基于L298N的直流电机驱动电路优化设计

摘要：直流电机在工厂自动化和数控机床等场合的应用越来越广泛，各类各样的电机驱动芯片也出现在我们眼前。本文主要针对常见的直流电机驱动芯片L298N构成的驱动电路进行了一点优化设计，主要增加了光耦隔离部分、续流电路和过流保护电路。

关键词：L298N ISO7220 直流电机

中图分类号：TM383 文献标识码：A 文章编号：1007-9416(2012)02-0118-02

1、引言

在各类机电系统中,由于直流电机具有良好的起动、制动和调速性能,直流调速技术已广泛运用于工业、航天领域的各个方面。最常用的直流调速技术是脉宽调制(PWM)直流调速技术,它具有调速精度高、响应速度快、调速范围宽和耗损低等特点[1]。本文在研究单片机PWM方法调速直流电机和电机驱动芯片L298N的基础之上，对单片机的电机驱动电路进行了一点优化设计。

2、驱动芯片L298N

L298N是SGS公司生产的直流电机驱动集成电路，比较常见的是15脚Multiwatt封装的L298N（如图1所示）。内部包含4通道逻辑驱动电路，可以方便地驱动两个直流电机，或一个两相步进电机。工作电压为46V，输出电压最高可达50V，可以直接通过电源来调节输出电压；输出电流可达2.5A，最大可以达到4A，可驱动电感性负载；可以直接用单片机的IO口提供信号；而且电路简单，使用比较方便。L298N可接受标准TTL逻辑电平信号VSS，9脚VSS可接4.5～7V的电压。4脚VS接电源电压，VS电压范围VIH为＋2.5～46V[2]。1脚和15管脚下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，此时OUT1，OUT2和OUT3，OUT4之间可分别接电动机。5、7、10、12脚接输入控制电平，控制电机正反转；ENA，ENB脚接控制使能端，控制电机的停转[3]。

为了获取更大的输出电流，L298N采取输入输出并联的连接方式，即IN1与IN4（5脚和12脚）、IN2与IN3（7脚和10脚）、OUT1与OUT4（2脚和14脚）、OUT2与OUT3（3脚和13脚）分别连接在一起。

3、电路优化部分

3.1 光耦隔离器件ISO7220

在实际应用中，由于存在由弱电到强电的连接，L298N的四个输入IN1～IN4都必须采用光耦隔离或者其他有效隔离方式。在这里我们选取光耦产品ISO7220。

ISO7220是TI公司生产的双通道数字隔离器。为便于PCB布局，ISO7220所提供的通道都面向一个方向（如图2所示）。其有一个被二氧化硅隔离层隔开的逻辑输入缓存器和逻辑输出缓存器。与隔离电源配合使用，其能够阻止高压，隔绝接地，并防止来自数据总线或其他电路的噪声电流进入本地接地或者破坏敏感电路。根据传输速率其分为1、25和150Mbit/s三种不同型号。它主要应用于工业现场总线、计算机外部接口、伺服控制接口和数据采集等场合[4]。

在实际使用当中，引脚1和引脚8上必须加具有不同地的两个电源。我们可以将VCC经过5V/5V的DC变换得到VCC1，它们两个一起为ISO7220的输入和输出端供电。

3.2 续流电路

由续流二极管构成的“H桥”，作为L298N的辅助电路来实现随直流电机的控制。在这里面，二极管并没有什么特殊的地方，只不过是起到了续流的作用而已。

在实际使用当中，使用二极管要注意其允许最大电流和最大耐压两个参数。根据情况不同选取不同参数的元器件。

3.3 过流保护电路

我们以AVR单片机为例。利用AVR单片机的模拟比较器，我们可以实现对直流电机的过流保护。我们用它来对两个模拟入端（正极AIN0、负极AIN1）的输入电压进行比较。

3.4 硬件电路

这上图中，PGND代表电源地，Vs代表直流电机的工作电压。电阻R的阻值需要根据实际情况选取合适的值。

4、结语

PWM配合桥式驱动电路L298N实现直流电机调速，非常简单，而且调速范围大。经过我们的改进，增加了光耦隔离器件、续流电路和过流保护电路，减少了电机的电压不致对对单片机可能造成的干扰，提高了系统的抗干扰性、稳定性和可靠性。

参考文献

[1]张立勋,沈锦华,路敦民,杨勇.AVR 单片机实现的直流电机PWM调速控制器[J].机械与电子,2006(4):29～32.

[2]张天鹏,徐磊.L298N控制直流电机正反转[J].工业设计,2011(3):98～99.

[3]张争争,任永德,谢宝昌.基于DSP 的无刷直流电动机控制系统[J].微特电机,2001,29(2):34-36.

[4]龙脉工作室,朱飞,杨平.AVR单片机C语言开发入门与典型实例[M].北京:人民邮电出版社,2010:369～376.

作者简介

雷红淼,男,1984年生,硕士,研究方向:信号与信息处理。