芯片直流调速管理论文
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摘要：TD340驱动器芯片是ST微电子公司推出的一种用于直流电机的控制器件，可用于驱动N沟道MOSFET管。文中介绍了TD340芯片的工作原理，给出了TD340芯片在直流电机调速系统中的应用电路。
关键词：TD340；直流电机调速；PWM
直流电机调速系统在现代化工业生产中已经得到广泛应用。直流电动机具有良好的起、制动性能和调速性能，易于在大范围内平滑调速，且调速后的效率很高，因此，采用硬件逻辑电路实现的PWM控制系统已在实践中广泛应用，但是，这种方法的硬件电路比较复杂，一般也无计算机接口。而本文介绍的以TD340驱动器芯片为核心的直流电机PWM调速控制系统则可以大大简化硬件电路。该系统不仅可以模拟控制，而且具有计算机接口，同时具有良好的保护功能。
1系统工作原理
直流电机脉宽调速通过改变控制电压的脉冲宽度来改变加在直流电机上的平均电枢电压的大小，从而改变直流电机的转速。图1所示为可逆的PWM变换器主电路的H型结构形式。图中，4个MOSFET管的基极驱动电压分为两组，其中Q2L和Q1H为一组，当Q2L接收PWM信号导通时，Q1H常开；而Q2H和Q1L截止。这时，电机两端得到电压而旋转，而且占空比越大，转速越高。由于直流电机是一个感性负载，当MOS关断时，电机中的电流不能立即降到零，所以必须给这个电流提供一条释放通路，否则将产生高压破坏器件。处理这种情况的通常方法是在MOSFET管旁边并联一个二极管，使电流流过二极管，最后通过欧姆耗散的方式在二极管中消失。对于大电流，耗散是重要的排放方法。这里必须使用高速二极管。电机反转时道理相同。
2TD340的引脚功能和控制特性
TD340采用双列贴片式封装的引脚分布如图2所示，各引脚的功能如下：
L1、L2：低边门极驱动；
H1、H2；高边门极驱动；
STBY：待机模式；
WD：看门狗信号输入；
CWD：设置看门狗电容端；
VOUT：用于微处理器的5V电压；
CF：设置PWM频率的外部电容接入端；
IN1；模拟或数字信号输入端；
IN2：电机旋转方向控制端；
VBATT、GND：电源正端和地端。
TD340芯片是N沟道功率MOS管驱动器，适合于直流电机控制。图3所示是用TD340进行模拟输入的控制电路。图4给出了TD340的输入电压与输出PWM间的特性曲线（接地电容用于设定PWM频率）。该器件内集成有可驱动N沟道高边功率MOS管的电荷泵和内部PWM发生器，可进行速度和方向控制而且功耗很低，同时具有过压（＞20V）、欠压（＜6．2V）保护功能，以及反向电源有源保护功能。TD340内含可调的频率开关（0～25kHz）及待机模式，且集成有看门狗和复位电路。除此之外，TD340芯片还具有H桥直流电机部分和微控制器之间的必要接口。直流电机的速度和方向可由外界输入给TD340的信号来控制。其中速度由PWM来控制，当然也可以接受外部的PWM信号。当TD340的CF端通过电容接地时，0～5V的模拟输入即可产生PWM输出。实际上，当CF端直接接地时，输入TD340的数字信号就可直接产生PWM信号。
3在开环直流调速系统中的应用
本文所设计的直流电机调速系统框图如图5所示。该系统由信号输入电路、TD340和H桥电路组成。其中信号输入电路由可调电阻和单刀双掷开关组成，TD340用于构成PWM发生器，功率放大电路是由4个MOSFET管组成的H桥电路。
图6为本系统中直流电机PWM调速系统的电路原理图，图中的MOSFET管采用STP30NE03L。STP30NE03L的优点是开关速度快，通路电阻低和电压门信号低，适合于大电流和低电压运行。当加上一个足够的门信号电压时，功率MOSFET的通路电阻小于常规二极管而在没有门信号电压的情况下，它具有常规二极管的反向特性。开关K用于控制直流电机M的正反转。开关向上时，电机正转；开关向下时，电机反转。可调电阻R1用于调节TD340的模拟电压输入值，进而输出可调PWM信号，同时给MOSFET的门极施加开关驱动信号并通过调节占空比的大小来调节直流电机M的转速。电阻R1～R4用于控制MOS门的升降时间，也有利于避免门电压的振荡，门电压的振荡通常是与门电容处的连接线的平行电感所引起的。R1～R4的值通常为10～100Ω。电容C6用于存储能量并对通过电桥的电压进行滤波。在电压上升和下降期间，为了保证系统的可靠性，可在两个低端MOS管的门极各接一个下拉电阻以确保电桥保持关断，但高端MOS管不能接下拉电阻，因为电荷泵不能为其提供必要的电流。
图6
4结论
本文介绍的由TD340和H桥构成的直流电机调速系统具有元件需求少、所占空间小，装配成本低等优点。实践证明，此电路可靠性高、控制方便，具有较高的实用价值。