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摘要：先容了以TL494为焦点，接纳PWM技能的直流电机控制系统。{方案}TL494的H桥直流电机控制系统可简化电路布局、驱动能力强、功耗低而且控制方便，性能稳定。 由于直流电机具有精良的起动、制动和调速性能，已广泛应用于工业、航天范畴等各个方面。随着电力电子技能的发展，脉宽调制（PWM）调速技能已成为直流电机常用的调速方法，具有调速精度高、响应速度快、调速范围宽和功耗低等特点。而以H桥电路作为驱动器的功率驱动电路，可方便地实现直流电机的四象限运行，包罗正转、正转制动、反转、反转制动，已广泛应用于现代直流电机伺服系统中。 1、直流电机PWM调速控制原理众所周知，直流电动机转速公式为： 直流电机转速控制可分为励磁控制法与电枢电压控制法。励磁控制法用得很少，大多数应用场所都使用电枢电压控制法。随着电力电子技能的进步，改变电枢电压可通过多种途径实现，其中脉冲宽度调制（PWM）便是常用的改变电枢电压的一种调速方法。其方法是通过改变电机电枢电压接通时间与通电周期的比值（即占空比）来调解直流电机的电枢电压U，从而控制电机速度。 PWM的焦点部件是电压-脉宽变更器，其作用是根据控制指令信号对脉冲宽度举行调制，以便用宽度随指令变革的脉冲信号去控制大功率晶体管的导通时间，实现对电枢绕组两头电压的控制。 电压-脉宽变更器布局如图1{京电港论坛}所示，由三角波发生器、加法器和比力器组成。三角波发生器用于产生一定频率的三角波UT，该三角波经加法器与输入的指令信号UT相加，产生信号UI+UT，然后送入比力器。比力器是一个工作在开环状态下的运算放大器，具有极高的开环增益及限幅开关特点。两个输入端的信号差的微弱变革，会使比力器输出对应的开关信号。一般情况下，比力器负输入端接地，信号UI+UT从正端输入。当UI+UT》0时，比力器输出满幅度的正电平;当UI+UT《0时，比力器输出满幅度的负电平。 图1{京电港论坛}电压-脉宽比力器 电压-脉宽变更器对信号波形的调制过程如图2{京电港论坛}所示。由于比力器的限幅特点，输出信号Us的幅度稳定，但脉冲宽度随UI的变革而变革，Us的频率由三角波的频率所决定。 当指令信号UI=0时，输出信号Us为正负脉冲宽度相等的矩形脉冲。当UI》0时，Us的正脉宽大于负脉宽。当UI《0时，Us的正脉宽小于负脉宽。当UI》UTPP/2时（UTPP是三角波的峰值），Us为一正直流信号;当UI《UTPP/2时，Us为一负直流信号。 图2{京电港论坛}PWM脉宽调制波形 2、直流电机驱动控制总流程图直流电机驱动控制电路分为控制信号电路、脉宽调制电路、驱动信号放大电路、H桥功率驱动电路等部门，控制总流程如图3{京电港论坛}所示。 图3{京电港论坛}直流电机驱动控制总流程图 由图3{京电港论坛}可以看出，首先由单片机发出电机逻辑控制信号，主要包罗电机运转方向信号Dir，电机调速信号PWM及电机制动信号Brake，然后由TL494举行脉宽调制，其输出信号驱动H桥功率电路来驱动直流电机。其中H桥是由4个大功率增强型场效应管构成的，其作用是改变电机的转向，并对驱动信号举行放大。 3、TL494脉冲宽度调制电路3.1TL494各管脚功能在实现电机PWM控制的电路中，本系统选用TL494芯片，其内部电路由基准电压产生电路、振荡电路、间歇期调解电路、两个误差放大器、脉宽调制比力器以及输出电路等组成。共16个管脚，其功能布局如图4{京电港论坛}所示。 TL494芯片广泛应用于单端正激双管式、半桥式、全桥式开关电源。其片内资源有： ◆集成了全部的脉宽调制电路。 ◆片内置线性锯齿波振荡器，外置振荡元件仅两个（一个电阻和一个电容）。 ◆内置误差放大器。 ◆内止5V参考基准电压源。 ◆可调解死区时间。 ◆内置功率晶体管可提供500mA的驱动能力。 ◆推或拉两种输出方式。 3.2工作原理简述TL494是一个固定频率的脉冲宽度调制电路，内置了线性锯齿波振荡器，振荡频率可通过外部的一个电阻和一个电容举行调治，其振荡频率如下： 图4{京电港论坛}TL494布局图 输出脉冲的宽度是通过电容CT上的正极性锯齿波电压与别的两个控制信号举行比力来实现。功率输出管Q1和Q2受控于或非门。当双稳触发器的时钟信号为低电平时才会被选通，即只有在锯齿波电压大于控制信号期间才会被选通。当控制信号增大，输出脉冲的宽度将减小。 控制信号由集成电路外部输入，一路送至死区时间比力器，一路送往误差放大器的输入端。死区时间比力器具有120mV的输入赔偿电压，它限制了最小输出死区时间，约即是锯齿波周期的4%，当输出端接地，最大输出占空比为96%，而输出端接参考电平时，占空比为48%。当把死区时间控制输入端接上固定的电压（范围在0―3.3V之间）即能在输出脉冲上产生附加的死区时间。 该芯片具有抗干扰能力强、布局简朴、可靠性高以及代价自制等特点。 3.3{方案}TL494推挽式输出的电路设计该控制系统的详细实现电路如图5{京电港论坛}所示。系统功率驱动选用MOSFET，其输入阻抗很高，可直接由晶体三极管驱动。TL494的13脚用来控制输出模式。在该系统中，选择将该端输入为低电平，这时TL494内触发器Q1和Q2不起作用，两路输出相同，其频率和振荡器频率相同、最大占空比为98%。 图5{京电港论坛}{方案}TL494推挽式输出的电路设计 4、H桥功率驱动原理与电路设计驱动信号在经TL494的脉宽调制后，在直流电机控制中常用H桥电路作为驱动器的功率驱动电路。这种驱动电路可方便地实现直流电机的四象限运行，分别对应正转、正转制动、反转、反转制动。由于功率MOSFET是压控元件，具有输入阻抗大、开关速度快、无二次击穿现象等特点，满意高速开关动作需求，因此常用功率MOSFET构成H桥电路的桥臂。H桥电路中的4个功率MOSFET分别接纳N沟道型和P沟道型，而P沟道功率MOS-FET一般不消于下桥臂驱动电机，上下桥臂分别用2个P沟道功率MOSFET和2个N沟道功率MOSFET。其电路原理图纸如图6{京电港论坛}所示。 图6{京电港论坛}H桥功率驱动电路 图中VCC为电机电源电压，输出端并联一只小电容，用于低落感性元件电机产生的尖峰电压。4个二极管为续流二极管，可为线圈绕组提供续流回路。当电机正常运行时，驱动电流畅过主开关管流过电机。当电机处于制动状态时，电机工作在发电状态，转子电流必须通过续流二极管流畅，否则电机就会发热，严重时甚至烧毁。Us来自TL494的输出，-Us可通过对Us反相得到。当Us》0时，VT1和VT4导通，Us《0时，VT2和VT3导通。 按照控制指令的差别情况，该功放电路及其所驱动的直流伺服电机可以有以下四种工作状态： 1）当UI=0时，Us的正负脉宽相等，直流分量为零，VT1和VT4的导通时间和VT2和VT3导通时间相等，通过电枢绕组中的平均电流为零，电动机不转。 2）当UI》0时，Us的正脉宽大于负脉宽，直流分量大于零，VT1和VT4的导通时间大于VT2和VT3导通时间，通过电枢绕组中的平均电流大于零，电动机正转，且随着UI增加，转速增加。 3）当UI《0时，Us的直流分量小于零，VT1和VT4的导通时间，通过电枢绕组中的平均电流小于零，电动机反转，且反转转速随着UI的减小而增加。 4）当UI≤UTPP/2或UI≤-UTPP/2时，Us为正或负的直流信号，VT1和VT4于或VT2和VT3始终导通，电机在最高转速下正转或反转。 竣事语本京电港论坛文章所述的直流电机调速系统以TL494为焦点，构成H桥双极式PWM直流电机调速系统，较好地实现了对直流电机的速度控制，并具有精度高、响应速度快、稳定性好等优点。从实际运用来看，TL494用于直流电机的PWM调速，不但具有精良的性能，而且经济可靠，因而具有很大的实用代价。 技能资料出处:网络整理 |
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