基于CS4124的脉宽直流驱动模块的设计与应用

郭盛杰

(山西国营大众机械厂，山西 太原 030024)

2017-07-12

郭盛杰(1985- )，男，山西太原人，工程师,研究方向:自动化控制。

1674- 4578(2017)05- 0003- 03

基于CS4124的脉宽直流驱动模块的设计与应用

郭盛杰

(山西国营大众机械厂，山西 太原 030024)

介绍了一种基于电机控制专用集成电路CS4124芯片的脉宽直流驱动模块的设计。驱动模块接收0～5V模拟信号后，通过驱动控制电路将其转换为PWM信号，再由场效应管驱动直流电机。该模块具有输出稳定、性能可靠，具备过压、过流、过热保护等特点。

CS4124；驱动模块；PWM

近年来，随着电机控制专用集成电路的出现，使电机控制领域的产品开发更为方便、快捷。这些电路大多为模拟数字混合集成电路，它的使用大大提高了系统的可靠性和抗干扰能力，降低了生产成本，缩短了新产品的开发周期，因而近年来发展很快。本文基于电机控制专用集成电路CS4124，设计出一款脉宽直流驱动模块。

1 脉宽直流驱动模块的组成

脉宽直流驱动模块组成框图如图1所示，由驱动控制电路、光隔使能电路、线性光隔电路、保护电路等组成。

图1 组成框图

2 脉宽直流驱动模块的设计

2.1 脉宽直流驱动模块工作原理

为提高产品的抗扰能力，驱动模块将接收的0 V～5 V模拟输入信号，经线性光隔后送入驱动控制电路，使能信号经光隔使能电路后触发驱动控制电路，驱动控制电路输出PWM信号激励场效应管进行功率放大，最终驱动直流电机，达到控制电机运行的目的。脉宽直流驱动模块具有过电流、过电压等保护功能。

2.2 电机控制集成电路芯片的选择

选择好电机控制专用集成电路对脉宽直流驱动模块至关重要。根据产品实现功能及电机的速度、电流、控制方式等指标要求，考虑提高产品的可靠性、抗干扰能力，缩短产品研制周期等特点，本文采用了ON Semiconductor公司的CS4124电机控制专用集成电路作为驱动模块控制电路的核心。

2.3 集成电路CS4124工作原理

集成电路CS4124采用DIP16封装，设计使用电压为30 V(最大40 V)，主要用于永磁直流电机的速度控制。CS4124接收0 V～5 V模拟信号，转换成PWM输出控制信号，驱动功率管MOSFET或IGBT。它具有故障诊断，以关闭外接功率管。

1) 特点

峰值电流150 mA的PWM栅极驱动输出；

100%占空比控制能力；

专利的电压补偿电路；

低电流的休眠模式；

内置升压电源。

2) CS4124电路引脚功能说明

CS4124各引脚功能说明如表1所示。

表1 引脚功能说明

2.4 CS4124各电路说明

1) 振荡器:电路振荡器产生一个恒频三角波，其频率由端子ROSC和COSC引入的外接元件决定。改变外接元件，频率可在15 Hz～25 kHz内选择。取值为93.1 kΩ和470 pF时，可得到约20 kHz频率。三角波的峰值和谷值分别是0.7 VCC和0.1 VCC，与电源VCC电压成正比，具有电压补偿功能。

2) 电压PWM占空比转换:电路采用安森美公司的专利技术，将CTL端输入电压转换为OUTPUT

端的占空比变化。

3) 电流检测和故障定时保护:在Isense+和Isense-端连接电流检测电阻Rsense，其上的电压和IADJ端的设置电压进行比较，使负载电流限定在ILIM之内。在PWM控制时，每个周期内，由于某种故障原因，流过MOSFET的电流超过ILIM，内部锁存器动作，MOSFET被关断。下一个周期开始，锁存器翻转，返回正常状态。如果故障连续出现，FLT脚的电容CFLT充电达到2.4 V,故障锁存器动作，使MOSFET保持关断，直至电容CFLT放电到0.6 V为止，这段时间使器件得到冷却。

4) 升压电源：CS4124有一个升压电源，它使给外接MOSFET栅极驱动的电位比Vcc高出5 V。为此，使用三个引脚BOOST、PMP和SNI。PMP脚接内部达林顿NPN管的集电极，它导通时给外电感充电。BOOST脚接充电电容。SNI脚是NPN管的发射极，连接外面的RSNI电阻。这个升压电源受振荡器控制。RSNI脚的电阻4.0 Ω，接BOOST脚的齐纳二极管用9 V。

5) 休眠模式:当控制CTL脚低于0.5 V，芯片进入休眠模式，全部功能被禁止。

CS4124电路框图如图2所示。

图2 电路框图

2.5 CS4124外围电路设计

CS4124外围电路见图3。

CS4124接收隔离后的模拟量输入信号及使能信号，通过驱动控制电路将其转换为PWM信号，再由外接场效应管驱动直流电机，被控电机接OUT+和OUT-，从而达到控制电机运行的功能。脉宽直流驱动器驱动模块具有过电流保护、过电压保护功能。外接直流电源到VCC之间串接10 Ω电阻，对电源接入瞬间的冲击电流进行限制。

设计中模拟输入电压信号的隔离，主要采用Agilent公司的线性光隔HCNR201。线性光隔真正隔离的是电流，为隔离电压，在其输入、输出端增加运算放大器等辅助电路。见图4。

图3 外围电路

图4 线性光隔

使能输入信号的隔离电路采用TLP521，见图5。

图5 光隔使能电路

为增加系统可靠性，需采取电流保护措施，在CS4124的Isense+和Isense-端连接电流检测电阻Rsense，其上的电压和IADJ端的设置电压进行比较，使负载电流限定在ILIM之内，实现过流保护功能。

见图6。

图6 过流保护电路

3 结束语

本文给出了以CS4124为驱动控制电路核心的脉宽直流驱动模块的设计方法，介绍了其芯片功能、原理及硬件电路的实现方法。该设计稳定可靠、快速灵活地完成电机的控制，已成功应用于电机调速系统中。

[1] 谭建成.新编电机控制专用集成电路与应用.北京：机械工业出版社，2005.

[2] 童诗白，华成英.模拟电子技术基础.北京：高等教育出版社，2006.

DesignandApplicationofPulseWidthDCDriveModuleBasedonCS4124

Guo Shengjie

(State-ownedDazhongMachineryFactory,TaiyuanShanxi030024,China)

This paper introduces a design of pulse width DC drive module based on the chip of motor control ASIC CS4124. Drive module receives 0～5V analog signals, which are converted to PWM by means of the drive control circuit, and the DC motor is driven by the field effect tube. The driver has the characteristics of stable output, reliable performance, overvoltage protection, over heating protection, over-current protection and so on.

CS4124；drive module；PWM

TP29

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