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TD340芯片在直流調速系統中的應用
摘要：TD340驅動器芯片是ＳＴ微電子公司推出的一種用于直流電機的控制器件，可用于驅動Ｎ溝道MOSFET管。文中介紹了TD340芯片的工作原理，給出了TD340芯片在直流電機調速系統中的應用電路。關鍵詞：TD340；直流電機調速；PWM
直流電機調速系統在現代化工業生產中已經得到廣泛應用。直流電動機具有良好的起、制動性能和調速性能，易于在大范圍內平滑調速，且調速后的效率很高，因此，采用硬件邏輯電路實現的ＰＷＭ控制系統已在實踐中廣泛應用，但是，這種方法的硬件電路比較復雜，一般也無計算機接口。而本文介紹的以ＴＤ３４０驅動器芯片為核心的直流電機ＰＷＭ調速控制系統則可以大大簡化硬件電路。該系統不僅可以模擬控制，而且具有計算機接口，同時具有良好的保護功能。
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１ 系統工作原理
直流電機脈寬調速通過改變控制電壓的脈沖寬度來改變加在直流電機上的平均電樞電壓的大小，從而改變直流電機的轉速。圖１所示為可逆的ＰＷＭ變換器主電路的Ｈ型結構形式。圖中，４個ＭＯＳＦＥＴ管的基極驅動電壓分為兩組，其中Ｑ２Ｌ和Ｑ１Ｈ為一組，當Ｑ２Ｌ接收ＰＷＭ信號導通時，Ｑ１Ｈ常開；而Ｑ２Ｈ和Ｑ１Ｌ截止。這時，電機兩端得到電壓而旋轉，而且占空比越大，轉速越高。由于直流電機是一個感性負載，當ＭＯＳ關斷時，電機中的電流不能立即降到零，所以必須給這個電流提供一條釋放通路，否則將產生高壓破壞器件。處理這種情況的通常方法是在ＭＯＳＦＥＴ管旁邊并聯一個二極管，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。電機反轉時道理相同。
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：低邊門極驅動；
Ｈ１、Ｈ２；高邊門極驅動；
ＳＴＢＹ：待機模式；
ＷＤ：看門狗信號輸入；
ＣＷＤ：設置看門狗電容端；
ＶＯＵＴ：用于微處理器的５Ｖ電壓；
ＣＦ：設置ＰＷＭ頻率的外部電容接入端；
ＩＮ１；模擬或數字信號輸入端；
ＩＮ２：電機旋轉方向控制端；
ＶＢＡＴＴ、ＧＮＤ：電源正端和地端。
ＴＤ３４０芯片是Ｎ溝道功率ＭＯＳ管驅動器，適合于直流電機控制。圖３所示是用ＴＤ３４０進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（接地電容用于設定ＰＷＭ頻率）。該器件內集成有可驅動Ｎ溝道高邊功率ＭＯＳ管的電荷泵和內部ＰＷＭ發生器，可進行速度和方向控制而且功耗很低，同時具有過壓（＞２０Ｖ）、欠壓（＜６．２Ｖ）保護功能，以及反向電源有源保護功能。ＴＤ３４０內含可調的頻率開關（０～２５ｋＨｚ）及待機模式，且集成有看門狗和復位電路。除此之外，ＴＤ３４０芯片還具有Ｈ橋直流電機部分和微控制器之間的必要接口。直流電機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，當然?也可以接受外部的ＰＷＭ信號。當ＴＤ３４０的ＣＦ端通過電容接地時，０～５Ｖ的模擬輸入即可產生ＰＷＭ輸出。實際上，當ＣＦ端直接接地時，輸入ＴＤ３４０的數字信號就可直接產生ＰＷＭ信號。
３ 在開環直流調速系統中的應用
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本文所設計的直流電機調速系統框圖如圖５所示。該系統由信號輸入電路、ＴＤ３４０和Ｈ橋電路組成。其中信號輸入電路由可調電阻和單刀雙擲開關組成，ＴＤ３４０用于構成ＰＷＭ發生器，功率放大電路是由４個ＭＯＳＦＥＴ管組成的Ｈ橋電路。
圖６為本系統中直流電機ＰＷＭ調速系統的電路原理圖，圖中的ＭＯＳＦＥＴ管采用ＳＴＰ３０ＮＥ０３Ｌ。ＳＴＰ３０ＮＥ０３Ｌ的優點是開關速度快，通路電阻低和電壓門信號低，適合于大電流和低電壓運行。當加上一個足夠的門信號電壓時，功率ＭＯＳＦＥＴ的通路電阻小于常規二極管?而在沒有門信號電壓的情況下，它具有常規二極管的反向特性。開關Ｋ用于控制直流電機Ｍ的正反轉。開關向上時，電機正轉；開關向下時，電機反轉。可調電阻Ｒ１用于調節ＴＤ３４０的模擬電壓輸入值，進而輸出可調ＰＷＭ信號，同時給ＭＯＳＦＥＴ的門極施加開關驅動信號并通過調節占空比的大小來調節直流電機Ｍ的轉速。電阻Ｒ１～Ｒ４用于控制ＭＯＳ門的升降時間，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用于存儲能量并對通過電橋的電壓進行濾波。在電壓上升和下降期間，為了保證系統的可靠性，可在兩個低端ＭＯＳ管的門極各接一個下拉電阻以確保電橋保持關斷，但高端ＭＯＳ管不能接下拉電阻，因為電荷泵不能為其提供必要的電流。
圖6
４ 結論
本文介紹的由ＴＤ３４０和Ｈ橋構成的直流電機調速系統具有元件需求少、所占空間小，裝配成本低等優點。實踐證明，此電路可靠性高、控制方便，具有較高的實用價值。
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