LS7260/LS7261/LS7262无刷直流电动机控制器

LS7260/LS7261/LS7262是由LSI COMPUTER SYSTEMS 公司生产的三种性能相似、适用于三相和四相无刷直流电动机控 制的集成电路，外接功率开关器件后可用于较大电流和电压的电 动机的驱动和控制。

1 . 特点

·六个输出端可直接驱动P 沟道和N 沟道的MOSFET (LS7260), 或PNP 和NPN晶体管 (LS7261,LS7262)

·可适用于位置传感器空间间距为60°、120°、240°或300°情况

开环或闭环速度控制 · 模拟量速度控制输入 · 正反转控制

·输出使能控制 ·制动控制

· 过电流检测

2.工作原理 LS7260/LS7261/LS7262  是离子注入的MOS   单片集成电路，其原理框图分别见图3-2和图3-3。它们的工作电  压范围为5～28V。内部包括位置传感器译码电路、锯齿波振荡器、 比较器电路和末级驱动电路，可实现对无刷电动机的起停、正反 转、开环和闭环速度控制、限流保护控制、制动控制等功能。

LS7260/LS7261/LS7262   的基本工作原理是相同的，它们的 区别是：

(1)过电流保护电路不同。LS7261 在出现过电流后，关闭输 出端，使电动机停转，属于过电流保护功能。而在LS7261/LS7262  电路中，过电流检测在振荡器每一个锯齿波周期内进行。 一旦电 动机电流超出预定值，RS 触发器翻转，暂时关闭输出端，电动机 电流下降至允许值之下，待下一个锯齿波的上升沿出现，使RS 触 发器复位，输出电路又恢复正常工作，使电动机电流回升，从而 实现电流的斩波控制，使电流得到限制。

(2)外接功率开关不同。LS7260  用于直接驱动MOSFET, LS7261/LS7262 适用于晶体管。

这些电路都采用标准20脚双列直插塑料封装。 3.引脚说明

引脚1、20(CS1 、CS2):  换相顺序选择端。根据电动机转子 位置传感器空间安排的不同，按表3-2选择CS1 和 CS2 的逻辑电 平，以得到正确的换相顺序。

1和20脚输入电路内部设有下拉电阻，故当引脚开路时，相 当于逻辑0。

引脚19(FORWARD/REVERSE):      方向端。由该引脚电平高低决定了电动机的两种转向。该引脚内部设有上拉电阻，故引 脚开路时，相当于逻辑1。

换相顺序的逻辑电平选择

 

位置传感器间距	CS1	CS2
60°	0	0
120°	0	1
240°	1	0
300°	1	1

 

引脚15、16、17(S1、S2、S3): 位置传感器输入端。三引脚 信号从电动机转子位置传感器来，内部已设有上拉电阻。如果用 霍尔传感器，它可以与该电路共用电源Vss。输出的换相顺序信号 O1 、O2 、O3 、O4 、05 、O6 与 S1 、S2 、S3 及 F/R  的关系见表3- 3。

引 脚 9(BRAKE):    制动端。对于LS7260,  令该引脚为高电 平时，O1 、02:03      和 O4 、05 、06   皆 为ON  态。对于LS7261 和 LS7262,则O1 、02 、O3为OFF 态，04、05、06为ON 态。此 时，外接上桥臂功率开关截止，下桥臂功率开关导通，使三相绕 组短接在一起，实现电动机的短接制动。9脚内设有下拉电阻，使 空脚时不会发生制动。

表3-3 换相顺序真值表

 

CS1  CS2		CS1	CS2 1	CS1 1		CS2 0		CS1	CS2 1	被使能的输出
0	0	0						1
S1  S2	S3	S1 S2	S3	S1	S2		S3	S1 S2	S3	F/R=1	F/R=0
0   0	0	0   0,	1	0	1		0	0   1	1	01,05	02,04
1   0	0	1   0	1		1		0	1   1	L	O3,05	02,Q6
1   1	0	1   0	0	1	0		0	1   1	0	O3,04	01,06
1   1	1	1   1	0	3	0		1	1   0	0	O2.04	O1,05
0   1	1	0   1	0	0	0		1	0   0	0	02,06	03,05
0   0	1	0   1	1	0	1		1	0   0	1	O1,06	03,04
0  I	0	0   0	0	0	0		0	0   1	0	禁止	禁止
1  0	1	1   1	1	1	1		1	1   0	1	禁止	禁止

对于有中心抽头的三相无刷直流电动机，利用本电路时，只 使用了下桥臂三个功率开关，中心抽头应与电源Vss连接，构成三 相半波联结，需要有制动功能时，应按图3-4的接法，电动机中心 抽头经一个功率管接到Vss,此功率晶体管受控于BRAKE  信号， 当BRAKE  为1时，功率晶体管截止，下桥臂的功率管使电动机 三相绕组短接制动。

引脚10(ENABLE):   使能端。该引脚高电平时使电路正常工 作。施加低电平时，全部输出被禁止。本引脚内设有上拉电阻。此 外，本引脚输入信号的正跳沿可将LS7260/LS7262 的过电流RS  触发器复位。

引脚12 (OVERCURRENT        SENSE):过电流检测端。用户 使用该引脚在过载情况下可保护电动机绕组、驱动电路和电源。在 驱动桥的接地端增串一个小电阻作为电流检测，检测信号连接到 一个100kQ的电位器上，电位器的另一端接电源正极。调节此电 位器，使电动机电流刚刚大于上限值时系统被禁止。理论上，过 电流检测电路的动作点是Vss/2,  其制造误差为±0.25V。对于制 作好的芯片，由于时间或温度变化，此动作电压的偏差为10mV

以 内 。LS7260 和 LS7262 在过电流时闭锁，在锯齿波振荡器正跳 沿或ENABLE  输入正跳沿时，使触发器复位，解除闭锁。也可利 用ENABLE  输入斩波信号，此时振荡器引脚应接Vss。

引脚13(V     TRIP):控制端。该引脚与电路内的锯齿波振荡 器一起工作，对电动机进行PWM 控制。14脚锯齿波信号电平的 典型值是0.4Vss~(Vss-2V),  这里假定Vpo为地。当向13脚施 加的电压小于OSC 引脚电压时，可实现如表3-3所示的输出。若 此电压大于OSC 电压时，全部输出禁止。通常，利用此引脚作变 速调节。

引脚14 (SAWTOOTH        OSCILLATOR):锯齿波振荡器端。 在该引脚外接定时电阻和电容，它们的值决定了锯齿波的振荡频  率。

引脚2、3、4(OUT1、2、3): 输出端。对于LS7261/LS7262 在COMMON(5  脚)浮地，这些漏极开路的输出被使能时，此三 输出可用来向外接PNP 晶体管提供基极驱动电流或向P 沟道 FET 提供栅极驱动。如果COMMON 维持Vss正电位，这些输出 可用来驱动NPN 晶体管或N 沟道FET 。而对于LS7260,COM-   MON接 Vss, 这些输出用来驱动P 沟道FET。

引脚6、7、8 (OUT4,5,6):        输出端。这些漏极开路的输 出，可用以驱动外接NPN 晶体管或N 沟道FET。

引脚5 (COMMON):   公共端。 引脚11 (Vss)  电源正极端。

引脚18 (VDD):电源负极端(接地)。

4 .应用 图3-5和图3-6表示了这种电路外接三相功率桥， 并有电流检测的连接方法。图中，VF₃~VF₈    表示电路内部作输出  驱动的MOSFET 。图3-6表示了VF₈ 和 VF. 导通工作状态，电流  沿虚线流过外接晶体管V₁01和V¹05的基极。限流电阻Rs 应 由Vss   和需要的电流来选择。

需要控制电动机在两个不同转向下加减速运行和调速时，可 利用SG1731或 UC1637等 PWM 电路，它们输出的FORWARD

(F)和REVERSE(R)   脉宽调制信号可如图3-7那样接至LS7260/ LS7261/LS7262。图中以电阻-二极管网络构成或门逻辑电路，F  或R 信号高电平时将LS7260/LS7261/LS7262 “使能”,并且F 为 高电平时电动机产生正向转矩，R 为高电平时产生反向转矩。电动 机的转子转向由F 和 R 的脉宽相对比例决定。而加速还是减速则 由这些脉宽的变化量决定。

LS7261/LS7262  也可以 用于四相无刷直流电动机的 控制。此时，CS1和 CS2 均取 为0,两个正交的霍尔传感器 信号从S1 和 S2 脚输入，并 将S3 与S2 短接。图3-8表示 利用晶体管或FET 的四相 电动机驱动连接图，图中也 表示了电流检测及制动控 制 。

图3-9表示用于闭环速 度控制的接线图。利用电动

机转子位置传感器的一路信号(如S1端信号),经微分和对负脉

冲积分产生一个代表转速的直流电

压，加至运算放大器的反相输入端。接位置运算放大器的同相端是从电位器中 取得调节电压作为速度指令信号。放  大器的输出接V    TRIP脚。由R₂-C     微分电路、R₃-VD₁  负脉冲发生、R₄-    C₂ 积分电路完成了频率/电压转换。 当电动机速度超过期望值时 ，V    TRIP 增大，降低了PWM  的脉宽，使  电动机转速回落。相反，当转速低于  期望值时，V   TRIP减小，脉宽增大，

使转速回升。为了正常工作，Rs 和 R₆ 应大于R,R₄     应大于R₃  和 R₂, 而且时间常数R₄C₂ 应大于R₂C₁ 。R₆  上 并C₃ 的作用是使V TRIP  电压平滑。

5.较高电压的电动机驱动电路 LS7260/LS7261/LS7262    全部设计为工作电压7～28V,  前面所述应用电路中，电动机和集 成电路采用同一个电源电压。在许多情况下，电动机工作电压 VmT高于这个电压，此时需要采用电平转移电路。

对于LS7261/LS7262,   将5脚连接到电源Vss正极，电路六个 输出FET  均变为源极输出。图3-10～图3-12表示不同的电平转 移电路，以适应不同的功率开关组合。图3-10适用于PNP  和  NPN 晶体管组合电路，这里只表示一个桥臂情况。它利用V₁  作电 平转移，当2脚输出为高电平时，V,  导通，经R₃ 向 V₃ 管提供基 极驱动电流，使V₃ 导通。若2脚为低电平，V:  管截止，由Ra 作  用使V₃ 快速截止。V₂ 管为跟随器接法，由6脚控制V₄ 的导通或 截止。如果电动机使用更高电压，R₂ 和 R₃ 上的功耗将很大。此时， 在R₃ 上并加速电容，在V₃ 的 e 和 b 极并上保护二极管是必要的。 电阻功耗较大是此电路的缺点。图3-11改用P 沟道和N 沟道  FET,   此问题得以解决。但是，P 沟

道FET  的通态电阻比N 沟道 FET 的要大，较高的通态电阻使开关速度下降，损耗增加，效率

降低，可靠性减低。

全部使用N 沟道FET 作功率开关有更高效率。图3-12是利 用BUZ73N  沟道功率FET  驱动工作电压为150V的三相无刷直 流电动机电路图。上桥臂N 沟道FET  需要提供其栅极驱动的外 加辅助电源。图3-13给出一个可应用的参考电路。由NE555 振荡 器产生方波经电容耦合到二极管网络，二极管1N4004 将12V 方 波整流出所需的直流电压，使G 点电压约为162V。D点接Vss,为 12V,E   点为150V。当 LS7261 或 LS7262 的2脚为高电平时，V:

和V₂ 导通，上桥臂的FET  的栅极被接至162V 而导通，其源极电

压接近150V。其栅源极接一个16V 稳压二极管来保护。当2脚为 低电平时，V₁ 和 V₂ 截止，此FET  的栅源极间电容电荷经V₃ 快 速放电。下桥臂的BUZ73从6脚经两个并接的CD4050反相器作 缓冲而进行驱动。