TL598在小型直流电机PWM调速中的应用

    摘要：介绍了TL598芯片的特点及使用方法，提出了基于TL598芯片设计电机PWM控制系统的方法。给出了采用TL598设计的电机位置随动系统电路和电机调速系统电路图，并给出了用MCS51命令编写的脉冲产生程序。文中介绍的两种电路造价便宜，可靠性高，可方便的实现TL598与计算机的接口。

    关键词：TL598 PWM 电机 调速

1 引言

TL598是德州仪器公司生产的一种开关电源脉宽调制器集成电路，它可用于直流电动机的脉宽调制以实现对电流、转速的调节，也可以用一块芯片实现T型双极模式PWM控制，或用两块芯片实现H型双极模式PWM控制。和直流电机的专用PWM集成电路相比，TL598价格较低，容易购买，而且功能上差别很少。它在一块芯片内同时解决了速度调节器或电流调节器、脉宽调制、最大电流限制等问题。另外，TL598芯片内还设置了一些附加监控保护功能，从而使TL598具有更优良的工作性能，进一步提高了抗干扰能力和可靠性，并使系统结构更简洁，空间减小幅度更大。

2 TL598的特点

图1所示为LT598的功能框图，图2所示为后缀为P或N型TL598的引脚排列图。

TL598共有16个引脚，片内集成了两个误差放大器，一个内部振荡器（外部可编程），一个PWM比较器，一个死区控制比较器，一个缘脉冲触发器，一个5V精密电压基准，欠电压自锁控制、输出控制电路以及输出电路。管脚1、2和16、15分别是两个误差放大器的两对同相输入端和反相输入端，两个放大器的输出经“或”运算后出现在管脚3（FEEDBACK）上。在电机调速中，可以利用这五个脚实现反馈控制。

6脚（RT）和5脚（CT）分别外接电阻RT和电容CT，它们可一起用来决定CT脚上的三角波频率，从而决定输出PWM的频率：当两个输出端为平行方式时，PWM频率为三角波频率；当两个输出端为推拉方式时，PWM频率为三角波频率的一半。三角波频率和RT、CT的关系为fo=1/(2RT CT)。TL598的推荐工作频率范围是1kHz～300kHz，这样宽的频率范围可使我们在设计电机的PWM控制系统时游刃有余。

为了提高输出功率，可以将多块TL598芯片并联工作，方法是将各块芯片的RT脚接至第14脚（REF），CT脚接至公共三角波信号源。5V REF由内部稳压电路产生，一方面作为内部控制电路（比较器、触发器等）的电源，另一方面可以从14脚引出作为外部控制电路的参考电压。REF能够为外部提供10mA的电流，并且具有对地短路保护功能。REF和Vcc的关系如图3所示。TL598的13脚（输出控制端）用来选择两个输出端（第8脚OUT1和第9脚OUT2）的输出是平行方式还是推拉方式，其功能如表1所列。当输出端位于推拉方式时，OUT1和OUT2在相邻两个三角波周期内轮流导通，输出脉冲最大占文凭比约为50%；当输出端位于平行方式时，两个输出端的输出完全相同，其最大占空比约为97%。由图1可以看出，TL598的输出口结构为图腾柱形式，当位于平行方式时，OUT1和OUT2相当于一个半桥，所以用TL598设计PWM调速系统很方便。而且，TL598内部的输出逻辑电路保证不会出现直通问题（同一侧桥臂上两个功率管同时导通将造成电源对地短路而损伤器件）。在Vcc=40V、每路输出电流为200mA的情况下，TL598仍可正常工作，也就是说，对于工作电压为36V的电机，若两路均提供最大400mA的输出，则驱动功率可达14.4W。如果电机的功率比一块芯片的输出功率大，那么可以将两块或多块芯片并联。

表1 OUTPUT CRTL的功能

输出控制端信号输出方式GND平行方式REF推拉方式

第5脚（死区时间比较器输入端）用来设定PWM信号的最大可能占空比，从而设定电机的最大输入电压。利用此引脚可以实现电机工作时的过压保护、过流保护和软启动功能。工作时，此管理不可悬空，否则将会引起PWM信号的不稳定。

3 应用

3.1 电机位置随动系统

用TL598构成的位置随动系统电路如图4所示，驱动电源和控制电源共用±12V。OUT1和OUT2采用并联输出形式并和+12V、-12V、地线、两个快速二极管、两个蓄能电容一起组成T型双极模式PWM控制电路。R1、R4、R2、R13、R7、R8、C4以及误差放大器2一起组成差动放大电路；R2用来设这电机的理想位置；R13用来反馈电机的实际位置；R1、R4用来限制REF的输出电流；C4用来控制输出并产生滞后以使系统有足够的稳定裕度，从而避免电机定位的不稳定。误差放大器1在该电路中没有使用，为了避免对控制输出产生影响，同相输入端接-12V，反向输入端接REF。RT、CT分别外接10kΩ电阻和0.1μF电容。这样可使PWM信号的频率稳定在大约1kHz左右。

工作时，若电机偏离设定位置，则R13的输出值也将偏离平衡值，这样一个差值经差动放大电路运算后可改变OUT1、OUT2的脉冲占空比，从而驱动电机到达正确位置。

3.2 电机调速系统

TL598和单片机一起可构成电机调速系统。图5所示的调速系统中使用了GMS97C2051和TL598两块集成芯片。GMS97C2051是韩国三星电子公司生产的低价位8位单片机，其指令系统和MCS51完全兼容，I/O口具有20mA的电流驱动能力。该单片机可通过内部定时器0的中断产生占空比可调的脉宽信号，该信号输入至光电耦合器。光电耦合器的输出信号经过阻容低通滤波网络后，被输送到TL598比较器1的同相输入端。该比较器接成同相跟随器形式。单片机发出的脉冲长度为微秒级，且电机本身具有电惯性和机械惯性，所以滤波后的信号不会使电机的转速产生不平衡的波动。光电耦合器的作用除了实现电机和单片机的供电隔离外，还有一个作用是使单片机的逻辑电平“1”（在一定大小范围内带有随机性）转换成具有确定大小的电平值Vref，这样将使得电机的速度更加稳定。以下是用MCS51汇编语言编写的部分脉冲产生程序：

………

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

定时器0设为定时方式1，TL0在初始化时附值#00H。F0是标志位，用于记录前一次发送的脉冲是正脉冲还是负脉冲，Z_Y和F_V分别是正确冲长度和负脉冲长度。

4 结论