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通用电机速度控制器TDA1085C原理及应用
http://www.ieechina.com/Upload/Tech/940.htm
郑州轻工业学院 郑安平 陈新
摘要：TDA1085C是一种通用的电机调速控制芯片，可组成性能很高的速度闭环控制系统。本文简要介绍了其电气性能、工作原理和典型应用电路。
关键词：TDA1085C, 电机调速, 速度控制
1. 概述
TDA1085C是美国摩托罗拉(MOTOROLA)公司研制的通用调速控制芯片。该芯片通过控制双向可控硅的导通角来改变电机电压，从而调整电机速度。反馈测速装置检测出的电机速度数字信号可用作闭环控制系统信号。由TDA1085C构成的调速系统具有速度稳定性高，结构简单，外接元件参数调整简便，成本低廉等优点，可广泛应用于需要调速的低成本控制系统中。其主要特点为：交流电源直接供电；内含频率电压变换器(F/V)，可将电机速度的数字信号转换成模拟电压信号；片内速度上升率发生器，在电机整个转速范围内可设定两种速度上升率；具有软启动功能；在电源断电、波动，电机过流时，监测电路可提供各种保护。
2. TDA1085C的主要性能
2.1 TDA1085C的引脚功能
TDA1085C采用PDIP－16和SO－16两种封装型式，后者为表面安装型。共有16只引脚，其内部框图及引脚如图1所示，各引脚功能如下：
脚1(CSYN)：电流同步输入端。
脚2(VSYN)：电压同步输入端。
脚3(MCL)：电机过流限制信号输入端。
脚4(AS)：电机真实速度输入端。
脚5(SS)：电机速度设定输入端。
脚6(RGC)：速度上升率控制端。
脚7(RGT)：速度上升率定时端。
脚8(GND)：电源地。
脚9(VCC)：电源正端。
脚10(SRBR)：内部电压并联调节器限流电阻。
脚11(F/VPC)：接F/V电路泵电容。
脚12(DSS)：数字速度信号输入端。
脚13(TPO)：触发脉冲输出端。
脚14(SC)：接锯齿波形成电容器。
脚15(SSC)：接锯齿波电流设置电阻器。
脚16(CLS)：接闭环稳定网络。
2.2 TDA1085C主要参数
TDA1085C主要参数如表1所列。
3. TDA1085C工作原理及典型应用
TDA1085C由电压调节器、速度检测器、上升率发生器、控制放大器、电流限制器、监测电路和触发脉冲发生器等组成。如图1所示。5脚的速度给定电压经上升率发生器与速度检测器输出信号比较，再经控制放大器，最终控制触发脉冲发生器，使其发出相位可调触发脉冲信号，从而构成一速度反馈闭环控制。
3.1 芯片工作原理
a. 电压调节器
TDA1085C内含一并联型电压调节器，它能吸收大电流，提供良好的稳压特性。图2所示为TDA1085C的应用电路。交流220V电压经半波整流，通过6.8kΩ和270Ω电阻限流，两个100μF的电容滤波，在9脚产生VCC，VCC同时又是被检测的电源电压。当VCC达到预定值后，多余电流被R10吸收，进入10脚，以实现电压调节。
b.速度给定
TDA1085C的5脚为速度给定端。为确保零转速的可靠性，设计时，让5脚在给定0～80mV内，均认为是零转速。
c. 速度检测
若用模拟速度传感器，其输出接TDA1085C12脚和4脚，参考地为8脚。若使用数字速度传感器，其输出被送到TDA1085C的12脚。输出到12脚的频率信号经TDA1085C内部的F/V变换电路转换为电压信号。此电压信号通过4脚电容平滑滤波后，反映电机的真实速度。因为4脚的电压实际上代表了真实的速度反馈所对应的电压值。当调整4脚的外接电阻时，也就是调整整个反馈回路的增益，这就改变了电机转速与其给定电压(V5电压)的对应关系。12脚还有监测功能，当12脚电压超过5V时，禁止输出触发脉冲，芯片复位。
d. 速度上升率设定
为使电机在速度快速上升时不过载。芯片提供了上升率限制电路。芯片提供快速上升的典型持续时间为5秒。速度上升率由TDA1085C的6脚进行控制。由5脚设定速度后，速度上升率发生器对7脚外接电容C7充电，直到V4(反映真实速度)等于V5。通过控制6脚外接电容可改变充电速度，从而控制速度上升率。
当V4<V5时，芯片内部对C7的充电电流为恒流1.2mA，为高速度上升率。
当V6≤V4≤2V6时，芯片内部对C7充电电流减至5μA，此时为低速度上升率；当V6=0，即6脚接低电平时，在速度上升过程中只有高速度上升率。
e. 控制放大器
控制放大器将真实速度信号V4与设定速度信号V5差值放大。V5通过速度上升率发生器加到控制放大器的输入端。16脚为放大器输出端，直接控制触发脉冲发生器。为确保在任何工作条件下的稳定性和最快的瞬态响应，16脚必须外接阻容网络，其参数值应依实际调试情况确定。
f. 触发脉冲发生器
在交流电的每半周期，触发脉冲发生器将控制放大器输出的直流电平，转换成相应比例的触发信号。13脚为触发脉冲输出，最大输出能力为200mA。若由于干扰使双向可控硅未能触发，可再次提供触发脉冲。R15和C14决定锯齿波信号的斜率。触发脉冲宽度和重复周期与锯齿波斜率成反比。
g. 负载电流限制电路
为保证电机和双向可控硅的安全，必须限制双向可控硅通过的电流。电机电流在分压电阻R上产生交变电压，负半波传送到3脚，3脚电压被R3、R4预偏置在正极性。当电机电流增加时，3脚的负半波也增大。只要3脚相对8脚的电压稍一变负，就有电流流入3脚。该电流被放大后，使7脚电容放电，导致触发脉冲导通角减少，使负载电流下降，直到最终平衡。
3.2 TDA1085C在洗衣机电机调速中应用
滚筒洗衣机内筒由电机经皮带轮减速后带动，内筒调速范围一般在50～1000rpm，传动比为15，电机的最大转速可达15000rpm，调速范围比较宽，而且要求无级调速和带载能力大。滚筒洗衣机电机为串激电机，其内部带有交流测速发电机，调速电路可采用TDA1085C芯片构成闭环控制，实现了洗衣机电机的无级调速和速度的稳定。TDA1085C应用于洗衣机电机控制的基本电路如图2所示。
4. 使用中的几个问题
在图2所示的TDA1085C应用电路中，可能会遇到以下几种选择：
(1) R14、R9、R10等电阻在选择时应满足下列条件：
TDA1085C的10脚吸收电流极限为35mA。在VCC消耗最大时(有脉冲输出)，10脚电流为1mA；在VCC消耗最小时(无脉冲输出)，10脚电压为3V。且在整个交流调压范围内，10脚的动态范围都不应该超出。
由于VCC电压在低于14.6V时，TDA1085C复位并禁止输出。若要求在调速系统的交流供电电源波动范围较大时(如±15％)芯片也能正常工作，可考滤使用稳压直流电源直接对VCC供电。
(2) C11应选择优质电容(如CBB类电容)，此参数影响F/V变换，即影响反馈参数，也影响电机转速。
(3) 电阻R1为电压同步限流电阻，通常取820kΩ，但为了准确地检测交流电的过零点，R1可取330kΩ。
(4) 可控硅两端并接100nF电容与100Ω电阻串联吸收电路，以防止可控硅因dV/dt过大而损坏。
(5) 可控硅的过流限制在10A以下时，R3取值在2kΩ以内；若过流限制不用，3脚接5V电源。
(6) 在制作印制板时，转速传感器的地线必直接接在8脚上，该地线仅作为传感器的地线，不得与其他电线合用，否则可能会产生很大的噪声。
(7) 为保证电机在低速时的稳定性，测速电机至少要8极，最好采用16极测速电机。以防止测速信号过大引起芯片复位，同时又兼顾最大的信噪比，在电机转速最大时，12脚的输入电压峰－峰值可设计为1V。
(8) 单片机与调速控制电路的接口
当使用单片机系统来控制由TDA1085C组成的调速控制电路时，由于二者供电电源不同，需要进行电平转换。目前多数单片机都具有脉宽调制(PWM)输出口，单片机的PWM输出端经光电隔离、电平转换和滤波后，可直接与TDA1085C的5脚电压给定端相连。要调整给定速度，只需改变PWM的占空比即可。实际接口电路如图3所示。
5. 结束语
由TDA1085C组成的调速电路具有成本低、可靠性高等特点。目前，已被广泛应用于无级调速的滚筒洗衣机中，本文可对设计人员和维修人员提供一些参考。
参考文献
1. Motorola Inc.Analog/interface ICs Device Data Vol.1 |
阿莫论坛20周年了！感谢大家的支持与爱护！！
曾经有一段真挚的爱情摆在我的面前，我没有珍惜，现在想起来，还好我没有珍惜……
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发表于 2010-6-23 01:04:12
楼主
