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TD340芯片在直流調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用
摘要：TD340驅(qū)動(dòng)器芯片是ＳＴ微電子公司推出的一種用于直流電機(jī)的控制器件，可用于驅(qū)動(dòng)Ｎ溝道MOSFET管。文中介紹了TD340芯片的工作原理，給出了TD340芯片在直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用電路。關(guān)鍵詞：TD340；直流電機(jī)調(diào)速；PWM
直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)在現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)中已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。直流電動(dòng)機(jī)具有良好的起、制動(dòng)性能和調(diào)速性能，易于在大范圍內(nèi)平滑調(diào)速，且調(diào)速后的效率很高，因此，采用硬件邏輯電路實(shí)現(xiàn)的ＰＷＭ控制系統(tǒng)已在實(shí)踐中廣泛應(yīng)用，但是，這種方法的硬件電路比較復(fù)雜，一般也無計(jì)算機(jī)接口。而本文介紹的以ＴＤ３４０驅(qū)動(dòng)器芯片為核心的直流電機(jī)ＰＷＭ調(diào)速控制系統(tǒng)則可以大大簡化硬件電路。該系統(tǒng)不僅可以模擬控制，而且具有計(jì)算機(jī)接口，同時(shí)具有良好的保護(hù)功能。
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１ 系統(tǒng)工作原理
直流電機(jī)脈寬調(diào)速通過改變控制電壓的脈沖寬度來改變加在直流電機(jī)上的平均電樞電壓的大小，從而改變直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速。圖１所示為可逆的ＰＷＭ變換器主電路的Ｈ型結(jié)構(gòu)形式。圖中，４個(gè)ＭＯＳＦＥＴ管的基極驅(qū)動(dòng)電壓分為兩組，其中Ｑ２Ｌ和Ｑ１Ｈ為一組，當(dāng)Ｑ２Ｌ接收ＰＷＭ信號導(dǎo)通時(shí)，Ｑ１Ｈ常開；而Ｑ２Ｈ和Ｑ１Ｌ截止。這時(shí)，電機(jī)兩端得到電壓而旋轉(zhuǎn)，而且占空比越大，轉(zhuǎn)速越高。由于直流電機(jī)是一個(gè)感性負(fù)載，當(dāng)ＭＯＳ關(guān)斷時(shí)，電機(jī)中的電流不能立即降到零，所以必須給這個(gè)電流提供一條釋放通路，否則將產(chǎn)生高壓破壞器件。處理這種情況的通常方法是在ＭＯＳＦＥＴ管旁邊并聯(lián)一個(gè)二極管，使電流流過二極管，最后通過歐姆耗散的方式在二極管中消失。對于大電流，耗散是重要的排放方法。這里必須使用高速二極管。電機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)道理相同。
２ ＴＤ３４０的引腳功能和控制特性
ＴＤ３４０采用雙列貼片式封裝的引腳分布如圖２所示，各引腳的功能如下：
Ｌ１、Ｌ２：低邊門極驅(qū)動(dòng)；
Ｈ１、Ｈ２；高邊門極驅(qū)動(dòng)；
ＳＴＢＹ：待機(jī)模式；
ＷＤ：看門狗信號輸入；
ＣＷＤ：設(shè)置看門狗電容端；
ＶＯＵＴ：用于微處理器的５Ｖ電壓；
ＣＦ：設(shè)置ＰＷＭ頻率的外部電容接入端；
ＩＮ１；模擬或數(shù)字信號輸入端；
ＩＮ２：電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向控制端；
ＶＢＡＴＴ、ＧＮＤ：電源正端和地端。
ＴＤ３４０芯片是Ｎ溝道功率ＭＯＳ管驅(qū)動(dòng)器，適合于直流電機(jī)控制。圖３所示是用ＴＤ３４０進(jìn)行模擬輸入的控制電路。圖４給出了ＴＤ３４０的輸入電壓與輸出ＰＷＭ間的特性曲線（接地電容用于設(shè)定ＰＷＭ頻率）。該器件內(nèi)集成有可驅(qū)動(dòng)Ｎ溝道高邊功率ＭＯＳ管的電荷泵和內(nèi)部ＰＷＭ發(fā)生器，可進(jìn)行速度和方向控制而且功耗很低，同時(shí)具有過壓（＞２０Ｖ）、欠壓（＜６．２Ｖ）保護(hù)功能，以及反向電源有源保護(hù)功能。ＴＤ３４０內(nèi)含可調(diào)的頻率開關(guān)（０～２５ｋＨｚ）及待機(jī)模式，且集成有看門狗和復(fù)位電路。除此之外，ＴＤ３４０芯片還具有Ｈ橋直流電機(jī)部分和微控制器之間的必要接口。直流電機(jī)的速度和方向可由外界輸入給ＴＤ３４０的信號來控制。其中速度由ＰＷＭ來控制，當(dāng)然?也可以接受外部的ＰＷＭ信號。當(dāng)ＴＤ３４０的ＣＦ端通過電容接地時(shí)，０～５Ｖ的模擬輸入即可產(chǎn)生ＰＷＭ輸出。實(shí)際上，當(dāng)ＣＦ端直接接地時(shí)，輸入ＴＤ３４０的數(shù)字信號就可直接產(chǎn)生ＰＷＭ信號。
３ 在開環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用
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本文所設(shè)計(jì)的直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)框圖如圖５所示。該系統(tǒng)由信號輸入電路、ＴＤ３４０和Ｈ橋電路組成。其中信號輸入電路由可調(diào)電阻和單刀雙擲開關(guān)組成，ＴＤ３４０用于構(gòu)成ＰＷＭ發(fā)生器，功率放大電路是由４個(gè)ＭＯＳＦＥＴ管組成的Ｈ橋電路。
圖６為本系統(tǒng)中直流電機(jī)ＰＷＭ調(diào)速系統(tǒng)的電路原理圖，圖中的ＭＯＳＦＥＴ管采用ＳＴＰ３０ＮＥ０３Ｌ。ＳＴＰ３０ＮＥ０３Ｌ的優(yōu)點(diǎn)是開關(guān)速度快，通路電阻低和電壓門信號低，適合于大電流和低電壓運(yùn)行。當(dāng)加上一個(gè)足夠的門信號電壓時(shí)，功率ＭＯＳＦＥＴ的通路電阻小于常規(guī)二極管?而在沒有門信號電壓的情況下，它具有常規(guī)二極管的反向特性。開關(guān)Ｋ用于控制直流電機(jī)Ｍ的正反轉(zhuǎn)。開關(guān)向上時(shí)，電機(jī)正轉(zhuǎn)；開關(guān)向下時(shí)，電機(jī)反轉(zhuǎn)�？烧{(diào)電阻Ｒ１用于調(diào)節(jié)ＴＤ３４０的模擬電壓輸入值，進(jìn)而輸出可調(diào)ＰＷＭ信號，同時(shí)給ＭＯＳＦＥＴ的門極施加開關(guān)驅(qū)動(dòng)信號并通過調(diào)節(jié)占空比的大小來調(diào)節(jié)直流電機(jī)Ｍ的轉(zhuǎn)速。電阻Ｒ１～Ｒ４用于控制ＭＯＳ門的升降時(shí)間，也有利于避免門電壓的振蕩，門電壓的振蕩通常是與門電容處的連接線的平行電感所引起的。Ｒ１～Ｒ４的值通常為１０～１００Ω。電容Ｃ６用于存儲(chǔ)能量并對通過電橋的電壓進(jìn)行濾波。在電壓上升和下降期間，為了保證系統(tǒng)的可靠性，可在兩個(gè)低端ＭＯＳ管的門極各接一個(gè)下拉電阻以確保電橋保持關(guān)斷，但高端ＭＯＳ管不能接下拉電阻，因?yàn)殡姾杀貌荒転槠涮峁┍匾碾娏鳌?br />
圖6
４ 結(jié)論
本文介紹的由ＴＤ３４０和Ｈ橋構(gòu)成的直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)具有元件需求少、所占空間小，裝配成本低等優(yōu)點(diǎn)。實(shí)踐證明，此電路可靠性高、控制方便，具有較高的實(shí)用價(jià)值。
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