一种由TL494为控制核心的脉宽调制技术

随着电力电子技术的发展，脉宽调制（Pulse Width Modulation，PWM）技术的应用日益引起人们的重视。本文介绍了一种由TL494为控制核心的脉宽调制技术，并将其应用于直流电动机控制系统。分析了该系统的工作原理、实现电路以及PWM控制芯片的结构和具体应用。

1.控制系统的工作原理与实现

1.1系统工作原理

本控制系统的基本设计思路是采用降压斩波电路如图1。

图1 降压斩波电路及其波形

直流电源Ud，负载为电动机（M），当开关器件（VT）被触发导通时，直流电压就加到电动机上，并持续t1时间。当场开关器件关断时，负载上的电压为零，并持续t2时间。若定义工作周期T=t1+t2，占空比k=t/T，则由波形图，并根据直流斩波电路的原理有：

系统输出电压平均值Uo为：

其输出电压的有效值（U）为：

本系统所采用脉宽调制（PWM）工作方式，维持T不变，改变t1。

控制系统的原理框图如图2。

图2 控制系统原理框图

该系统中电源通过功率驱动电路使电动机工作，而功率驱动电路的通断由PWM控制芯片控制;系统对电动机电流进行取样，反馈到PWM控制芯片，与电流比较电路的电流值比较，以控制PWM信号输出，达到调速的目的。系统同时还对电源电压取样，反馈到PWM控制芯片，与电压比较电路的电压值比较，以控制PWM信号输出，达到欠压保护的作用。

功率驱动电路采用常见的BUCK电路，开关管选用Power MOSFET。其输出电压的调节通过控制器件的开通时问来实现，考虑电动机的电感影响，输出电流比较稳定，能耗也较低。

1.2PWM控制芯片的选用

在实现电动机PWM控制系统的控制电路中，本系统选用TL494芯片。TL494芯片具有抗干扰能力强、结构简单、可靠性高以及价格便宜等特点。

TL494的内部电路（如图3）由基准电压产生电路、振荡电路、间歇期调整电路、两个误差放大器、脉宽调制比较器以及输出电路等组成。

图3 TL494内部结构图

其中1、2脚是误差放大器1的同相和反相输入端;3脚是相位校正和增益控制;4脚为间歇期调理，其上加0～3.3V电压时可使截止时间从2%变化到100%。5、6脚分别用于外接振荡电阻RT和振荡电容CT，以确定振荡器产生锯齿波的频率fosc;

式中，RT和CT的取值范围：RT=5～100kQ，CT=0.001～0.1μF。7脚为接地端;8、9脚和11、10脚分别为TL494内部两个末级输出三极管集电极和发射极;12脚为电源供电端;13脚为输出控制端，该脚接地时为并联单端输出方式，接14脚时为推挽输出方式;14脚为5V基准电压输出端，最大输出电流10mA;15、16脚是误差放大器2的反相和同相输入端。

1.3系统的实现电路

该控制系统的具体实现电路如图4。系统采用电流负反馈的方式跟踪电动机的转速，同时通过对电源的电压负反馈，使系统具有欠压保护功能。

图4 系统的实现电路

检测电动机电流，并反馈到TL494内部误差放大器1的1脚，与2脚的电流基准信号比较，控制TL494的PWM输出，实现对电动机调速的功能。通过调节可调电阻（RES1）的电阻值，即改变设定的电流基准信号的大小，来调节PWM输出信号的占空比，达到调节电动机转速的目的。

通过对电源进行电压取样，并反馈到TI494的内部误差放大器2的15脚，与16脚的电压基准信号比较，控制TL494的PWM输出，实现系统的欠压保护功能。

系统功率驱动选用Power MOSFET，其输入阻抗很高，可直接由晶体三极管驱动。TI494的13脚用来控制输出模式。在该系统中，选择将该端输入为低电平，这时TL494内触发器Q1和Q2不起作用，两路输出相同，其频率和振荡器频率相同、最大占空比为98%。

2.仿真结果

为验证系统的有效性，可以通过计算机对上述基于PWM技术的直流电动机控制系统的电路进行系统仿真。设定该系统的电源电压Ucc=12V，直流电动机额定参数：Un=12V，In=15A，4极，电枢电阻Ra=0.21Q，转动惯量J=0.57kg㎡，通过改变控制电路的可调电阻RES1来实现系统输出的不同占空比，当输出占空比分别为0.2、0.65/0.8电动机的电压和电流波形如图5所示。

图5 电动机电压与电流波形图

由图5可以看出在输出不同的占空比时，电动机的电压和电流的波形稳定，这有利于电动机长期稳定运行。这说明本文所介绍的基于TL494的PWM控制技术在实际应用中是可行的，而且运行稳定。

结论

本文总结了一种基于TL494芯片的PWM控制技术，通过仿真结果表明该系统结构简单、能耗低、工作稳定，而且充分利用TL494芯片的特点，使系统具有欠压保护的优点。
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