摘要：介绍了以TL494为中心，选用PWM技能的直流电机操控体系。依据TL494的H桥直流电机操控体系可简化电路结构、驱动才能强、功耗低并且操控便利，功用安稳。
因为直流电机具有杰出的起动、制动和调速功用，已广泛使用于工业、航天范畴等各个方面。跟着电力电子技能的开展，脉宽调制(PWM)调速技能已成为直流电机常用的调速办法，具有调速精度高、呼应速度快、调速规模宽和功耗低一级特色。而以H桥电路作为驱动器的功率驱动电路，可便利地完成直流电机的四象限作业，包含正转、正转制动、回转、回转制动，已广泛使用于现代直流电机伺服体系中。
1、直流电机PWM调速操控原理
众所周知，直流电动机转速公式为：
直流电机转速操控可分为励磁操控法与电枢电压操控法。励磁操控法用得很少，大多数使用场合都使用电枢电压操控法。跟着电力电子技能的前进，改动电枢电压可经过多种途径完成，其间脉冲宽度调制(PWM)就是常用的改动电枢电压的一种调速办法。其办法是经过改动电机电枢电压接通时刻与通电周期的比值(即占空比)来调整直流电机的电枢电压U，然后操控电机速度。
PWM的中心部件是电压-脉宽变换器，其作用是依据操控指令信号对脉冲宽度进行调制，以便用宽度随指令改动的脉冲信号去操控大功率晶体管的导通时刻，完成对电枢绕组两头电压的操控。
电压-脉宽变换器结构如图1所示，由三角波发生器、加法器和比较器组成。三角波发生器用于发生必定频率的三角波UT，该三角波经加法器与输入的指令信号UT相加，发生信号UI+UT，然后送入比较器。比较器是一个作业在开环状况下的运算扩大器，具有极高的开环增益及限幅开关特性。两个输入端的信号差的弱小改动，会使比较器输出对应的开关信号。一般状况下，比较器负输入端接地，信号UI+UT从正端输入。当UI+UT》0时，比较器输出满起伏的正电平;当UI+UT《0时，比较器输出满起伏的负电平。
图1电压-脉宽比较器
电压-脉宽变换器对信号波形的调制进程如图2所示。因为比较器的限幅特性，输出信号Us的起伏不变，但脉冲宽度随UI的改动而改动，Us的频率由三角波的频率所决议。
当指令信号UI=0时，输出信号Us为正负脉冲宽度持平的矩形脉冲。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2PWM脉宽调制波形
2、直流电机驱动操控总流程图
直流电机驱动操控电路分为操控信号电路、脉宽调制电路、驱动信号扩大电路、H桥功率驱动电路等部分，操控总流程如图3所示。
图3直流电机驱动操控总流程图
由图3能够看出，首先由单片机宣布电机逻辑操控信号，首要包含电机作业方向信号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。其间H桥是由4个大功率增强型场效应管构成的，其作用是改动电机的转向，并对驱动信号进行扩大。
3、TL494脉冲宽度调制电路
3.1TL494各管脚功用
在完成电机PWM操控的电路中，本体系选用TL494芯片，其内部电路由基准电压发生电路、振动电路、间歇期调整电路、两个差错扩大器、脉宽调制比较器以及输出电路等组成。共16个管脚，其功用结构如图4所示。
TL494芯片广泛使用于单规矩激双管式、半桥式、全桥式开关电源。其片内资源有：
◆集成了悉数的脉宽调制电路。
◆片内置线性锯齿波振动器，外置振动元件仅两个(一个电阻和一个电容)。
◆内置差错扩大器。
◆内止5V参阅基准电压源。
◆可调整死区时刻。
◆内置功率晶体管可供给500mA的驱动才能。
◆推或拉两种输出方法。
3.2作业原理简述
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动器，振动频率可经过外部的一个电阻和一个电容进行调理，其振动频率如下：
图4TL494结构图
输出脉冲的宽度是经过电容CT上的正极性锯齿波电压与别的两个操控信号进行比较来完成。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常才会被选通，即只要在锯齿波电压大于操控信号期间才会被选通。当操控信号增大，输出脉冲的宽度将减小。
操控信号由集成电路外部输入，一路送至死区时刻比较器，一路送往差错扩大器的输入端。死区时刻比较用具有120mV的输入补偿电压，它约束了最小输出死区时刻，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%，而输出端接参阅电平常，占空比为48%。当把死区时刻操控输入端接上固定的电压(规模在0—3.3V之间)即能在输出脉冲上发生附加的死区时刻。
该芯片具有抗干扰才能强、结构简略、牢靠性高以及价格便宜等特色。
3.3依据TL494推挽式输出的电路设计
该操控体系的详细完成电路如图5所示。体系功率驱动选用MOSFET，其输入阻抗很高，可直接由晶体三极管驱动。TL494的13脚用来操控输出形式。在该体系中，挑选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，其频率和振动器频率相同、最大占空比为98%。
图5依据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，在直流电机操控中常用H桥电路作为驱动器的功率驱动电路。这种驱动电路可便利地完成直流电机的四象限作业，别离对应正转、正转制动、回转、回转制动。因为功率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色，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别离选用N沟道型和P沟道型，而P沟道功率MOS-FET一般不用于下桥臂驱动电机，上下桥臂别离用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6H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，用于下降理性元件电机发生的尖峰电压。4个二极管为续流二极管，可为线圈绕组供给续流回路。当电机正常作业时，驱动电流经过主开关管流过电机。当电机处于制动状况时，电机作业在发电状况，转子电流有必要经过续流二极管流转，不然电机就会发热，严峻时乃至焚毁。Us来自TL494的输出，-Us可经过对Us反相取得。当Us》0时，VT1和VT4导通，Us《0时，VT2和VT3导通。
依照操控指令的不同状况，该功放电路及其所驱动的直流伺服电机能够有以下四种作业状况：
1)当UI=0时，Us的正负脉宽持平，直流重量为零，VT1和VT4的导通时刻和VT2和VT3导通时刻持平，经过电枢绕组中的均匀电流为零，电动机不转。
2)当UI》0时，Us的正脉宽大于负脉宽，直流重量大于零，VT1和VT4的导通时刻大于VT2和VT3导通时刻，经过电枢绕组中的均匀电流大于零，电动机正转，且跟着UI添加，转速添加。
3)当UI《0时，Us的直流重量小于零，VT1和VT4的导通时刻，经过电枢绕组中的均匀电流小于零，电动机回转，且回转转速跟着UI的减小而添加。
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VT3一直导通，电机在最高转速下正转或回转。
结束语
本文所述的直流电机调速体系以TL494为中心，构成H桥双极式PWM直流电机调速体系，较好地完成了对直流电机的速度操控，并具有精度高、呼应速度快、安稳性好等长处。从实践运用来看，TL494用于直流电机的PWM调速，不只具有杰出的功用，并且经济牢靠，因此具有很大的实用价值。
