TCA955直流电动机PWM稳速控制集成电路

由德国Siemens公司生产的TCA955单片集成电路适用于带频率发生器(FG)作为速度反馈的直流电动机稳速控制。它采用F/V变换和PWM控制技术，外接H桥功率开关，可实现对电动机起停、正反转和稳速控制，也可外接单管开关用作单转向的速度控制。它采用16脚双列直插式(DIP)封装。

1.工作原理如图2-35所示，TCA955内部包括输入放大器、二倍频电路、单稳态触发电路、三角波发生器、比较器、预充电电路和电压指示电路等部分。在电动机同轴安装的频率发生器(FG),其输出信号频率反映电动机转速。它从TCA955的2、3脚差动输入，也可以如图那样从2脚单端输入(另一端接地)。输入放大器有80dB高电压增益，即使输入信号较小，仍能得到足够幅值的方波脉冲信号送给二倍频电路，对应此方波信号的前沿和后沿获得二倍频尖脉冲信号。信号二倍频的目的是减小F/V变换后直流速度信号的纹波。用二倍频后的信号(周期为T)去触发单稳态触发器电路，此触发器时延to由外接电阻R₃和电容C₃决定。

Lc=0.89R₃C₃

单稳态电路输出脉冲的占空比to/T与转速成正比。经RC。和R₄C₅组成两级低通滤波器滤波后从8脚获得直流信号，其平均值表示了转速实测值。这里R=8.7ka,是芯片内部电阻。以上电路完成了F/V变换作用。

由三角波发生器产生作为参考信号的三角波。其频率fsw由外接电阻R,和电容C,决定。

此三角波含有直流电压成分，为0.44Vc,可理解为速度基准电压VREF,而三角波的交变部分峰-峰值△VREF约为0.18Vcc,用作产生PWM。三角波信号从比较器同相输入端(9脚)输入，转速实测值从比较器反相输入端(8脚)输入，PWM信号从16脚输出。

实测值与三角波比较，当实测值低于三角波时，输出高电平；反之，当实测值高于三角波时，输出低电平，见图2-36。

电动机起动时，由于滤波器时间常数RC₄较大，实测值形成得慢，会造成转速出现超调过大。为此，设置了预充电电路。在电动机起动前，此电路输出(7脚)产生约为预期速度实测值的

0.87倍的电压，施加到8脚上，图2-36比较器输入和输出波形

使C.预先充电到这个电压，从而可明显地降低起动过程转速超调和起动电流过大的问题。

电压指示电路外接LED可用来显示电源电压状态。

2.在打印机托架驱动控制中的应用示例图2-35给出TCA955在某打印机托架驱动控制中的应用电路。集成电路供电电压Vcc=5V,电动机供电电压Vm=20～36V,额定转速为362.5r/min,负载转矩为0.65～1.5N·cm,电动机电时间常数为0.625ms,电动机加负载总机电时间常数为25.8ms。整个控制系统除TCA955外，包括由一个OBP947光电接收器、一个异或门、一个非门、两个与非门、若干晶体管组成的H桥开关驱动电路和一些阻容元件。它接受Enable(使能)信号，用作起/停控制，方向信号用作正转/反转控制。

与电动机同轴安装的圆盘上有96个槽，旋转时，从引脚2得到每转96个脉冲的测速信号。利用电位器RP₁调节输入脉冲占空比为0.5。三角波发生器工作频率由图所示的R₇、C,数据整定为30kHz左右。16脚输出脉冲信号经两个与非门控制H桥，进行双极方式PWM控制。如图2-37所示，由PWM信

号占空比的变化来控制电动机正转或反转，以及转速的调节。稳定转速值用电位器RP₃来整定。

在打印机托架控制应用中，当托架总质量为300g时，从静态加速到额定速度需40ms。