隨著電力電子技術的發(fā)展，脈寬調制(Pulse Width Modulation，PWM)技術的應用日益引起人們的重視。本文介紹了一種由TL494為控制核心的脈寬調制技術，并將其應用于直流電動機控制系統(tǒng)。分析了該系統(tǒng)的工作原理、實現(xiàn)電路以及PWM控制芯片的結構和具體應用。
1.控制系統(tǒng)的工作原理與實現(xiàn)
1.1系統(tǒng)工作原理
本控制系統(tǒng)的基本設計思路是采用降壓斬波電路如圖1。
圖1 降壓斬波電路及其波形
直流電源Ud，負載為電動機(M)，當開關器件(VT)被觸發(fā)導通時，直流電壓就加到電動機上，并持續(xù)t1時間。當場開關器件關斷時，負載上的電壓為零，并持續(xù)t2時間。若定義工作周期T=t1+t2，占空比k=t/T，則由波形圖，并根據(jù)直流斬波電路的原理有：
系統(tǒng)輸出電壓平均值Uo為：
其輸出電壓的有效值(U)為：
本系統(tǒng)所采用脈寬調制(PWM)工作方式，維持T不變，改變t1。
控制系統(tǒng)的原理框圖如圖2。
圖2 控制系統(tǒng)原理框圖
該系統(tǒng)中電源通過功率驅動電路使電動機工作，而功率驅動電路的通斷由PWM控制芯片控制;系統(tǒng)對電動機電流進行取樣，反饋到PWM控制芯片，與電流比較電路的電流值比較，以控制PWM信號輸出，達到調速的目的。系統(tǒng)同時還對電源電壓取樣，反饋到PWM控制芯片，與電壓比較電路的電壓值比較，以控制PWM信號輸出，達到欠壓保護的作用。
功率驅動電路采用常見的BUCK電路，開關管選用Power MOSFET。其輸出電壓的調節(jié)通過控制器件的開通時問來實現(xiàn)，考慮電動機的電感影響，輸出電流比較穩(wěn)定，能耗也較低。
1.2PWM控制芯片的選用
在實現(xiàn)電動機PWM控制系統(tǒng)的控制電路中，本系統(tǒng)選用TL494芯片。TL494芯片具有抗干擾能力強、結構簡單、可靠性高以及價格便宜等特點。
TL494的內部電路(如圖3)由基準電壓產(chǎn)生電路、振蕩電路、間歇期調整電路、兩個誤差放大器、脈寬調制比較器以及輸出電路等組成。
圖3 TL494內部結構圖
其中1、2腳是誤差放大器1的同相和反相輸入端;3腳是相位校正和增益控制;4腳為間歇期調理，其上加0～3.3V電壓時可使截止時間從2%變化到100%。5、6腳分別用于外接振蕩電阻RT和振蕩電容CT，以確定振蕩器產(chǎn)生鋸齒波的頻率fosc;
式中，RT和CT的取值范圍：RT=5～100kQ，CT=0.001～0.1μF。7腳為接地端;8、9腳和11、10腳分別為TL494內部兩個末級輸出三極管集電極和發(fā)射極;12腳為電源供電端;13腳為輸出控制端，該腳接地時為并聯(lián)單端輸出方式，接14腳時為推挽輸出方式;14腳為5V基準電壓輸出端，最大輸出電流10mA;15、16腳是誤差放大器2的反相和同相輸入端。
1.3系統(tǒng)的實現(xiàn)電路
該控制系統(tǒng)的具體實現(xiàn)電路如圖4。系統(tǒng)采用電流負反饋的方式跟蹤電動機的轉速，同時通過對電源的電壓負反饋，使系統(tǒng)具有欠壓保護功能。
圖4 系統(tǒng)的實現(xiàn)電路
檢測電動機電流，并反饋到TL494內部誤差放大器1的1腳，與2腳的電流基準信號比較，控制TL494的PWM輸出，實現(xiàn)對電動機調速的功能。通過調節(jié)可調電阻(RES1)的電阻值，即改變設定的電流基準信號的大小，來調節(jié)PWM輸出信號的占空比，達到調節(jié)電動機轉速的目的。
通過對電源進行電壓取樣，并反饋到TI494的內部誤差放大器2的15腳，與16腳的電壓基準信號比較，控制TL494的PWM輸出，實現(xiàn)系統(tǒng)的欠壓保護功能。
系統(tǒng)功率驅動選用Power MOSFET，其輸入阻抗很高，可直接由晶體三極管驅動。TI494的13腳用來控制輸出模式。在該系統(tǒng)中，選擇將該端輸入為低電平，這時TL494內觸發(fā)器Q1和Q2不起作用，兩路輸出相同，其頻率和振蕩器頻率相同、最大占空比為98%。
2.仿真結果
為驗證系統(tǒng)的有效性，可以通過計算機對上述基于PWM技術的直流電動機控制系統(tǒng)的電路進行系統(tǒng)仿真。設定該系統(tǒng)的電源電壓Ucc=12V，直流電動機額定參數(shù)：Un=12V，In=15A，4極，電樞電阻Ra=0.21Q，轉動慣量J=0.57kg㎡，通過改變控制電路的可調電阻RES1來實現(xiàn)系統(tǒng)輸出的不同占空比，當輸出占空比分別為0.2、0.65/0.8電動機的電壓和電流波形如圖5所示。
圖5 電動機電壓與電流波形圖
由圖5可以看出在輸出不同的占空比時，電動機的電壓和電流的波形穩(wěn)定，這有利于電動機長期穩(wěn)定運行。這說明本文所介紹的基于TL494的PWM控制技術在實際應用中是可行的，而且運行穩(wěn)定。
結論
本文總結了一種基于TL494芯片的PWM控制技術，通過仿真結果表明該系統(tǒng)結構簡單、能耗低、工作穩(wěn)定，而且充分利用TL494芯片的特點，使系統(tǒng)具有欠壓保護的優(yōu)點。
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