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基于L298N芯片的直流電機驅動方案
文章来源:永阜康科技 更新时间:2019/7/2 10:05:00
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直流電機驅動芯片的選擇
 
一、用的最多的一個H橋驅動芯片:L928N
這個芯片是很簡單,很便宜,而且很容易買到,一個芯片裏面就集成了2路的H橋電路,還帶PWM控制和電流采集。但是它有2個嚴重的缺點:
 
1)手册要求電機驱动电压要比控制逻辑电压高2.5V。不适合单电源供电的小车。
 
2)在H橋電路上的損耗太大了。
 
二、三極管H橋
最簡單實用的電路,我拆了幾輛玩具車,用的都是三極管H橋電路。
 
小功率的采用8550+8050的桥:在5V供电,驱动100mA左右的小電機时,桥上的压降小于0.5V。
 
電流較大的采用D772+D882的橋:在7.2V供電,200-300mA的電流下,壓降不到1V。
 
三、MOS管橋
MOS管效率肯定是最高的。但是存在兩個問題:
 
1)MOS管比較脆弱,使用時候需要非常注意,例如導通切換的時候要仔細研究時序,否則容易造成橋直通,燒毀MOS管;
 
2)大功率的MOS管門極需要比較高的驅動電壓,否則不能正常導通,所以用電池驅動時,還需要加升壓電路等。
 
L298N直流電機驱动芯片
L298是SGS公司的产品,比较常见的是15脚Multiwatt封装的L298N,内部同样包含4通道逻辑驱动电路。可以方便的驱动两个直流電機,或一个两相步进電機。 
 
L298N可接受标准TTL逻辑电平信号VSS,VSS可接4.5~7 V电压。4脚VS接电源电压,VS电压范围VIH为+2.5~46 V。输出电流可达2.5 A,可驱动电感性负载。1脚和15脚下管的发射极分别单独引出以便接入电流采样电阻,形成电流传感信号。L298可驱动2个电动机,OUT1,OUT2和OUT3,OUT4之间可分别接电动机,本实验装置我们选用驱动一台电动机。5,7,10,12脚接输入控制电平,控制電機的正反转。EnA,EnB接控制使能端,控制電機的停转。表1是L298N功能逻辑图。
 
 
In3,In4的逻辑图与表1相同。由表1可知EnA为低电平时,输入电平对電機控制起作用,当EnA为高电平,输入电平为一高一低,電機正或反转。同为低电平電機停止,同为高电平電機刹停。 L298控制器原理如下:     
 
圖3是控制器原理圖,由3個虛線框圖組成。
 
 
下面是3個虛線框圖功能:     
 
(1)虚线框图1控制電機正反转,U1A,U2A是比较器,VI来自炉体压强传感器的电压。当VI>VRBF1时,U1A输出高电平,U2A输出高电平经反相器变为低电平,電機正转。同理VI<VRBF1时,電機反转。電機正反转可控制抽气机抽出气体的流量,从而改变炉体压强。     
 
(2)虚线框图2中,U3A,U4A两个比较器组成双限比较器,当VB<VI<VA时输出低电平,当VI>VA,VI<VB时输出高电平。VA,VB是由炉体压强转感器转换电压的上下限,即反应炉体压强控制范围。根据工艺要求,我们可自行规定VA,VB的值,只要炉体压强在VA,VB所确定范围之间電機停转(注意VB<VRBF1<VA,如果不在这个范围内,系统不稳定)。     
 
(3)虚线框图3是一个长延时电路。U5A是一个比较器,Rs1是采样电阻,VRBF2是電機过流电压。Rs1上电压大于VREF2,電機过流,U5A输出低电平。由上面可知,框图1控制電機正反转,框图2控制炉体压强的纹波大小。当炉体压强太小或太大时,电动机转到两端固定位置停止,根据直流電機稳态运行方程[3]
 
:     U=CeФN+RaIa 
 
其中:Ф为電機每极磁通量;   
 
Ce爲電動勢常數;   
 
N为電機转数;    
 
Ia爲電樞電流;   
 
Ra電樞回路電阻。
 
電機转数N为0,電機的电流急剧增加,时间过长将会使電機烧坏。但電機起动时,電機中线圈中的电流也急剧变大,因此我们必须把这两种状态分开。长延时电路可把这两种状态区分出来。长延时电路工作原理:当Rs1过流U5A产生一个负脉冲经过微分后,脉冲触发555的2脚,电路置位,3脚输出高电平,由于放电端7脚开路,C1,R5及U6A组成积分器开始积分,电容C1上的充电电压线性上升,延时运放积分常数为100R5C1。当C1上充电电压,即6脚电压超过2/3 VCC,555电路复位,输出低电平。電機启动时间一般小于0.8 s,C1充电时间一般为0.8~1 s。U5A输出电平与555的3脚输出电平经U7相或,如果U5A输出低电平大于C1充电时间,U7在C1充电后输出低电平由与门U8输入到L298N的6脚ENA端使電機停止。如果U5A的输出电平小于C1充电时间,6脚不动作電機的正常启动。长延时电路吸收電機启动过流电压波形,从而使電機正常启动。 
 
下圖是其引腳圖:
 
 
 
1、15腳是輸出電流反饋引腳,其它與L293相同。在通常使用中這兩個引腳也可以直接接地。上圖是其與51單片機連接的電路圖 
 
 
 
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