L6203直流电机驱动设计原理图及例程

L6203直流电机控制驱动器
【简要说明】
一、尺寸：长66mmX宽33mm X高28mm
二、主要芯片：L6203
三、工作电压：控制信号直流4.5~5.5V;驱动电机电压7.2~30V
四、可驱动直流（7.2~30V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
IN2
EN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：汇诚科技
*********************************************************************/ #include<reg52.h>
#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=P2^0;//启动
sbit P2_1=P2^1;//停止
sbit P2_2=P2^2;//正转
sbit P2_3=P2^3;//反转
sbit P1_0=P1^0;//使能
sbit P1_1=P1^1;//IN1
sbit P1_2=P1^2;//IN2
/********************************************************************
延时函数
*********************************************************************/ void delay(uchar t)//延时程序
{
uchar m,n,s;
for(m=t;m>0;m--)
for(n=20;n>0;n--)
for(s=248;s>0;s--);
}
/********************************************************************
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
*********************************************************************/
L6203
DMOS(消耗型金属氧化物半导体)全控桥驱动器
⏹供电电压：48V
⏹最大峰值电流5A（L6021最大2A）
⏹电流有效值：
⏹L6201: 1A; L6202: 1.5A; L6203/L6201PS: 4A ⏹R DS (ON) 电阻值0.3 Ω (室温25 ︒C)
⏹击穿电压保护
⏹兼容TTL电路
⏹运行最高频率100KHz
⏹热滞
⏹集成逻辑电路使用
⏹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 μC输入。

每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。

L 6201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
L620 L6201PS L6202 L6203
1 16 1 10 SENSE 外接电阻，提供电机反馈控制电流
2 17 2 11 ENABLE 高电平有效，选择IN1或者IN2接口
3 2,3,9,12
,18,19
3 N.C.
不接线
4.5 — 4
6 GND 公共接地端
—1,10 5 GND 公共接地端
6,7 — 6 GND 公共接地端
8 —7 N.C. 不接线
9 4 8 1 OUT2 第二个半桥的输出口
10 5 9 2 V s 电源端
11 6 10 3 OUT1 第一个半桥的输出口（续）
注2：配置最小面积的铜片热特征参数
（*）安装铝制基片电路板
电气特性（测试电路参数：温度=25︒C ,，电压42V，传感电压0V，无别的特殊要求）
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12 300 ns t2(Vi) 源电流关下降间图12 200 ns t3(Vi) 源电流导通延迟时间图12 400 ns t4(Vi) 源电流上升时间图12 200 ns t5(Vi) 反向电流关断延迟时间图13 300 ns t6(Vi) 反向电流下降时间图13 200 ns t7(Vi) 反向电流导通延迟时间图13 400 ns t8(Vi) 反向电流上升时间图13 200 ns （*）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（25°C）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（L6201）
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 C并且可以消除外部MOS设备的驱动问题。

逻辑驱动图如表1所示。

表1
输入 场效应管的输出(*) VEN=L
IN1 IN2 L
L H H
L H L H Sink1，Sink2 Sink1,Source2 Source1,Sink2 Source1.Source2 VEN=L
X
X
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：
P ON = R DS (ON) ⋅ I DS2 (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V DS 的电压等于电压源的电压，同时只有漏电流I DSS 存在。

此间的功耗有如下的公式：
P OFF = V S ⋅ I DSS
此时的功耗十分低，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(R DS (ON))电流(I D )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)）
P trans. = I DS (t) ⋅ V DS (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，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 μF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40ns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I L时，此时的能量表达式：
E OFF/ON = [R DS (ON) ⋅ I L2 ⋅ T r] ⋅ 2/3
负载时间T LD(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：
E LD = I L2 ⋅ R DS (ON) ⋅ 2 ⋅ T负载
折算侧的功率：
E折算= V S ⋅ I L ⋅ T COM ⋅ f SWITCH ⋅ 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：
E ON/OF
F = [R DS (ON) ⋅ I L2 ⋅ T f] ⋅ 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⋅ V s ⋅ T
图16
一个周期内的能耗
E TOT = E OFF/ON + E负载+ E折算+ E ON/OF
F + 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
T r表示上升时间T LD表示负载驱动时间T f 表示下降时间
T d表示死区时间
T 表示一个时间段
T = T r + T LD + T f + T d
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L6506的两个检测端都配置了电阻R S。

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 ≅ V S/l p
C = l p/(dV/dt)
其中：V S是源电压的最大值；I P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/μs)。

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，从而减少最后一级的供电电压，能从图20可以看出。

图20L6201/1P/2/3的电压范围为9—18V
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：
R Th j-amb = (T j max. – T amb max) / P tot
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R Th 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R Th 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
⏹常规波形驱动
⏹半/全步方式
⏹顺/逆时针转动方向
⏹规定的开关负载电流
⏹可编程负载电流
⏹外接设备少
⏹复位输入&基准输出
⏹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V S电源端10 V Vi 输入信号7 V Ptot 功耗(Tamb=70°C) 1 W Tstg,Tj 储能端和节点-40到+150 °C
两相双极性步进电机控制电路
引脚图(俯视)
结构图(L297/1 - L297D)
引脚功能L297/1 - L297D
热阻值数据
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，，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V ref，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V ref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引脚，RC滤波网络和接地的OSC引脚。

电机驱动相序
L297的晶体管能产生的相序有：常规相序，波形和半步方式。

这三种驱动方式的相序及波形将在后面的章节做介绍。

在所有的这些情况中，晶体管都是在高低交替的时钟脉冲中得以实现。

顺时针旋转的方向是要表明的，逆时针的相序和顺时针是相似的，只需翻转晶体管的状态。

ABCD置0101
半步驱动方式
HALF/FULL置高电平时，是半步驱动模式
常规驱动方式
HALF/FULL置低电平时，是常规驱动方式(也叫做两相驱动)
晶体管是奇数的状态(1, 3, 5 或7)。

这种方式下INH1和INH2输出仍旧是高电平(续)
波形驱动方式
HALF/FULL置低电平时，也是波形驱动方式(也叫单相驱动)
晶体管是偶数状态(2,4,6或者8)
电气特性图(如结构图所示的情况，T amb = 25 C, V s = 5V。

无别的情形)
符号参数测试条件最小值典型值最大值单位
Vs 电源电压(12引脚) 4.75 7 V Is 静态电源电流(12引脚) 浮动输出50 80 mA
Vi 输入电压
(引脚11,17,18,19,20) 低电平0.6 V 高电平 2 Vs V
Ii 输入电流
(引脚11,17,18,19,20) Vi=高电平100 μA
Vi=低电平10 μA
Ven 使能端输入电压
(引脚10) 低电平 2 1.3 V 高电平Vs V
Ien 使能端输入电压
(引脚10) Ven=高电平100 μA Ven=低电平10 μA
Vo 相电压输出
(引脚4,6,7,9) Io=10mA V OL 0.4 V Io= 5mA V OH 3.9 V
Vinh 中断电压输出
(引脚5,8) Io=10mA Vinh L 0.4 V Io= 5mA Vinh H 3.9 V
V SYNC同步电压输出Io= 5mA V SYNC L 3.3 V
Io= 5mA V SYNC H 0.8
符号参数测试条件最小值典型值最大值单位
I leak漏电流(引脚3) V CE=7V 1 μA Vsat 饱和电压(引脚3) I=5mA 0.4 V
Voff 比较偏置电压
(引脚13,14,15) Vref=1V
5
mV
Io 比较基极电流
(引脚13,14,15) -100 10
μA
Vref 输入参考电压(引脚15) 0 3 V t CLK时序0.5 μS t S 建立时间 1 μS t H 保持时间 4 μS t R 复位时间 1 μS t RCLK 重置时钟延迟 1 μS
图1.
应用信息
两相双极性步进电机控制电路
两相双极性步进电机的线圈的电流是2A，二极管的快速电流是2A 图2..
图3.同步L297s。