基于PWM技术的直流电机控制系统

　　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分，控制总流程如图3所示。

　　由图3可以看出，首先由单片机发出电机逻辑控制信号，主要包括电机运转方向信号Dir，电机调速信号PWM及电机制动信号Brake，然后由TL494进行脉宽调制，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，并对驱动信号进行放大。

　　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、间歇期调整电路、两个误差放大器、脉宽调制比较器以及输出电路等组成。，共16个管脚，其功能结构如图4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。

　　可调整死区时间。

　　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进行调节，其振荡频率如下：

　　输出脉冲的宽度是通过电容CT上的正极性锯齿波电压与另外两个控制信号进行比较来实现。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较器，一路送往误差放大器的输入端。死区时间比较器具有120mV的输入补偿电压，它限制了最小输出死区时间，约等于锯齿波周期的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、结构简单、可靠性高以及价格便宜等特点。

　　3.3基于TL494推挽式输出的电路设计

　　该控制系统的具体实现电路如图5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%。

　　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，满足高速开关动作需求，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分别采用N沟道型和P沟道型，而P沟道功率MOSFET一般不用于下桥臂驱动电机，上下桥臂分别用2个P沟道功率MOSFET和2个N沟道功率MOSFET。其电路图如图6所示。

　　图图中VCC为电机电源电压，，输出端并联一只小电容，用于降低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，驱动电流通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通，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反相获得。当US>0时，VT1和VT4导通，US<0时，VT2和VT3导通。

　　按照控制指令的不同情况，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的导通时间小于VT2和VT3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。

　　结束语

　　本文所述的直流电机调速系统以TL494为核心，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，不仅具有良好的性能，而且经济可靠，因而具有很大的实用价值。