TD340芯片在直流调速系统中的应用

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。 ２　ＴＤ３４０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。