摘 要
根据设计要求，本次设计用IR2111芯片作为驱动核心，并以TL494芯片用于产生PWM 波形的调速电路。通过这2部分的组合，便构成了以PWM 脉宽进行调速的直流电机控制系统。报告会详细说明PWM 电路对电机的调速控制原理、IR2111芯片的驱动原理及电路设计在恒负载的情况下相应实验现象和数据分析。
通过所观察到的实验现象及各项数据分析可知，以IR2111为驱动的直流电机控制系统电路不仅接线简单，操作方便，而且性能非常稳定，能够很好地驱动直流电机正常运转。 关键字：IR2111 TL494 PWM 波形 直流电机
前 沿
现阶段是属于电力电子技术飞速发展的一个时期，而人民经常提到的PWM 调速技术，由于其具有响应速度快、调速精度高、调速范围宽和功耗低等优点，所以正逐步被运用于直流电机的调速之中。
使用专用的集成电路驱动芯片设计的电路有线路简单、成本低廉的优点，在成本敏感的应用中是最好的选择。IR2111 是国际整流器公司的产品，多应用在电子整流器等照明电路中，而将其应用到电动机控制电路中，也可以取得比较不错的效果。
电路设计的方案比较与选择
最初讨论时，小组所确定的方案如下， 脉宽调制电路选择
方案一：以555作为PWM 波的产生芯片，并以此进行相关调控； 方案二：以TL494作为PWM 波的产生芯片，并以此进行相关调控；
用555芯片搭建PWM 波产生电路时接线复杂，产生的PWM 波比较不稳定，之后调控工作也没那么方便，而至于TL494芯片，除了价格较低外，其外围电路比较容易搭建，且调控非常方便，故我们组选用了方案二来进行PWM 的产生。 驱动电路的选择
方案一：使用多个功率放大器件（例如三极管以及相关功率管等）进行电路驱动，通过不同的放大驱动电路和不同参数的器件，可以达到不同的放大要求以及相应的控制时序。
方案二：采用专用驱动集成芯片IR2111来驱动半桥，IR2111 是功率MOSFET 和IGBT 专用栅极驱动集成电路，可用来驱动工作在母线电压高达600V 的电路中的N 沟道功率MOS 器件。采用一片IR 2111 可完成两个功率元件的驱动任务，其内部采用自举技术，使得功率元件的驱动电路仅需一个输入级直流电源；可实现对功率MOSFET 和IGBT 的最优驱动，还具有完善的保护功能。 方案一由于控制的是半桥驱动电路，需要考虑到独立电源的问题，电路制作比较复杂。很明显采用方案2有较大优势，而且外围电路制作简单，控制方便，故采用方案二。
TL494脉宽调整电路设计
关于TL494芯片
TL494是一种固定频率脉宽调制电路，它包含了开关电源控制所需的全部功能，广泛应用于单端正激双管式、半桥式、全桥式开关电源。
图1 TL494封装图
主要特征如下：
1、集成了全部的脉宽调制电路。
2、片内置线性锯齿波振荡器，外置振荡元件仅两个（一个电阻和一个电容）。 3、内置误差放大器。
4、内置5V 参考基准电压源。 5、可调整死区时间。
6、内置功率晶体管可提供500mA 的驱动能耐。 7、推或拉两种输出方式。
图2 TL494结构图
TL494是一个固定频率的脉冲宽度调制电路，内置了线性锯齿波振荡器，振荡频率可通过外部的一个电阻和一个电容进行调节，其振荡频率如下：
fosc = 1.1 / RT*CT 图3 TL494简单接线图
输出脉冲的宽度是通过电容CT 上的正极性锯齿波电压与另外两个控制信号进行比较来实现。
功率输出管Q 1 和Q 2受控于或非门。当双稳触发器的时钟信号为低电平时才会被选通，即只有在锯齿波电压大于控制信号期间才会被选通。当控制信号增大，输出脉冲的宽度将减小。
控制信号由集成电路外部输入，一路送至死区时间比较器，
一路送往误差放大器的输入
端。死区时间比较器具有120 mV的输入补偿电压，它限制了最小输出死区时间，约等于锯齿波周期的4%，当输出端接地，最大输出占空比为96%，而输出端接参考电平时，占空比为48%。当把死区时间控制输入端接上固定的电压（范围在0 ~ 3. 3 V之间）即能在输出脉冲上产生附加的死区时间。
该芯片具有抗干扰能力强、结构简单、可靠性高以及价格便宜等特点。PWM 信号产生电路如图4所示。
IR2111驱动电路设计
关于IR2111芯片
IR2111 是功率MOSFET 和IGBT 专用栅极驱动集成电路，可用来驱动工作在母线电压高达600V 的电路中的N 沟道功率MOS 器件。采用一片IR 2111 可完成两个功率元件的驱动任务，其内部采用自举技术，使得功率元件的驱动电路仅需一个输入级直流电源；可实现对功率MOSFET 和IGBT 的最优驱动，还具有完善的保护功能。
图4 IR2111接线图
Vcc 是给IR2111供电的电源，以15V 为最佳。Vcc 降低至10V ， IR2111也能工作，但会增加MOSFET 或IGBT 的开关损耗。
实验流程图
直流电机PWM 脉宽调速系统由4部分组成，分别是控制信号、TL494脉宽调整电路、IR2111驱动电路及直流电机，其设计流程图如下：
图5 控制总流程图
由错误！未找到引用源。可以看出先调节滑动电阻，然后由TL494进行脉宽调制，其PWM 输出信号经IR2111芯片产生两路互补PWM 信号进而驱动半桥，最后控制直流电机运行于第二项象限。
实验调试及数据分析
当为TL494输入15.4V 电压时，通过不断调节电阻，观察其占空比的范围变化是：0~100%， 而频率的变化范围是：122.5HZ~2.5KHZ
所产生的PWM 波如下图所示：
图6 15.4V 时的PWM 波形输出图
图7 输入电压提高一倍时的PWM 输出波形图
另外经调试发现，信号通过TL494脉宽调整电路产生PWM 波时，IR2111驱动电路最大可承受212V 的电压使电机运转。此时让电机带负载运行，并通过调节负载中的滑动变阻器，
使电机上的电流达到1.2A 。
之后利用TL494脉宽调整电路上的滑动变阻器，调节占空比，观察电机转速变化，并记录数据如下
表1 电机运转时的占空比与转速
通过上表，绘制曲线图如下：
图8 输入信号占空比与电机转速曲线图
观察上面曲线图，由当中的数据分析可知，当电机的输入电压及电流保持恒定时，在可调范围内调节PWM 波的占空比，电机的转速会随着占空比的增大而增大，此时两者呈正比，由上图可知，两者大致呈一次线性关系。
摘 要
根据设计要求，本次设计用IR2111芯片作为驱动核心，并以TL494芯片用于产生PWM 波形的调速电路。通过这2部分的组合，便构成了以PWM 脉宽进行调速的直流电机控制系统。报告会详细说明PWM 电路对电机的调速控制原理、IR2111芯片的驱动原理及电路设计在恒负载的情况下相应实验现象和数据分析。
通过所观察到的实验现象及各项数据分析可知，以IR2111为驱动的直流电机控制系统电路不仅接线简单，操作方便，而且性能非常稳定，能够很好地驱动直流电机正常运转。 关键字：IR2111 TL494 PWM 波形 直流电机
前 沿
现阶段是属于电力电子技术飞速发展的一个时期，而人民经常提到的PWM 调速技术，由于其具有响应速度快、调速精度高、调速范围宽和功耗低等优点，所以正逐步被运用于直流电机的调速之中。
使用专用的集成电路驱动芯片设计的电路有线路简单、成本低廉的优点，在成本敏感的应用中是最好的选择。IR2111 是国际整流器公司的产品，多应用在电子整流器等照明电路中，而将其应用到电动机控制电路中，也可以取得比较不错的效果。
电路设计的方案比较与选择
最初讨论时，小组所确定的方案如下， 脉宽调制电路选择
方案一：以555作为PWM 波的产生芯片，并以此进行相关调控； 方案二：以TL494作为PWM 波的产生芯片，并以此进行相关调控；
用555芯片搭建PWM 波产生电路时接线复杂，产生的PWM 波比较不稳定，之后调控工作也没那么方便，而至于TL494芯片，除了价格较低外，其外围电路比较容易搭建，且调控非常方便，故我们组选用了方案二来进行PWM 的产生。 驱动电路的选择
方案一：使用多个功率放大器件（例如三极管以及相关功率管等）进行电路驱动，通过不同的放大驱动电路和不同参数的器件，可以达到不同的放大要求以及相应的控制时序。
方案二：采用专用驱动集成芯片IR2111来驱动半桥，IR2111 是功率MOSFET 和IGBT 专用栅极驱动集成电路，可用来驱动工作在母线电压高达600V 的电路中的N 沟道功率MOS 器件。采用一片IR 2111 可完成两个功率元件的驱动任务，其内部采用自举技术，使得功率元件的驱动电路仅需一个输入级直流电源；可实现对功率MOSFET 和IGBT 的最优驱动，还具有完善的保护功能。 方案一由于控制的是半桥驱动电路，需要考虑到独立电源的问题，电路制作比较复杂。很明显采用方案2有较大优势，而且外围电路制作简单，控制方便，故采用方案二。
TL494脉宽调整电路设计
关于TL494芯片
TL494是一种固定频率脉宽调制电路，它包含了开关电源控制所需的全部功能，广泛应用于单端正激双管式、半桥式、全桥式开关电源。
图1 TL494封装图
主要特征如下：
1、集成了全部的脉宽调制电路。
2、片内置线性锯齿波振荡器，外置振荡元件仅两个（一个电阻和一个电容）。 3、内置误差放大器。
4、内置5V 参考基准电压源。 5、可调整死区时间。
6、内置功率晶体管可提供500mA 的驱动能耐。 7、推或拉两种输出方式。
图2 TL494结构图
TL494是一个固定频率的脉冲宽度调制电路，内置了线性锯齿波振荡器，振荡频率可通过外部的一个电阻和一个电容进行调节，其振荡频率如下：
fosc = 1.1 / RT*CT 图3 TL494简单接线图
输出脉冲的宽度是通过电容CT 上的正极性锯齿波电压与另外两个控制信号进行比较来实现。
功率输出管Q 1 和Q 2受控于或非门。当双稳触发器的时钟信号为低电平时才会被选通，即只有在锯齿波电压大于控制信号期间才会被选通。当控制信号增大，输出脉冲的宽度将减小。
控制信号由集成电路外部输入，一路送至死区时间比较器，
一路送往误差放大器的输入
端。死区时间比较器具有120 mV的输入补偿电压，它限制了最小输出死区时间，约等于锯齿波周期的4%，当输出端接地，最大输出占空比为96%，而输出端接参考电平时，占空比为48%。当把死区时间控制输入端接上固定的电压（范围在0 ~ 3. 3 V之间）即能在输出脉冲上产生附加的死区时间。
该芯片具有抗干扰能力强、结构简单、可靠性高以及价格便宜等特点。PWM 信号产生电路如图4所示。
IR2111驱动电路设计
关于IR2111芯片
IR2111 是功率MOSFET 和IGBT 专用栅极驱动集成电路，可用来驱动工作在母线电压高达600V 的电路中的N 沟道功率MOS 器件。采用一片IR 2111 可完成两个功率元件的驱动任务，其内部采用自举技术，使得功率元件的驱动电路仅需一个输入级直流电源；可实现对功率MOSFET 和IGBT 的最优驱动，还具有完善的保护功能。
图4 IR2111接线图
Vcc 是给IR2111供电的电源，以15V 为最佳。Vcc 降低至10V ， IR2111也能工作，但会增加MOSFET 或IGBT 的开关损耗。
实验流程图
直流电机PWM 脉宽调速系统由4部分组成，分别是控制信号、TL494脉宽调整电路、IR2111驱动电路及直流电机，其设计流程图如下：
图5 控制总流程图
由错误！未找到引用源。可以看出先调节滑动电阻，然后由TL494进行脉宽调制，其PWM 输出信号经IR2111芯片产生两路互补PWM 信号进而驱动半桥，最后控制直流电机运行于第二项象限。
实验调试及数据分析
当为TL494输入15.4V 电压时，通过不断调节电阻，观察其占空比的范围变化是：0~100%， 而频率的变化范围是：122.5HZ~2.5KHZ
所产生的PWM 波如下图所示：
图6 15.4V 时的PWM 波形输出图
图7 输入电压提高一倍时的PWM 输出波形图
另外经调试发现，信号通过TL494脉宽调整电路产生PWM 波时，IR2111驱动电路最大可承受212V 的电压使电机运转。此时让电机带负载运行，并通过调节负载中的滑动变阻器，
使电机上的电流达到1.2A 。
之后利用TL494脉宽调整电路上的滑动变阻器，调节占空比，观察电机转速变化，并记录数据如下
表1 电机运转时的占空比与转速
通过上表，绘制曲线图如下：
图8 输入信号占空比与电机转速曲线图
观察上面曲线图，由当中的数据分析可知，当电机的输入电压及电流保持恒定时，在可调范围内调节PWM 波的占空比，电机的转速会随着占空比的增大而增大，此时两者呈正比，由上图可知，两者大致呈一次线性关系。