L298:双全桥驱动器

特征

■工作电源电压高达46伏

■总直流电流高达4a

■低饱和电压

■超温保护

■逻辑“0”输入电压高达1.5伏（高抗噪性）

说明

L298是采用15引脚Multiwatt和PowerSO20封装的集成单片电路。它是一种高电压、大电流的双全桥驱动器，设计用于接受标准TTL逻辑电平并驱动继电器、螺线管、直流和步进电机等电感性负载。提供两个启用输入，以独立于输入信号启用或禁用设备。每个电桥的下部晶体管的发射极连接在一起，相应的外部端子可用于连接下一个外部感测电阻器。提供额外的电源输入，使逻辑在低电压下工作。

工作原理

L298 的工作原理先从 H 桥电路本身讲起。一个标准的 H 桥由四个开关（通常是 MOSFET 或 BJT）组成，这些开关呈 H 形排列。当电流通过电机时，电机转动的方向取决于 H 桥中开关的导通状态。例如：

- 正转：若开关闭合 A1 和 A4，A2 和 A3 断开，电流则由电源流向电机的一端，形成一个回路，从而使电机正转。

- 反转：若开关闭合 A2 和 A3，A1 和 A4 断开，电流则朝相反方向流动，使电机反转。

- 停止：当所有开关断开，电机即停止转动。

通过对开关的快速切换，可以有效控制电机的速度，这就是脉宽调制（PWM）信号的应用。在使用 PWM 信号时，控制逻辑会根据占空比调整电机供电的有效功率，从而实现转速调节。

应用信息

1.1.功率输出级

L298集成了两个功率输出级（A；B）。功率输出级是桥式配置，其输出可以根据输入状态以共模或差模驱动电感负载。流经负载的电流从感测输出端的电桥中流出：外部电阻器（RSA；RsB.）允许检测该电流的强度。

1.2.输入级

每座桥由四个闸门驱动，其输入为In1；In2；EnA和In3；In4；EnB。当En输入为高时，In输入设置桥接状态；低气压挡住了这座桥。所有输入均兼容TTL。

2.建议

通常为100nF的无感电容器必须在Vs和Vss之间，尽可能靠近GND引脚接地。当电源的大电容器离IC太远时，必须在L298附近预见第二个较小的电容器。

非绕线式传感电阻器必须在Vs负极附近接地，Vs负极必须靠近IC的GND引脚。

每个输入端必须通过非常短的路径连接到驱动信号源。

打开和关闭：在打开电源之前和关闭电源之前，必须将启用输入驱动到低状态。

3.应用

图1显示了只需要一个电桥的双向直流电机控制示意图。二极管D1至D4的外部电桥由四个快速恢复元件（trr≤200纳秒）组成，在负载电流的最坏情况下，必须选择尽可能低的VF。

图1：双向直流电机控制。

感测输出电压可用于通过斩波输入来控制电流幅度，或通过降低可连接输入来提供过电流保护。

制动功能（快速电机停止）要求绝对最大额定电流不得超过2安培。

当负载所需的重复峰值电流高于2安培时，可以选择并联配置（见图2）。

图2:对于更高的电流，输出可以并联。注意将通道1与通道4并行，将通道2与通道3并行。

当驱动导电负载和切断IC的输入时，需要一个外部二极管桥；最好使用肖特基二极管。

该解决方案可以在直流操作中驱动直到3安培，并且可以驱动直到3.5安培的重复峰值电流。

图3显示了两相双极步进电机的驱动；在这个例子中，驱动L298的输入所需的信号是由IC L297生成的。

该电路驱动绕组电流高达2A的双极步进电机。二极管为快速2A型。

图3:两相双极步进电机电路。

在实现电机控制时，L298的电路连接较为简单。电路通常由微控制器、L298驱动器、直流电机、电源模块及相关保护元件组成。在连接时，需要特别注意电源电压和电流的兼容性，以确保L298能正常工作。

常见的应用场景包括但不限于：

- 机器人驱动系统: 控制轮子或履带运动，使得机器人能够灵活移动。

- 自动化设备: 在各种工业自动化设备中，L298能够控制运动部件，实现精确控制。

- 模型汽车: 在遥控模型车辆中，利用L298实现对电动机的高效控制。

- 步进电机控制: 在3D打印机、CNC机床等设备中，L298也常用于步进电机控制，以提供高精度的位置控制。

设计实例

在设计一个基于L298的电机控制系统时，首先要选择合适的电源，以确保电机的电压和电流需求能够得到满足；接着进行电路的布线，包括L298的接线、驱动电机的连接等。一般情况下，采用标准的Arduino开发板作为微控制器，在固件编写过程中，设置IN1、IN2和EN引脚的模式与控制逻辑，完成后可直接上传，并在实际操作中观察电机的响应情况。

通过调节PWM信号的占空比，可以进一步精细化控制电机的转速，优化控制效果。此外，保护电路也应得到重视，建议添加一些基本的保护措施，比如电流限制、电压调节和散热设计，以确保整个电路的长期稳定运行。