TL598在小型直流電機PWM調速中的應用

摘要：介紹了TL598芯片的特點(diǎn)及使用方法，提出了基于TL598芯片設計電機PWM控制系統的方法。給出了采用TL598設計的電機位置隨動(dòng)系統電路和電機調速系統電路圖，并給出了用MCS51命令編寫(xiě)的脈沖產(chǎn)生程序。文中介紹的兩種電路造價(jià)便宜，可靠性高，可方便的實(shí)現TL598與計算機的接口。

關(guān)鍵詞：TL598 PWM 電機 調速

1 引言

TL598是德州儀器公司生產(chǎn)的一種開(kāi)關(guān)電源脈寬調制器集成電路，它可用于直流電動(dòng)機的脈寬調制以實(shí)現對電流、轉速的調節，也可以用一塊芯片實(shí)現T型雙極模式PWM控制，或用兩塊芯片實(shí)現H型雙極模式PWM控制。和直流電機的專(zhuān)用PWM集成電路相比，TL598價(jià)格較低，容易購買(mǎi)，而且功能上差別很少。它在一塊芯片內同時(shí)解決了速度調節器或電流調節器、脈寬調制、最大電流限制等問(wèn)題。另外，TL598芯片內還設置了一些附加監控保護功能，從而使TL598具有更優(yōu)良的工作性能，進(jìn)一步提高了抗干擾能力和可靠性，并使系統結構更簡(jiǎn)潔，空間減小幅度更大。

2 TL598的特點(diǎn)

圖1所示為L(cháng)T598的功能框圖，圖2所示為后綴為P或N型TL598的引腳排列圖。

TL598共有16個(gè)引腳，片內集成了兩個(gè)誤差放大器，一個(gè)內部振蕩器（外部可編程），一個(gè)PWM比較器，一個(gè)死區控制比較器，一個(gè)緣脈沖觸發(fā)器，一個(gè)5V精密電壓基準，欠電壓自鎖控制、輸出控制電路以及輸出電路。管腳1、2和16、15分別是兩個(gè)誤差放大器的兩對同相輸入端和反相輸入端，兩個(gè)放大器的輸出經(jīng)“或”運算后出現在管腳3（FEEDBACK）上。在電機調速中，可以利用這五個(gè)腳實(shí)現反饋控制。

6腳（RT）和5腳（CT）分別外接電阻RT和電容CT，它們可一起用來(lái)決定CT腳上的三角波頻率，從而決定輸出PWM的頻率：當兩個(gè)輸出端為平行方式時(shí)，PWM頻率為三角波頻率；當兩個(gè)輸出端為推拉方式時(shí)，PWM頻率為三角波頻率的一半。三角波頻率和RT、CT的關(guān)系為fo=1/(2RT CT)。TL598的推薦工作頻率范圍是1kHz～300kHz，這樣寬的頻率范圍可使我們在設計電機的PWM控制系統時(shí)游刃有余。

為了提高輸出功率，可以將多塊TL598芯片并聯(lián)工作，方法是將各塊芯片的RT腳接至第14腳（REF），CT腳接至公共三角波信號源。5V REF由內部穩壓電路產(chǎn)生，一方面作為內部控制電路（比較器、觸發(fā)器等）的電源，另一方面可以從14腳引出作為外部控制電路的參考電壓。REF能夠為外部提供10mA的電流，并且具有對地短路保護功能。REF和Vcc的關(guān)系如圖3所示。TL598的13腳（輸出控制端）用來(lái)選擇兩個(gè)輸出端（第8腳OUT1和第9腳OUT2）的輸出是平行方式還是推拉方式，其功能如表1所列。當輸出端位于推拉方式時(shí)，OUT1和OUT2在相鄰兩個(gè)三角波周期內輪流導通，輸出脈沖最大占文憑比約為50%；當輸出端位于平行方式時(shí)，兩個(gè)輸出端的輸出完全相同，其最大占空比約為97%。由圖1可以看出，TL598的輸出口結構為圖騰柱形式，當位于平行方式時(shí)，OUT1和OUT2相當于一個(gè)半橋，所以用TL598設計PWM調速系統很方便。而且，TL598內部的輸出邏輯電路保證不會(huì )出現直通問(wèn)題（同一側橋臂上兩個(gè)功率管同時(shí)導通將造成電源對地短路而損傷器件）。在Vcc=40V、每路輸出電流為200mA的情況下，TL598仍可正常工作，也就是說(shuō)，對于工作電壓為36V的電機，若兩路均提供最大400mA的輸出，則驅動(dòng)功率可達14.4W。如果電機的功率比一塊芯片的輸出功率大，那么可以將兩塊或多塊芯片并聯(lián)。

表1 OUTPUT CRTL的功能

第5腳（死區時(shí)間比較器輸入端）用來(lái)設定PWM信號的最大可能占空比，從而設定電機的最大輸入電壓。利用此引腳可以實(shí)現電機工作時(shí)的過(guò)壓保護、過(guò)流保護和軟啟動(dòng)功能。工作時(shí)，此管理不可懸空，否則將會(huì )引起PWM信號的不穩定。

3 應用

3.1 電機位置隨動(dòng)系統

用TL598構成的位置隨動(dòng)系統電路如圖4所示，驅動(dòng)電源和控制電源共用±12V。OUT1和OUT2采用并聯(lián)輸出形式并和+12V、-12V、地線(xiàn)、兩個(gè)快速二極管、兩個(gè)蓄能電容一起組成T型雙極模式PWM控制電路。R1、R4、R2、R13、R7、R8、C4以及誤差放大器2一起組成差動(dòng)放大電路；R2用來(lái)設這電機的理想位置；R13用來(lái)反饋電機的實(shí)際位置；R1、R4用來(lái)限制REF的輸出電流；C4用來(lái)控制輸出并產(chǎn)生滯后以使系統有足夠的穩定裕度，從而避免電機定位的不穩定。誤差放大器1在該電路中沒(méi)有使用，為了避免對控制輸出產(chǎn)生影響，同相輸入端接-12V，反向輸入端接REF。RT、CT分別外接10kΩ電阻和0.1μF電容。這樣可使PWM信號的頻率穩定在大約1kHz左右。

工作時(shí)，若電機偏離設定位置，則R13的輸出值也將偏離平衡值，這樣一個(gè)差值經(jīng)差動(dòng)放大電路運算后可改變OUT1、OUT2的脈沖占空比，從而驅動(dòng)電機到達正確位置。

3.2 電機調速系統

TL598和單片機一起可構成電機調速系統。圖5所示的調速系統中使用了GMS97C2051和TL598兩塊集成芯片。GMS97C2051是韓國三星電子公司生產(chǎn)的低價(jià)位8位單片機，其指令系統和MCS51完全兼容，I/O口具有20mA的電流驅動(dòng)能力。該單片機可通過(guò)內部定時(shí)器0的中斷產(chǎn)生占空比可調的脈寬信號，該信號輸入至光電耦合器。光電耦合器的輸出信號經(jīng)過(guò)阻容低通濾波網(wǎng)絡(luò )后，被輸送到TL598比較器1的同相輸入端。該比較器接成同相跟隨器形式。單片機發(fā)出的脈沖長(cháng)度為微秒級，且電機本身具有電慣性和機械慣性，所以濾波后的信號不會(huì )使電機的轉速產(chǎn)生不平衡的波動(dòng)。光電耦合器的作用除了實(shí)現電機和單片機的供電隔離外，還有一個(gè)作用是使單片機的邏輯電平“1”（在一定大小范圍內帶有隨機性）轉換成具有確定大小的電平值Vref，這樣將使得電機的速度更加穩定。以下是用MCS51匯編語(yǔ)言編寫(xiě)的部分脈沖產(chǎn)生程序：

………

ORG 000BH

AJMP PULSE

………

PULSE：CLR TR0

………

JB F0，FAN

SETB F0

SETB P1.7

MOV TH0,#Z_V

AJMP PULSE1

FAN; CLR F0

CLR P1.7

MOV TH0,#F_V

PULSE1:SETB TR0

………

RETI

定時(shí)器0設為定時(shí)方式1，TL0在初始化時(shí)附值#00H。F0是標志位，用于記錄前一次發(fā)送的脈沖是正脈沖還是負脈沖，Z_Y和F_V分別是正確沖長(cháng)度和負脈沖長(cháng)度。

4 結論

用美國TI公司生產(chǎn)的TL598設計的直流電機的PWM調速系統具有調速范圍寬、快速性好、死區時(shí)間小、功率因數高等優(yōu)點(diǎn)，這對于功率幾十瓦左右的小型電機來(lái)說(shuō)，TL598無(wú)穎是實(shí)現這一系統的一個(gè)好方法。由于電路采用了集成比，因此許多在分立元件PWM系統中容量出現的問(wèn)題在這里將會(huì )被輕易解決。本文列舉的兩種電路均已通過(guò)驗證，實(shí)際運行效果良好。