基于HIP4081的厚膜H橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)

1 電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制及其驅(qū)動(dòng)電路
在電機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制中，最常見的是電機(jī)的雙向轉(zhuǎn)動(dòng)和調(diào)速，流經(jīng)電機(jī)繞組的電流大小和方向要受控。
圖1，圖2是由4個(gè)N溝道MOs管(M1～M4)和一個(gè)電機(jī)(M)組成的H橋。在圖1中，當(dāng)M1和M4導(dǎo)通時(shí)，電流從電源正極經(jīng)M1從左至右穿過電機(jī)，然后再經(jīng)M4回到電源負(fù)極，電機(jī)沿順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。在圖2中，當(dāng)M3和M2導(dǎo)通時(shí)，電流從右至左流過電機(jī)，電機(jī)沿逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。因此，通過調(diào)整MOS管的導(dǎo)通與截止時(shí)序可以控制電機(jī)的轉(zhuǎn)向，通過調(diào)整流經(jīng)電機(jī)電流的大小可以控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。

在此介紹一款基于HIP4081設(shè)計(jì)的厚膜H橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，用于某炮瞄系統(tǒng)。電路內(nèi)部集成了CMOS控制電路和由MOS管組成的H橋，它能為負(fù)載提供5 A的連續(xù)電流。該電路能在60 V的供電電源范圍內(nèi)安全工作，用戶只需提供與TTL電平兼容的PWM信號(hào)就可進(jìn)行4象限模式的幅值和方向同時(shí)控制，而且與數(shù)字控制器的接口非常簡(jiǎn)單。其內(nèi)部電路可提供適當(dāng)?shù)乃绤^(qū)時(shí)間間隔以保護(hù)H橋的4個(gè)N溝道場(chǎng)效應(yīng)管，效率可達(dá)97％。提供有與TTL兼容的使能管腳來關(guān)斷4個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管。

2 HIP4081內(nèi)部結(jié)構(gòu)及技術(shù)特點(diǎn)
HIP4081是intersil公司推出的一款專門用于控制H橋的高頻全橋驅(qū)動(dòng)芯片。采用閂鎖抗干擾CMOS制造工藝，具有獨(dú)立的低端和高端輸入通道，分別獨(dú)立驅(qū)動(dòng)4個(gè)N溝道MoS管；輸出峰值電流為2 A；芯片內(nèi)部具有電荷泵和死區(qū)時(shí)間設(shè)置；懸浮電源采用自舉電路，其高端工作電壓可達(dá)95 V，邏輯電源電壓范圍6～15 V，工作頻率高，可達(dá)1 MHz；具有能控制所有輸入的禁止端，可方便地與外接元件形成保護(hù)電路。圖3給出HIP4081的引腳排列定義，圖4顯示了1／2HIP4081(A邊)的內(nèi)部功能框圖。主要組成部分有：邏輯輸入、使能、電荷泵、電平平移及死區(qū)時(shí)間設(shè)置等。

3 HIP4081引腳排列
在圖4中，Au，AHl分別是A邊的低邊輸入和高邊輸入；ALO，AHO分別是A邊的低邊輸出和高邊輸出，DIS是使能輸入；在另一半(B邊)的內(nèi)部功能圖中，BLI、BHl分別是B邊的低邊輸入和高邊輸入；BL0，BH0分別是B邊的低邊輸出和高邊輸出。他們之間的邏輯關(guān)系如表1所示。

3 電路實(shí)現(xiàn)基本原理
電路原理框如圖5所示。

在圖5中，VCC為內(nèi)部邏輯電路和MOS管上臂和下臂驅(qū)動(dòng)器的低壓電源；Vs為H橋供電電源，MOS管從這個(gè)電源端獲得輸出電流，該腳電壓范圍為Vcc～+80 V；V01，為半橋的輸出腳1，當(dāng)PwM輸入ALI為高，BLI為低時(shí)，該腳輸出為Vs；Vo2為半橋的輸出腳2，當(dāng)PwM輸入ALI為低，BLl為高時(shí)，該腳輸出為Vs；SENSE為2個(gè)半橋下臂的共同聯(lián)接點(diǎn)，可連接一個(gè)到Vs地的檢測(cè)電阻以檢測(cè)電流，該腳也可以直接連到Vs的地。GND為輸入邏輯和Vcc的地；PWM輸人為用于輸入與TTL兼容的PwM信號(hào)，占空比在O％～100％之間；DIS為用于關(guān)斷4個(gè)MOS管，該腳為1時(shí)為關(guān)斷，為0時(shí)使能。