TL598在小型直流電機(jī)PWM調(diào)速中的應(yīng)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(shè)計(jì)電機(jī)PWM控制系統(tǒng)的方法。給出了采用TL598設(shè)計(jì)的電機(jī)位置隨動系統(tǒng)電路和電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)電路圖，并給出了用MCS51命令編寫的脈沖產(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(xiàn)TL598與計(jì)算機(jī)的接口。

關(guān)鍵詞：TL598 PWM 電機(jī) 調(diào)速

1 引言

TL598是德州儀器公司生產(chǎn)的一種開關(guān)電源脈寬調(diào)制器集成電路，它可用于直流電動機(jī)的脈寬調(diào)制以實(shí)現(xiàn)對電流、轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，也可以用一塊芯片實(shí)現(xiàn)T型雙極模式PWM控制，或用兩塊芯片實(shí)現(xiàn)H型雙極模式PWM控制。和直流電機(jī)的專用PWM集成電路相比，TL598價(jià)格較低，容易購買，而且功能上差別很少。它在一塊芯片內(nèi)同時(shí)解決了速度調(diào)節(jié)器或電流調(diào)節(jié)器、脈寬調(diào)制、最大電流限制等問題。另外，TL598芯片內(nèi)還設(shè)置了一些附加監(jiān)控保護(hù)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(tǒng)結(jié)構(gòu)更簡潔，空間減小幅度更大。

2 TL598的特點(diǎn)

圖1所示為LT598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(nèi)集成了兩個(gè)誤差放大器，一個(gè)內(nèi)部振蕩器（外部可編程），一個(gè)PWM比較器，一個(gè)死區(qū)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(zhǔn)，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(yùn)算后出現(xiàn)在管腳3（FEEDBACK）上。在電機(jī)調(diào)速中，可以利用這五個(gè)腳實(shí)現(xiàn)反饋控制。

6腳（RT）和5腳（CT）分別外接電阻RT和電容CT，它們可一起用來決定CT腳上的三角波頻率，從而決定輸出PWM的頻率：當(dāng)兩個(gè)輸出端為平行方式時(shí)，PWM頻率為三角波頻率；當(dāng)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(shè)計(jì)電機(jī)的PWM控制系統(tǒng)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(nèi)部穩(wěn)壓電路產(chǎn)生，一方面作為內(nèi)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?yàn)橥獠刻峁?0mA的電流，并且具有對地短路保護(hù)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(dāng)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(nèi)輪流導(dǎo)通，輸出脈沖最大占文憑比約為50%；當(dāng)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(jié)構(gòu)為圖騰柱形式，當(dāng)位于平行方式時(shí)，OUT1和OUT2相當(dāng)于一個(gè)半橋，所以用TL598設(shè)計(jì)PWM調(diào)速系統(tǒng)很方便。而且，TL598內(nèi)部的輸出邏輯電路保證不會出現(xiàn)直通問題（同一側(cè)橋臂上兩個(gè)功率管同時(shí)導(dǎo)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，對于工作電壓為36V的電機(jī)，若兩路均提供最大400mA的輸出，則驅(qū)動功率可達(dá)14.4W。如果電機(jī)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(qū)時(shí)間比較器輸入端）用來設(shè)定PWM信號的最大可能占空比，從而設(shè)定電機(jī)的最大輸入電壓。利用此引腳可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)工作時(shí)的過壓保護(hù)、過流保護(hù)和軟啟動功能。工作時(shí)，此管理不可懸空，否則將會引起PWM信號的不穩(wěn)定。

3 應(yīng)用

3.1 電機(jī)位置隨動系統(tǒng)

用TL598構(gòu)成的位置隨動系統(tǒng)電路如圖4所示，驅(qū)動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、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2一起組成差動放大電路；R2用來設(shè)這電機(jī)的理想位置；R13用來反饋電機(jī)的實(shí)際位置；R1、R4用來限制REF的輸出電流；C4用來控制輸出并產(chǎn)生滯后以使系統(tǒng)有足夠的穩(wěn)定裕度，從而避免電機(jī)定位的不穩(wěn)定。誤差放大器1在該電路中沒有使用，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(wěn)定在大約1kHz左右。

工作時(shí)，若電機(jī)偏離設(shè)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)差動放大電路運(yùn)算后可改變OUT1、OUT2的脈沖占空比，從而驅(qū)動電機(jī)到達(dá)正確位置。

3.2 電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)

TL598和單片機(jī)一起可構(gòu)成電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。圖5所示的調(diào)速系統(tǒng)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(jī)，其指令系統(tǒng)和MCS51完全兼容，I/O口具有20mA的電流驅(qū)動能力。該單片機(jī)可通過內(nèi)部定時(shí)器0的中斷產(chǎn)生占空比可調(diào)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(jī)發(fā)出的脈沖長度為微秒級，且電機(jī)本身具有電慣性和機(jī)械慣性，所以濾波后的信號不會使電機(jī)的轉(zhuǎn)速產(chǎn)生不平衡的波動。光電耦合器的作用除了實(shí)現(xiàn)電機(jī)和單片機(jī)的供電隔離外，還有一個(gè)作用是使單片機(jī)的邏輯電平“1”（在一定大小范圍內(nèi)帶有隨機(jī)性）轉(zhuǎn)換成具有確定大小的電平值Vref，這樣將使得電機(jī)的速度更加穩(wěn)定。以下是用MCS51匯編語言編寫的部分脈沖產(chǎn)生程序：

………

ORG 000BH

AJMP PULSE

………

PULSE：CLR TR0

………

JB F0，F(xiàn)AN

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

4 結(jié)論

用美國TI公司生產(chǎn)的TL598設(shè)計(jì)的直流電機(jī)的PWM調(diào)速系統(tǒng)具有調(diào)速范圍寬、快速性好、死區(qū)時(shí)間小、功率因數(shù)高等優(yōu)點(diǎn)，這對于功率幾十瓦左右的小型電機(jī)來說，TL598無穎是實(shí)現(xiàn)這一系統(tǒng)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(tǒng)中容量出現(xiàn)的問題在這里將會被輕易解決。本文列舉的兩種電路均已通過驗(yàn)證，實(shí)際運(yùn)行效果良好。