运动控制专用集成电路及应用(1)

谭建成(广州电器科学研究所)

    【编者按】微电子技术发展的一个重要方向是研制专用集成电路。面向运动控制系统中的电机控制，各国都开发了大量的专用集成电路，用于各种自动化设备、科学仪器、计算机外设以及家用电器中。这些集成电路不但有数字一模拟混合集成，而且进入到与高电压、大功率的电力电子电路混合，从而改变了集成电路微功率的概念，也给电机控制带来极大方便；不但提高了控制性能、缩小体积，而且节省成本。本刊自本期开始选择一些有代表性电机控制专用集成电路予以介绍，以促进微电机控制技术的发展。

    【摘  要】介绍一种适用于微型直流伺服电动机控制的专用集成电路。文中对该集成电路的组成、主要额定数据、工作原理及应用作了详细的阐述。

     【叙  词】直流伺服电动机位置宫动控制速度控制／专用集成电路  原理应用

 

1 mc33030微型直流伺服电动机控制器／驱动器

 

motorola的mc33030是一种适用于微型直流伺服电动机控制的专用集成电路。它包括了从接收反馈输入的误差放大器到末级h桥功率放大的一个完整的闭环控制系统，并包含过流和过压保护在内，可用作位置伺服和速度控制。

 

电路方框图见图1。它的主要组成包括：

    ·误差放大器，宽共模输入范围。

    ·窗口比较器，有一定的死区和自调中参考输入。

    ·有方向记忆的驱动／制动逻辑。

    ·h桥功率开关，1a驱动能力。

    ·可设置的过流检出器。

    ·可设置的过流停机时延。

    ·过电压监示和停机保护。

 

    16脚塑封双列直插式封装，其中4、5、12、13脚接地。图2是印刷电路板上铜散热器尺寸(长l)与该芯片的热阻、允许****功耗关系图。

1.1主要额定数据

 

    电源电压(vcc)：36v

    输入电压范围：    -0.3～36v

    输入差动电压范围：    -0.3～36v

    驱动输出电流：    1.0a

    ****功耗：    1 000mw

    工作结温：    150℃

    结对空气热阻：    80℃／w

    结对外壳热阻：    15℃／w

    工作环境温度范围：    -40～+85℃

 

1.2工作原理和位置伺服控制

 

    图1给出典型位置伺服控制实例。该电路是利用输入电压表示被控位置的。这里一台微型直流伺服电动机经过齿轮箱等减速机构驱动负载，同时带动一个与被控制机构相连的电位器。从电位器取出信号经运算放大器缓冲后，将此实际位置信号输入给窗口比较器(3脚)。

 

    窗口比较器是由两个带滞后回线的比较器a和b组成。它们从2脚接受参考输入信号，此信号通过1脚外接电位器而得到，很容易调节系统的给定位置。3脚信号经过电流源驱动的两个电阻输入给两个比较器，从而产生了偏移电压，形成一定的死区。

 

    为了增加系统的柔性，芯片中设置有一个误差放大器。它可对实际位置信号缓冲或放大。放大时，可使死区范围变窄。放大器输出能力是拉电流1.8ma，灌电流250μa。

 

    h功率开关直接驱动电机和实现制动，****连续拉电流、灌电流和制动电流是1a。****功耗要考虑图2的散热能力。有更大驱动要求可参考图6。

 

    当电机起动或堵转时，过流监示电路保护电机不至超出极限电流。h桥的拉电流一部分送至电流比较器反相端，而同相端则是参考电流值，它的大小由外接电阻r。决定。工作电流。当出现过流时，比较器翻转，有电流向延迟电容器cdly充电它充电到7.5v时触发过流闩锁器，为高电平，使驱动／制动