L298 Motor Driver IC Arbeitsprinzip, Schaltungen und Datenblätter

Der L298 ist ein Dual-H-Brücken-Motortreiber-IC, das zur Steuerung von DC-Motoren, bipolarer Schrittmotoren und anderen induktiven Lasten entwickelt wurde. Der L298 ist in mehreren Gehäuseversionen erhältlich, wobei der L298N am häufigsten verwendet wird. Die Bezeichnung "N" bezieht sich auf das Multiwatt-15-Gehäuse, das für eine höhere Leistungsaufnahme und eine einfache Kühlkörpermontage ausgelegt ist. Dieser Artikel erklärt, wie der L298 funktioniert, seine Pin-Funktionen, elektrische Spezifikationen, unterstützte Motortypen, typische Schaltungen, den Vergleich mit modernen Motortreibern und gängige Anwendungen.

Katalog

Wie der L298-Motortreiber funktioniert

Der L298 steuert DC-Motoren und Schrittmotoren mithilfe von zwei unabhängigen H-Brücken-Schaltungen, die im Blockdiagramm als Kanal A und Kanal B gekennzeichnet sind. Jede H-Brücke erhält Logiksignale von den Eingangs-Pins und schaltet das interne Transistornetzwerk, um die Richtung des durch den Motor fließenden Stroms zu steuern.

Wie im Blockdiagramm dargestellt, steuern IN1 und IN2 Kanal A, während IN3 und IN4 Kanal B steuern. Wenn ein Eingang HIGH und der andere LOW ist, schafft die H-Brücke einen Stromkreis durch den Motor, wodurch dieser rotiert. Über das Umkehren der Eingangszustände wird die Stromrichtung umgekehrt und die Rotationsrichtung des Motors verändert.

Die Pins ENA und ENB aktivieren oder deaktivieren jede H-Brücke. Diese Pins werden häufig von einem PWM-Signal eines Mikrocontrollers angesteuert. Durch Anpassen des PWM-Tastverhältnisses ändert sich die durchschnittliche Spannung, die dem Motor zugeführt wird, was eine Geschwindigkeitsregelung ermöglicht.

Die Motorstromversorgung erfolgt über den +Vs-Pin, während die interne Logik von +Vss betrieben wird. Die SENSE A- und SENSE B-Pins können an externe Widerstände angeschlossen werden, um den Motorstrom zum Schutz oder zur Regelung zu überwachen.

L298-Pinbelegung und Pin-Funktionen

Pin Nr.	Pin Name	Funktion
1	Sense A	Verbindung zur Strommessung für Kanal A. Typischerweise an einen niederohmigen Widerstand zur Stromüberwachung angeschlossen.
2	OUT1	Ausgangsanschluss 1 der H-Brücke A, der mit dem Motor verbunden ist.
3	OUT2	Ausgangsanschluss 2 der H-Brücke A, der mit dem Motor verbunden ist.
4	Vs	Eingang für die Motorstromversorgungsspannung. Versorgt die Ausgangsstufe mit Strom.
5	IN1	Logiksteuerungseingang 1 für H-Brücke A. Arbeiten mit IN2 zur Steuerung der Motordrehung.
6	ENA	Aktivierungseingang für H-Brücke A. Wird verwendet, um den Kanal zu aktivieren/deaktivieren und für die PWM-Geschwindigkeitsregelung.
7	IN2	Logiksteuerungseingang 2 für H-Brücke A. Arbeiten mit IN1 zur Steuerung der Motordrehung.
8	GND	Erdungsanschluss für sowohl Logik- als auch Stromkreise. Die Metallplatte ist ebenfalls an diesen Pin angeschlossen.
9	Vss	Eingang für die Logikversorgungsspannung, typischerweise 5 V. Versorgt die interne Steuerungsschaltung mit Strom.
10	IN3	Logiksteuerung Eingang 1 für H-Brücke B. Funktioniert mit IN4 zur Steuerung der Motorrichtung.
11	ENB	Aktivierungseingang für H-Brücke B. Wird verwendet, um den Kanal ein- oder auszuschalten und zur PWM-Drehzahlregelung.
12	IN4	Logiksteuerung Eingang 2 für H-Brücke B. Funktioniert mit IN3 zur Steuerung der Motorrichtung.
13	OUT3	Ausgangsterminal 1 der H-Brücke B, verbunden mit dem Motor.
14	OUT4	Ausgangsterminal 2 der H-Brücke B, verbunden mit dem Motor.
15	Sense B	Anschluss zur Strommessung für Kanal B. Typischerweise mit einem niederohmigen Widerstand zur Stromüberwachung verbunden.

Wichtige elektrische Spezifikationen des L298

Spezifikation	Wert	Einheit
Motorversorgungsspannung (Vs)	Bis zu 46 (50 V absolut maximal)	V
Logikversorgungsspannung (Vss)	4.5 bis 7 (5 V typisch)	V
Logikeingangsspannung (HIGH)	≥ 2.3	V
Logikeingangsspannung (LOW)	≤ 1.5	V
Dauerstromausgang (pro Kanal)	2	A
Wiederholbarer Spitzenstromausgang	2.5	A
Nicht-wiederholbarer Spitzenstromausgang	3	A
Gesamtleistungsabgabe	25	W
Ruhestromversorgung (Vs)	13–70	mA
Ruhestromversorgung (Vss)	6–36	mA
Strommessspannungsbereich	-1 bis 2.3	V
Ausgangsspannungsabfall (1 A Last)	1.8–3.2	V
Ausgangsspannungsabfall (2 A Last)	4.9 maximal	V
Sättigungsspannung des Outputs (1 A)	1.35 typisch	V
Sättigungsspannung des Outputs (2 A)	2.0 typisch	V
Sättigungsspannung des Senkens (1 A)	1.2 typisch	V
Sättigungsspannung des Senkens (2 A)	1.7 typisch	V
Maximale Kommutierungsfrequenz	25–40	kHz
Einschaltverzögerung der Quelle	2	µs
Ausschaltverzögerung der Quelle	1.5	µs
Anstiegszeit der Quelle	0.7	µs
Fallzeit der Quelle	0.2	µs
Einschaltverzögerung des Senkens	1.6	µs
Ausschaltverzögerung des Senkens	0.7	µs
Anstiegszeit des Senkens	0.2	µs
Fallzeit des Senkens	0.25	µs
Betriebstemperaturbereich	-25 bis +130	°C
Lagertemperaturbereich	-40 bis +150	°C

Welche Motoren kann der L298 antreiben?

Der L298 ist darauf ausgelegt, verschiedene Systeme mit Bürstenmotoren über seine Dual-H-Brücken-Architektur anzutreiben. Jede H-Brücke kann unabhängig die Richtung und Geschwindigkeit einer angeschlossenen Last steuern, sodass der IC zwei Gleichstrommotoren gleichzeitig oder einen einzelnen bipolaren Schrittmotor betreiben kann.

Gleichstrommotoren mit Bürsten

Gleichstrommotoren mit Bürsten sind die häufigsten Motoren, die vom L298 betrieben werden. Der IC kann sowohl die Drehrichtung als auch die Geschwindigkeit eines Gleichstrommotors steuern, indem er den Stromfluss durch die Ausgänge seiner H-Brücke umschaltet. Eine einzelne L298 kann einen größeren Gleichstrommotor über einen Kanal oder zwei separate Gleichstrommotoren durch die Nutzung beider H-Brücken-Kanäle antreiben.

Bipolare Schrittmotoren

Der L298 kann 2-phasige bipolare Schrittmotoren antreiben, indem er seine beiden H-Brücken-Kanäle zur Steuerung der beiden Wicklungen des Motors verwendet. Durch die gezielte Ansteuerung der Wicklungen in einer bestimmten Reihenfolge dreht sich der Motor in präzisen Winkelschritten und nicht durch kontinuierliche Rotation. Dies ermöglicht eine genaue Steuerung von Position, Geschwindigkeit und Bewegungsrichtung.

Linearantriebe und kleine Roboterantriebe

Viele DC-Linearantriebe verwenden einen internen Gleichstrommotor mit Bürsten, was sie mit dem L298 kompatibel macht. Durch die Steuerung der Motorrichtung über die H-Brücke kann der Aktuator nach Bedarf ausfahren oder einfahren. Dies macht den L298 nützlich für Anwendungen wie automatisierte Türen, einstellbare Plattformen, Ventile und einfache industrielle Steuerungssysteme.

Typische L298-Anwendungsschaltungen

L298N Dual-Gleichstrommotorantriebsschaltung

Die Schaltung verwendet den L298N IC, um zwei Gleichstrommotoren zu steuern. Eine 7–12V-Versorgung speist die Motoren über den VS-Pin, während der 78M05-Regler diesen Eingang in 5V für den Logikbereich des L298N über den VSS-Pin umwandelt.

Der L298N enthält zwei interne H-Brücken-Schaltungen. Diese ermöglichen den Stromfluss durch jeden Motor in beide Richtungen, sodass die Motoren vorwärts oder rückwärts rotieren können. OUT1 und OUT2 steuern Motor A, während OUT3 und OUT4 Motor B steuern.

Die Eingangs-Pins INPUT1 bis INPUT4 empfangen Signale von einem Mikrocontroller. Diese Signale bestimmen die Motorrichtung. Die Pins ENA und ENB aktivieren jeden Motor-Kanal und können auch PWM-Signale empfangen, um die Motorgeschwindigkeit zu steuern.

Die Kondensatoren helfen, die Stromversorgung zu stabilisieren, während die Dioden den IC vor Back-EMF-Spannungsspitzen schützen, die von den Motoren erzeugt werden. Insgesamt ermöglicht dieser Schaltkreis einem stromsparenden Controller, zwei Gleichstrommotoren sicher zu betreiben und zu steuern.

Bipolarer Schrittmotortreiber-Schaltkreis mit L297 und L298

Dieser Schaltkreis kombiniert den L297 Schrittmotorcontroller und den L298N dualen H-Brücken-Motortreiber, um einen zwei-phasigen bipolaren Schrittmotor zu steuern. Der L297 erzeugt die richtige Phasenfolge, die für den Betrieb des Schrittmotors erforderlich ist, während der L298N den höheren Strom liefert, der benötigt wird, um die Motorwicklungen anzutreiben.

Der L297 erhält Steuersignale wie CLOCK, CW/CCW, HALF/FULL, RESET und ENABLE. Basierend auf diesen Eingaben erzeugt er vier Ausgangssignale (A, B, C und D), die die Schrittfolge bestimmen. Der CLOCK-Eingang steuert die Schrittgeschwindigkeit, während der CW/CCW-Eingang die Drehrichtung auswählt. Der HALF/FULL-Eingang ermöglicht es dem Motor, entweder im Halbschritt- oder im Vollschrittmodus zu arbeiten.

Die Ausgangssignale vom L297 sind mit den Eingangs-Pins des L298N verbunden. Der L298N fungiert als dualer H-Brückentreiber und schaltet den Strom durch die beiden Motorwicklungen. Indem die Wicklungen in der richtigen Sequenz aktiviert werden, rotiert der Motor Schritt für Schritt mit präziser Positionskontrolle.

Die Widerstände RS1 und RS2, die mit den SENSE-Pins verbunden sind, sind Strommesswiderstände. Sie ermöglichen es dem L297, den Motorstrom zu überwachen und eine Stromregelung durch seine interne Chopper-Steuerungsfunktion zu implementieren. Dies hilft, übermäßigen Strom zu vermeiden und die Effizienz des Motors zu verbessern.

Die Dioden D1–D8 sind Freilaufdioden, die den L298N vor Spannungsspitzen schützen, die von den induktiven Motorwicklungen erzeugt werden. Die Kondensatoren in der Nähe der Stromversorgung helfen, Rauschen zu filtern und die Betriebsspannung zu stabilisieren.

L298 vs Moderne Motortreiber-ICs

Daten	L298	L293D	TB6612FNG	DRV8833	BTS7960
Treiber Typ	Bipolarer Transistor	Bipolarer Transistor	MOSFET	MOSFET	MOSFET
Motor Kanäle	2 Gleichstrommotoren	2 Gleichstrommotoren	2 Gleichstrommotoren	2 Gleichstrommotoren	1 Gleichstrommotor
Dauerstrom	2A/Kanal	600mA/Kanal	1.2A/Kanal	1.5A/Kanal	43A
Spitzenstrom	3A	1.2A	3.2A	2A	43A+
Motorspannung	Bis zu 46V	Bis zu 36V	Bis zu 13.5V	2.7V–10.8V	Bis zu 27V
Logikspannung	5V	5V	2.7V–5.5V	2.7V–7V	3.3V–5V
Schutzdioden	Extern erforderlich	Eingebaut	Eingebaut	Eingebaut	Eingebaut
Hauptverwendung	Mittlere Gleichstrommotoren	Kleine Gleichstrommotoren	Kleine Roboter	Niedervolt-Roboter	Hochstrom Gleichstrommotoren

Häufige Anwendungen des L298

Gleichstrommotorsteuerung

Der L298 wird häufig verwendet, um einen oder zwei Gleichstrommotoren mit Bürsten zu steuern. Er kann die Motordrehung durch Umkehren des Stromflusses ändern und die Motorgeschwindigkeit mit PWM-Signalen von einem Mikrocontroller steuern.

Bipolare Schrittmotorsteuerung

Der L298 kann einen zwei-phasigen bipolaren Schrittmotor antreiben, indem er Strom in der richtigen Sequenz an seine Wicklungen liefert. Für eine einfachere Schrittsteuerung wird er oft mit einem L297-Controller verwendet.

Bildungsrobotik

Der L298 wird häufig in Roboter-Kits und Schülerprojekten verwendet, da er einfach mit Arduino und anderen Mikrocontrollern zu verbinden ist. Er hilft Lernenden, die Steuerung der Motorrichtung, die Geschwindigkeitssteuerung und den Betrieb von H-Brücken zu verstehen.

Kleine Automatisierungssysteme

Der L298 kann Motoren in einfachen automatisierten Systemen wie kleinen Förderbändern, Schiebemechanismen und motorisierten Plattformen steuern. Er ist nützlich, wenn ein Projekt Vorwärts- und Rückwärtsbewegung benötigt.

Positionierungsmechanismen

Der L298 kann in Kamera-Schwenk- und Neigemechanismen, kleinen CNC-Achsen und anderen Positionierungsgeräten verwendet werden. In diesen Anwendungen steuert er Gleichstrommotoren oder Schrittmotoren, um eine Last in eine erforderliche Position zu bewegen.

Prototyp-Motortreiber-Schaltungen

Ingenieure und Hobbyisten verwenden den L298 in Prototypenschaltungen, da er einfach zu testen, weit verbreitet und unterstützt separate Logik- und Motorversorgungen. Dies macht ihn nützlich für frühe Experimente im Motorsteuerungsdesign.

Mechanische Abmessungen

Fazit

Der L298 Dual-Full-Bridge-Treiber-IC mit dualem H-Brücken-Design macht ihn flexibel genug, um zwei bürstenbehaftete Gleichstrommotoren oder einen bipolar betriebenen Schrittmotor zu steuern, während seine Aktivierungspins eine einfache Geschwindigkeitsregelung durch PWM ermöglichen. Obwohl neuere treiberbasierte MOSFETs effizienter, kleiner und kühler sind, bleibt der L298 nützlich, da er einfach zu verstehen, weit verbreitet und geeignet für Bildungsrobotik, Prototypen, kleine Automatisierungssysteme und allgemeine Motorsteuerungsschaltungen ist.

Häufig gestellte Fragen [FAQ]

1. Warum benötigt der L298 eine separate Logikversorgung (Vss) und Motorversorgung (Vs)?

Der L298 trennt die Logik- und Motorstromabschnitte, um die Zuverlässigkeit zu verbessern. Die Logikversorgung versorgt die interne Steuerelektronik, während die Motorversorgung die H-Brücken-Ausgänge versorgt. Dies verhindert, dass Spannungsfluktuationen und elektrisches Geräusch der Motoren die Steuersignale stören.

2. Warum erzeugt der L298 mehr Wärme als moderne Motortreiber-ICs?

Der L298 verwendet die Bipolartransistor-Technologie, die einen höheren Spannungsabfall über der Ausgangsstufe hat. Dies führt dazu, dass mehr Leistung in Wärme umgewandelt wird. Moderne treiberbasierte MOSFETs haben geringere Verluste und arbeiten daher effizienter.

3. Wie funktioniert die PWM-Geschwindigkeitsregelung mit dem L298?

PWM schaltet den ENA- oder ENB-Pin schnell ein und aus. Durch Ändern des Tastverhältnisses des PWM-Signals ändert sich die durchschnittliche Spannung, die an den Motor geliefert wird, wodurch eine sanfte Geschwindigkeitsregelung ohne Änderung der Versorgungsspannung ermöglicht wird.

4. Warum sind Strommesspins im L298 enthalten?

Die Pins Sense A und Sense B ermöglichen externe Widerstände zur Messung des Motorstroms. Diese Funktion kann für den Überstromschutz, die Strombegrenzung, die Motorüberwachung und geschlossene Regelkreismotorsteuerungssysteme genutzt werden.

5. Welche Faktoren bestimmen, ob ein Motor für den L298 geeignet ist?

Die wichtigsten Faktoren sind Motorspannung, dauerhafter Strom, Anlaufstrom und Stillstandsstrom. Die Stromanforderungen des Motors müssen innerhalb der Betriebsgrenzen des L298 bleiben, um Überhitzung oder Schäden zu vermeiden.

6. Kann der L298 in batteriebetriebenen Geräten verwendet werden?

Ja, aber es ist nicht immer die effizienteste Wahl. Aufgrund seiner höheren Leistungsverluste verbraucht der L298 mehr Energie als treiberbasierte MOSFETs, was die Batterielebensdauer in tragbaren Anwendungen reduzieren kann.

7. Warum sind Freilaufdioden in L298-Motorstromkreisen wichtig?

Motoren sind induktive Lasten, die Spannungsspitzen erzeugen, wenn sich der Strom plötzlich ändert. Freilaufdioden leiten diese Energie sicher um und schützen den L298 vor potenziell schädlichen Rück-EMF-Spannungen.