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原创 IPM模块和中小功率直流电机常用驱动电路介绍

 2009-8-30 15:23  8405 13 11 分类: 电源/新能源

摘要：本文收集整理了部分关于IPM模块和中小功率直流电机常用的驱动电路资料。<?xml:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" />

一、IPM 智能功率模块

智能功率模块（英文名称：intelligent power module，简称IPM）广泛应用于交流电机变频调速和直流电机斩波调速以及各种高性能电源（如UPS、感应加热、电焊机、有源补偿、DC-DC等）、工业电气自动化等领域，有着广阔的市场。

智能功率模块的特点：

结构方面

驱动及控制性能方面

IPM由高速低功耗的IGBT管芯和优化的栅极驱动电路以及快速保护电路组成。即模块内部不仅把IGBT功率开关器件和驱动电路集成在一起，而且还具有过电流和过热等故障检测电路，即使发生负载短路或过热事故，也可以保护IPM不受损坏。

开关速度快。模块内的IGBT芯片都选用高速型，而且驱动延时小，所以开关速度快，损耗小。

复杂的电联结经过巧妙设计，布线极为合理，外形美观，体积小，结构紧凑。因此大大减少和缩短了连线，很好地解决了高速开关器件和驱动电路的分布参数问题，因而得到了较高的技术指标。同时给用户安装带来极大的方便。

低功耗。模块内部的IGBT导通压降低，开关速度快，所以功耗小。

由于产品是采用电力半导体模块工艺生产，基本是靠模具和自动化设备进行生产，受人的因素干扰小，产品质量稳定。该产品在材料成本、制造费用、生产规模等方面都具有较大优势。与其他形式的IPM相比具有较大的竞争力和市场优势。

具有快速的短路保护功能。模块实时检测IGBT电流，当发生严重的过流或直接短路时，IGBT将被软关断。

主电路采用进口的IGBT方形芯片、高级芯片支撑板，模块压降小功耗低，效率高，节电效果好。

采用先进的开关电源制造技术，通过独特方法实现隔离输出，满足驱动电路需要，并保证人身安全。另外，控制端子与主电路电气隔离，非常方便地实现了模块间的随意串并联，为制造大功率控制设备创造了条件。

具有过热保护功能。在靠近IGBT芯片的绝缘基板上安装了温度传感器件，当基板达到设定温度时，IPM模块内部控制电路将截止栅极驱动。

采用（DCB）陶瓷覆铜板，经独特处理方法和特殊焊接工艺，保证焊接层无空洞，导热性能好。
模块内部采用进口高热导绝缘硅凝胶灌封，满足主电路所有芯片绝缘、防潮、导热的需要。外部采用环氧树脂浇注，实现上下壳体的牢固联结，以达到较高的防护强度和气闭密封。

具有栅极驱动欠压封锁功能。如果发生栅极驱动电压欠压，使IGBT进入放大区，模块内部控制电路将截止栅极驱动。

采用进口专用IC、贴片元件等，大大提高了智能化控制能力，保证了驱动和控制电路的可靠性。

无须采取防静电措施。

主电路、控制电路、与铜导热底板相互绝缘，绝缘耐压≥2500V（RMS），保证人身安全。

抗干扰能力强。优化的栅极驱动与IGBT集成，布局合理，无外部驱动线。

二、中小功率直流电机常用驱动电路

中小功率直流电机在日常生活中应用比较广泛，从民用玩具到各种工业用直流伺服系统。下面将介绍几种在中小功率直流电机常用驱动芯片及其应用。

BA6208

BA6208/F应用广泛，它能提供标准的100 mA驱动电流，内部的制动电路可以用来制动电机，并设浪涌电流500 mA吸收电路。常用于DVD或VCD、小型机器人小车等出入仓直流电机的驱动。其内部功能框图如下图所示：

<?xml:namespace prefix = v ns = "urn:schemas-microsoft-com:vml" />

BA6208/F有两种封装形式，其中BA6208采用单列直插式9脚封装，采用8脚PQFP封装。

可工作在4.515 V宽电压范围下，其集成电路的引脚功能及数据见表2-36及表2-37所列，它们均实测新科VCD<?xml:namespace prefix = st1 ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:smarttags" />-320A型VCD机。

BA6208输入与输出控制逻辑真值表如下图所示：

LG9110

LG9110 是为控制和驱动电机设计的两通道推挽式功率放大专用集成电路器件，
将分立电路集成在单片IC 之中，使外围器件成本降低，整机可靠性提高。该芯片有两个TTL/CMOS 兼容电平的输入，具有良好的抗干扰性；两个输出端能直接驱动电机的正反向运动，它具有较大的电流驱动能力，每通道能通过750 ～800mA 的持续电流，峰值电流能力可达1.5 ～2.0A ；同时它具有较低的输出饱和压降；内置的钳位二极管能释放感性负载的反向冲击电流，使它在驱动继电器、直流电机、步进电机或开关功率管的使用上安全可靠。LG9110 被广泛应用于玩具汽车电机驱动、步进电机驱动和开关功率管等电路上。国内广州双龙公司的机器人就是多由该芯片驱动。

其工作特点及参数：

其封装形式如下图所示：

其控制方法为：

典型应用电路如图所示：

L6201

ST汤姆森公司的L6201系列内部集成了独立的DMOS电力功率管（结合CMOS和双极性电路）组成的H桥式电路、隔离电机返程电压的保护管、可在器件过热时自动关闭电机的热敏传感器，可直接驱动的工作电压高达48V，工作电流为5A的电机，在90摄氏温度时其功耗为4W。其内部框图如下图：

市场上出售的L6201有三种封装形式，分别是双列直插、表面封装和Multiwatt封装。

引脚图如下图所示：

其带短路器的电流控制器控制两项双极步进电机电路图如下图所示：

LMD18200

LMD18200是美国国家半导体SNC公司生产的一种用于驱动电机的专用集成电路芯片，通常工作电流为3A,工作电压50V。芯片结温达145℃，结温达170℃时，芯片关断；该器件提供了一个可在即将进入过热状态时提供过热报警信号的管脚。与L6201不一样的是，它并没有在其驱动晶体管接地端接入电流感应电阻。为了实现电流检测功能，该器件在其H-桥电路中利用一个独立管脚CURRENT SENSE OUTPUT来映射驱动电流的大小。当流过H桥中的电流为1A时，管脚的电流为377uA。该信号可以直接作为模数转换器或者比较器的输入信号，用于反馈控制电机。

工作原理：

内部集成四个DMOS管，组成一个标准的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左右的工作频率。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，向开关管栅极输入的电容充电速度越快，电压上升的时间越短，工作频率能更高。引脚2、10接直流电机电枢，正转时电流的方向应该从引脚步到引脚10；反转时电流的方向应该从引脚10到引脚2。电流检测输出引脚8能接一个对地电阻，通过电阻来输出过流情况。内部保护电路设置的过电流阈值为10A，当超过该值时会自动封锁输出，并周期性的自动恢复输出。如果过电流持续时间较长，过热保护将关闭整个输出。过热信号还可通过引脚9输出，当结温达到145度时引脚9有输出信号其内部功能框图如下图示：

其引脚封装如下图所示：

UCN5804

UCN5804B 是ALLEGRO公司的BiMOS II 单极性步进电机译码器/驱动器, 结合了大电流和高电压双极输出的低功率CMOS 逻辑电路，UCN5804B 和UCN5804LB BiMOS II 译码器和驱动器给一个四相单极性步进电机提供了完善的控制和驱动功能。CMOS 逻辑部分提供了时序逻辑，方向和输出的使能控制及上电复位功能。三种步进电机驱动模式：单相、两相和半步，可通过外部选择。输入可兼容标准COMS，PMOS 和NMOS 电路。TTL 或LSTTL 需选用适当的上拉电阻来提供逻辑输入高电平。

单相驱动方式按A-B-C-D （或D-C-B-A ）的顺序激励一个电机相位。这种激励模式消耗最少的能量，并能保证在电机绕组不平衡时的位置精度。两相驱动模式以各自的制动位置，同时激励两个相邻的相位（AB-BC-CD-DA ）。这种时序模式能改善转矩和速率的乘积，提供较大的制动力矩及电机共振时较好的稳定性。半步激励方式介于单相和两相模式之间（A-AB-B-BC-C-CD-D-DA ），提供八步时序。

其特点：

1.5A 最大输出电流,35V 持续输出电压,单相、两相和半步驱动模式,内部钳位二极管,输出使能和方向控制上电复位功能,内置热关断保护电路.

其引脚图和内部功能框图如下图所示：

典型最大最小参数如下：

1. 输出电压 Uce="50V"

2. 输出持续电压Uce_(sus)=35V

3. 输出反向电流IOUT=1.5A

4. 器件工作逻辑电源VDD=7.0V

5. 器件输入电源VIN=7.0V

6. 工作温度-20-85摄氏度

其时序图如下：

典型应用图如下：