介紹了以TL494為核心，采用PWM技術的直流電機控制系統。基于TL494的H橋直流電機控制系統可簡化電路結構、驅動能力強、功耗低并且控制方便，性能穩定。

由于直流電機具有良好的起動、制動和調速性能，已廣泛應用于工業、航天領域等各個方面。隨著電力電子技術的發展，脈寬調制（PWM）調速技術已成為直流電機常用的調速方法，具有調速精度高、響應速度快、調速范圍寬和功耗低等特點。而以H橋電路作為驅動器的功率驅動電路，可方便地實現直流電機的四象限運行，包括正轉、正轉制動、反轉、反轉制動，已廣泛應用于現代直流電機伺服系統中。

1、直流電機PWM調速控制原理

眾所周知，直流電動機轉速公式為：

直流電機轉速控制可分為勵磁控制法與電樞電壓控制法。勵磁控制法用得很少，大多數應用場合都使用電樞電壓控制法。隨著電力電子技術的進步，改變電樞電壓可通過多種途徑實現，其中脈沖寬度調制（PWM）便是常用的改變電樞電壓的一種調速方法。其方法是通過改變電機電樞電壓接通時間與通電周期的比值（即占空比）來調整直流電機的電樞電壓U，從而控制電機速度。

PWM的核心部件是電壓-脈寬變換器，其作用是根據控制指令信號對脈沖寬度進行調制，以便用寬度隨指令變化的脈沖信號去控制大功率晶體管的導通時間，實現對電樞繞組兩端電壓的控制。

電壓-脈寬變換器結構如圖1所示，由三角波發生器、加法器和比較器組成。三角波發生器用于產生一定頻率的三角波UT，該三角波經加法器與輸入的指令信號UT相加，產生信號UI+UT，然后送入比較器。比較器是一個工作在開環狀態下的運算放大器，具有極高的開環增益及限幅開關特性。兩個輸入端的信號差的微弱變化，會使比較器輸出對應的開關信號。一般情況下，比較器負輸入端接地，信號UI+UT從正端輸入。當UI+UT》0時，比較器輸出滿幅度的正電平;當UI+UT《0時，比較器輸出滿幅度的負電平。

圖1電壓-脈寬比較器

電壓-脈寬變換器對信號波形的調制過程如圖2所示。由于比較器的限幅特性，輸出信號Us的幅度不變，但脈沖寬度隨UI的變化而變化，Us的頻率由三角波的頻率所決定。

當指令信號UI=0時，輸出信號Us為正負脈沖寬度相等的矩形脈沖。當UI》0時，Us的正脈寬大于負脈寬。當UI《0時，Us的正脈寬小于負脈寬。當UI》UTPP/2時（UTPP是三角波的峰值），Us為一正直流信號;當UI《UTPP/2時，Us為一負直流信號。

圖2PWM脈寬調制波形

2、直流電機驅動控制總流程圖

直流電機驅動控制電路分為控制信號電路、脈寬調制電路、驅動信號放大電路、H橋功率驅動電路等部分，控制總流程如圖3所示。

圖3直流電機驅動控制總流程圖

由圖3可以看出，首先由單片機發出電機邏輯控制信號，主要包括電機運轉方向信號Dir，電機調速信號PWM及電機制動信號Brake，然后由TL494進行脈寬調制，其輸出信號驅動H橋功率電路來驅動直流電機。其中H橋是由4個大功率增強型場效應管構成的，其作用是改變電機的轉向，并對驅動信號進行放大。

3、TL494脈沖寬度調制電路

3.1、TL494各管腳功能

在實現電機PWM控制的電路中，本系統選用TL494芯片，其內部電路由基準電壓產生電路、振蕩電路、間歇期調整電路、兩個誤差放大器、脈寬調制比較器以及輸出電路等組成。共16個管腳，其功能結構如圖4所示。

TL494芯片廣泛應用于單端正激雙管式、半橋式、全橋式開關電源。其片內資源有：

◆集成了全部的脈寬調制電路。

◆片內置線性鋸齒波振蕩器，外置振蕩元件僅兩個（一個電阻和一個電容）。

◆內置誤差放大器。

◆內止5V參考基準電壓源。

◆可調整死區時間。

◆內置功率晶體管可提供500mA的驅動能力。

◆推或拉兩種輸出方式。

3.2、工作原理簡述

TL494是一個固定頻率的脈沖寬度調制電路，內置了線性鋸齒波振蕩器，振蕩頻率可通過外部的一個電阻和一個電容進行調節，其振蕩頻率如下：

圖4TL494結構圖

輸出脈沖的寬度是通過電容CT上的正極性鋸齒波電壓與另外兩個控制信號進行比較來實現。功率輸出管Q1和Q2受控于或非門。當雙穩觸發器的時鐘信號為低電平時才會被選通，即只有在鋸齒波電壓大于控制信號期間才會被選通。當控制信號增大，輸出脈沖的寬度將減小。

控制信號由集成電路外部輸入，一路送至死區時間比較器，一路送往誤差放大器的輸入端。死區時間比較器具有120mV的輸入補償電壓，它限制了最小輸出死區時間，約等于鋸齒波周期的4%，當輸出端接地，最大輸出占空比為96%，而輸出端接參考電平時，占空比為48%。當把死區時間控制輸入端接上固定的電壓（范圍在0—3.3V之間）即能在輸出脈沖上產生附加的死區時間。

該芯片具有抗干擾能力強、結構簡單、可靠性高以及價格便宜等特點。

3.3、基于TL494推挽式輸出的電路設計

該控制系統的具體實現電路如圖5所示。系統功率驅動選用MOSFET，其輸入阻抗很高，可直接由晶體三極管驅動。TL494的13腳用來控制輸出模式。在該系統中，選擇將該端輸入為低電平，這時TL494內觸發器Q1和Q2不起作用，兩路輸出相同，其頻率和振蕩器頻率相同、最大占空比為98%。

圖5基于TL494推挽式輸出的電路設計