基于HIP4081的厚膜H橋電機驅(qū)動電路設(shè)計

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

在此介紹一款基于HIP4081設(shè)計的厚膜H橋電機驅(qū)動電路，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信號就可進(jìn)行4象限模式的幅值和方向同時控制，而且與數(shù)字控制器的接口非常簡單。其內(nèi)部電路可提供適當(dāng)?shù)乃绤^(qū)時間間隔以保護H橋的4個N溝道場效應(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個場效應(yīng)管。

2 HIP4081內(nèi)部結(jié)構(gòu)及技術(shù)特點
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)動芯片。采用閂鎖抗干擾CMOS制造工藝，具有獨立的低端和高端輸入通道，分別獨立驅(qū)動4個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)動器的低壓電源；Vs為H橋供電電源，MOS管從這個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，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，該腳輸出為Vs；SENSE為2個半橋下臂的共同聯(lián)接點，可連接一個到Vs地的檢測電阻以檢測電流，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，占空比在O％～100％之間；DIS為用于關(guān)斷4個MOS管，該腳為1時為關(guān)斷，為0時使能。