通；否则，光耦导通。这里选择共阳极工作方式，光耦隔离电路见图1。

PWM有两种控制方法：双极性PWM控制方式和单极性PWM控制方式。双极性PWM控制方式：PWM信号包含幅值信息和方向信息。3脚接PWM信号，5脚接高电平。PWM信号占空比与电机运动关系：占空比是50%，电机不转；占空比小于50%，电机反转；占空比大于50%，电机正转。单极性PWM控制方式：3脚接方向信号，其输入电平：正转，高电平；反转，低电平。5脚接PWM信号，其占空比与电机转速成正比关系。

本文介绍单极性PWM控制方式，直流伺服电机电源电压为24V，设计总电路图如图1。脚3接方向信号，脚5接PWM信号。当脚3信号输入是高电平时，驱动器电流从脚2流入脚10；为低电平时，电流则从脚10流入脚2。PWM信号的占空比与电机转速成正比关系。当给光耦输入信号，光耦内的发光二极管发光，当光强达到一定强度（一般要求电流大于10mA）时，光耦导通，信号传到另一侧，实现光电隔离。LMD18200T收到信号后输出电流，驱动电机运动。

3 结语

利用LMD18200T设计驱动器设计过程简单、周期短，外围电路简单、可靠，体积小，且能够很好地服从控制信号的命令。由于该驱动器是开环的、纯粹的功率放大器。在没有主控板时，该驱动器是不能够工作的。可以在该驱动器上加上控制芯片，设计成闭环控制系统。

参考文献

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

[2] HCPL2631 Datasheer FAIRCHILD 2005.

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

[4] 吴红星.电动机驱动与控制专用集成电路应用手册[M].北京：中国电力出版社，2009.

[5] 谭建成.电动机控制专用集成电路[M].北京：机械工业出版社，2003.

[6] 谢宝昌，任永德.电机的DSP控制技术及其应用[M].北京：航空航天大学出版社，2004.

作者简介：唐松（1992—），男，江西宜春人，武汉大学学生，研究方向：机械制造设计制造及其自

动化。

摘要：在伺服控制系统中，我们经常会使用到电机驱动器。常规驱动器电路硬件结构设计复杂、系统运行可靠性不高、体积较大。所以为了提高伺服系统的可靠性、减小其体积，我们设计了一种基于LMD18200T的直流伺服电动机驱动器，控制信号采用光隔电路，提高驱动器稳定性。实践证明：该驱动器具有良好的调速性能、可靠性高、体积小等优点。

关键词：LMD18200T；直流伺服电动机；光隔电路；驱动器

中图分类号：TM383 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）16-0026-02

开发一个电动机控制驱动器是一项繁琐的工作。过去用逻辑集成电路、比较器、晶体管、二极管等电子元器件装配在一个面板上，并使用分立的MOSFET或绝栅双极管连接成的一个H桥或半桥输出电路。这种方法设计的驱动器存在设计周期长、电路复杂、稳定性差、效率低等缺点。针对上述缺点，我们选用LM18200T作为驱动芯片，设计了一种新式直流电机驱动器。

1 LMD18200T介绍

1.1 参数和引脚介绍

LMD18200T是一种专用于直流电动机驱动的H桥组件。它将4个H桥功率组成器件和逻辑控制电路封装在一个有11个引脚的芯片中。峰值电流：6A，连续电流：3A，工作电压：最高达55V，信号输入兼容TTL和CMOS。

引脚1、11是桥臂1、2自举电容输入端。引脚2、10是H桥输出端。引脚3、4、5分别是方向输入端、刹车输入端、PWM信号输入端，PWM信号、方向信号、刹车信号三者的配合使用关系见表1。同时方向信号的使用取决于PWM信号类型。引脚6、7是直流电源正负输入端。引脚8是电流检测输出端，典型值为377uA/A。引脚9是温度报警输出端，提供温度报警信号。

1.2 原理

四个DMOS管集成在芯片内部组成H型驱动桥。通过充电泵电路为上桥臂的2个开关管提供栅极控制电压，充电泵电路由一个300kHz的振荡器控制。若需要更高的工作频率，可在引脚1、11外接电容形成第二个充电泵电路。外接电容越大，频率更高。脚2、10接直流电机正负极，电流方向：正转，脚2→脚10；反转，脚10→脚2。脚8接一个电阻再接地，过流情况通过电阻来检测。它的内部设计有保护电路，过流值为10A，当电路电流超过10A或者过流时间过长，芯片会自动停止输出并且会周期性恢复。

2 驱动器电路设计

根据LMD18200T的电路，可以直接用主控制器接信号线控制LMD18200T来驱动电机。这种方法理论上没有问题，但是这种方法设计的驱动器的强电和弱电共地。这样强电就可能干扰弱电信号，影响控制的可靠性。同时可能由于短路导致主控制器被烧坏。为了避免这些不足，这里采用光隔电路来隔离强电与弱电。控制信号经过光耦点亮其内部发光二极管，使光耦另一侧的三极管导通。电信号转换为光信号，从光耦一侧传到另一侧，最终又转换为电信号输出，实现强电与弱电隔离。

常用高速光耦有HCPL2631、6N137等，低速光耦有PC817、TLP521系列等。PWM信号频率较高，我们使用高速光耦HCPL2631；BRAKE（刹车信号）、DIRECTION（方向信号）频率较低，我们使用低速光耦TP521-4。光耦可以是共阴极，也可以是共阳极工作。共阴极工作方式：信号输入端接光耦内部二极管正极端引脚，二极管负极端引脚接地（此地和信号应共地）。当有信号输入时，光耦导通；否则，光耦不导通。共阳极工作方式：信号输入端接光耦内部二极管负极端引脚，二极管正极端引脚接外接的VCC（此高电平应和信号共地）。当有信号输入时，光耦不导通；否则，光耦导通。这里选择共阳极工作方式，光耦隔离电路见图1。

PWM有两种控制方法：双极性PWM控制方式和单极性PWM控制方式。双极性PWM控制方式：PWM信号包含幅值信息和方向信息。3脚接PWM信号，5脚接高电平。PWM信号占空比与电机运动关系：占空比是50%，电机不转；占空比小于50%，电机反转；占空比大于50%，电机正转。单极性PWM控制方式：3脚接方向信号，其输入电平：正转，高电平；反转，低电平。5脚接PWM信号，其占空比与电机转速成正比关系。

本文介绍单极性PWM控制方式，直流伺服电机电源电压为24V，设计总电路图如图1。脚3接方向信号，脚5接PWM信号。当脚3信号输入是高电平时，驱动器电流从脚2流入脚10；为低电平时，电流则从脚10流入脚2。PWM信号的占空比与电机转速成正比关系。当给光耦输入信号，光耦内的发光二极管发光，当光强达到一定强度（一般要求电流大于10mA）时，光耦导通，信号传到另一侧，实现光电隔离。LMD18200T收到信号后输出电流，驱动电机运动。

3 结语

利用LMD18200T设计驱动器设计过程简单、周期短，外围电路简单、可靠，体积小，且能够很好地服从控制信号的命令。由于该驱动器是开环的、纯粹的功率放大器。在没有主控板时，该驱动器是不能够工作的。可以在该驱动器上加上控制芯片，设计成闭环控制系统。

参考文献

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

[2] HCPL2631 Datasheer FAIRCHILD 2005.

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

[4] 吴红星.电动机驱动与控制专用集成电路应用手册[M].北京：中国电力出版社，2009.

[5] 谭建成.电动机控制专用集成电路[M].北京：机械工业出版社，2003.

[6] 谢宝昌，任永德.电机的DSP控制技术及其应用[M].北京：航空航天大学出版社，2004.

作者简介：唐松（1992—），男，江西宜春人，武汉大学学生，研究方向：机械制造设计制造及其自

动化。

摘要：在伺服控制系统中，我们经常会使用到电机驱动器。常规驱动器电路硬件结构设计复杂、系统运行可靠性不高、体积较大。所以为了提高伺服系统的可靠性、减小其体积，我们设计了一种基于LMD18200T的直流伺服电动机驱动器，控制信号采用光隔电路，提高驱动器稳定性。实践证明：该驱动器具有良好的调速性能、可靠性高、体积小等优点。

关键词：LMD18200T；直流伺服电动机；光隔电路；驱动器

中图分类号：TM383 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）16-0026-02

开发一个电动机控制驱动器是一项繁琐的工作。过去用逻辑集成电路、比较器、晶体管、二极管等电子元器件装配在一个面板上，并使用分立的MOSFET或绝栅双极管连接成的一个H桥或半桥输出电路。这种方法设计的驱动器存在设计周期长、电路复杂、稳定性差、效率低等缺点。针对上述缺点，我们选用LM18200T作为驱动芯片，设计了一种新式直流电机驱动器。

1 LMD18200T介绍

1.1 参数和引脚介绍

LMD18200T是一种专用于直流电动机驱动的H桥组件。它将4个H桥功率组成器件和逻辑控制电路封装在一个有11个引脚的芯片中。峰值电流：6A，连续电流：3A，工作电压：最高达55V，信号输入兼容TTL和CMOS。

引脚1、11是桥臂1、2自举电容输入端。引脚2、10是H桥输出端。引脚3、4、5分别是方向输入端、刹车输入端、PWM信号输入端，PWM信号、方向信号、刹车信号三者的配合使用关系见表1。同时方向信号的使用取决于PWM信号类型。引脚6、7是直流电源正负输入端。引脚8是电流检测输出端，典型值为377uA/A。引脚9是温度报警输出端，提供温度报警信号。

1.2 原理

四个DMOS管集成在芯片内部组成H型驱动桥。通过充电泵电路为上桥臂的2个开关管提供栅极控制电压，充电泵电路由一个300kHz的振荡器控制。若需要更高的工作频率，可在引脚1、11外接电容形成第二个充电泵电路。外接电容越大，频率更高。脚2、10接直流电机正负极，电流方向：正转，脚2→脚10；反转，脚10→脚2。脚8接一个电阻再接地，过流情况通过电阻来检测。它的内部设计有保护电路，过流值为10A，当电路电流超过10A或者过流时间过长，芯片会自动停止输出并且会周期性恢复。

2 驱动器电路设计

根据LMD18200T的电路，可以直接用主控制器接信号线控制LMD18200T来驱动电机。这种方法理论上没有问题，但是这种方法设计的驱动器的强电和弱电共地。这样强电就可能干扰弱电信号，影响控制的可靠性。同时可能由于短路导致主控制器被烧坏。为了避免这些不足，这里采用光隔电路来隔离强电与弱电。控制信号经过光耦点亮其内部发光二极管，使光耦另一侧的三极管导通。电信号转换为光信号，从光耦一侧传到另一侧，最终又转换为电信号输出，实现强电与弱电隔离。

常用高速光耦有HCPL2631、6N137等，低速光耦有PC817、TLP521系列等。PWM信号频率较高，我们使用高速光耦HCPL2631；BRAKE（刹车信号）、DIRECTION（方向信号）频率较低，我们使用低速光耦TP521-4。光耦可以是共阴极，也可以是共阳极工作。共阴极工作方式：信号输入端接光耦内部二极管正极端引脚，二极管负极端引脚接地（此地和信号应共地）。当有信号输入时，光耦导通；否则，光耦不导通。共阳极工作方式：信号输入端接光耦内部二极管负极端引脚，二极管正极端引脚接外接的VCC（此高电平应和信号共地）。当有信号输入时，光耦不导通；否则，光耦导通。这里选择共阳极工作方式，光耦隔离电路见图1。

PWM有两种控制方法：双极性PWM控制方式和单极性PWM控制方式。双极性PWM控制方式：PWM信号包含幅值信息和方向信息。3脚接PWM信号，5脚接高电平。PWM信号占空比与电机运动关系：占空比是50%，电机不转；占空比小于50%，电机反转；占空比大于50%，电机正转。单极性PWM控制方式：3脚接方向信号，其输入电平：正转，高电平；反转，低电平。5脚接PWM信号，其占空比与电机转速成正比关系。

本文介绍单极性PWM控制方式，直流伺服电机电源电压为24V，设计总电路图如图1。脚3接方向信号，脚5接PWM信号。当脚3信号输入是高电平时，驱动器电流从脚2流入脚10；为低电平时，电流则从脚10流入脚2。PWM信号的占空比与电机转速成正比关系。当给光耦输入信号，光耦内的发光二极管发光，当光强达到一定强度（一般要求电流大于10mA）时，光耦导通，信号传到另一侧，实现光电隔离。LMD18200T收到信号后输出电流，驱动电机运动。

3 结语

利用LMD18200T设计驱动器设计过程简单、周期短，外围电路简单、可靠，体积小，且能够很好地服从控制信号的命令。由于该驱动器是开环的、纯粹的功率放大器。在没有主控板时，该驱动器是不能够工作的。可以在该驱动器上加上控制芯片，设计成闭环控制系统。

参考文献

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

[2] HCPL2631 Datasheer FAIRCHILD 2005.

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

[4] 吴红星.电动机驱动与控制专用集成电路应用手册[M].北京：中国电力出版社，2009.

[5] 谭建成.电动机控制专用集成电路[M].北京：机械工业出版社，2003.

[6] 谢宝昌，任永德.电机的DSP控制技术及其应用[M].北京：航空航天大学出版社，2004.

作者简介：唐松（1992—），男，江西宜春人，武汉大学学生，研究方向：机械制造设计制造及其自

动化。