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TB6612FNG在直流电机控制设计中的应用

• 随着PWM脉宽调制方式成为直流电机速度控制的主流，在当前的电机驱动控制设计中，集成驱动芯片逐渐取代了传统晶体管驱动电路，以其精确的数字控制、较强的输出能力等特点得到了广泛的应用。本设计中使用的TB6612FNG是一款新型驱动器件，能独立双向控制2个直流电机，它具有很高的集成度，同时能提供足够的输出能力，运行性能和能耗方面也具有优势，因此在集成化、小型化的电机控制系统中，它可以作为理想的电机驱动器件。
  
  1 TB6612FNG简介
  TB6612FNG是东芝半导体公司生产的一款直流电机驱动器件，它具有大电流MOSFET-H桥结构，双通道电路输出，可同时驱动2个电机。
  TB6612FNG每通道输出最高1．2 A的连续驱动电流，启动峰值电流达2A／3．2 A(连续脉冲／单脉冲)；4种电机控制模式：正转／反转／制动／停止；PWM支持频率高达100 kHz；待机状态；片内低压检测电路与热停机保护电路；工作温度：-20～85℃；SSOP24小型贴片封装。

  

  
  如图1所示，TB6612FNG的主要引脚功能：AINl／AIN2、BIN1／BIN2、PWMA／PWMB为控制信号输入端；AO1／A02、B01／B02为2路电机控制输出端；STBY为正常工作／待机状态控制引脚；VM(4．5～15 V)和VCC(2．7～5．5 V)分别为电机驱动电压输入和逻辑电平输入端。
  TB6612FNG是基于MOSFET的H桥集成电路，其效率高于晶体管H桥驱动器。相比L293D每通道平均600 mA的驱动电流和1．2 A的脉冲峰值电流，它的输出负载能力提高了一倍。相比L298N的热耗性和外围二极管续流电路，它无需外加散热片，外围电路简单，只需外接电源滤波电容
  就可以直接驱动电机，利于减小系统尺寸。对于PWM信号，它支持高达100 kHz的频率，相对以上2款芯片的5 kHz和40 kHz也具有较大优势。
  
  2 电机控制单元设计
  2．1 单元硬件构成
  图2所示为TB6612FNG与AVR单片机组成的电机控制单元。单片机定时器产生4路PWM输出作为AIN1／AIN2和BIN1／BIN2控制信号，如图2中OCxA、0CxB对电机M1和M2的控制。采用定时器输出硬件PWM脉冲，使得单片机CPU只在改变PWM占空比时参与运算，大大减轻了系统运算负担和PWM软件编程开销。输入引脚PWMA、PWMB和STBY由I／0电平控制电机运行或制动状态以及器件工作状态。电路采用耐压值25 V的10μF电解电容和0．1μF的电容进行电源滤波，使用功率MOSFET对VM和VCC提供电源反接保护。

  

  
  2．2 电机控制的软件实现
  脉宽调制方式产生占空比变化的PWM信号，通过对驱动器输出状态的快速切换，实现电机的速度控制。PWM占空比的大小决定输出电压平均值，进而决定电机的转速。文中采用单极性、定频调宽的PWM调制方式，保证电机调速控制的稳定性。TB6612F电感电容滤波器NG的逻辑真值表如表1所示。该器件工作时STBY引脚置为高电平；IN1和IN2不变，调整PWM引脚的输入信号可进行电机单向速度控制；置PWM引脚为高电平，并调整IN1和IN2的输入信号可进行电机双向速度控制。表中A、B两通道的控制逻辑相同。

  

  
  单片机定时器PWM输出设置如图3所示。首先需设置T／C中断屏蔽寄存器TIMSKx使能定时器溢出中断。其次分别设置T／C控制寄存器TCC-RxA和TCCRxB选择PWM模式和预分频比，最后将控制信号引脚I／0置为输出。程序运行时，每当定时器计数产生溢出，CPU响应中断，定时器回零后重新开始计数。贴片电感

  

  
  以下列出的示例代码设置为快速PWM反向输出模式，当系统时钟记为fclk时，PWM输出频率fPWM=fclk／64／256。
  TIMSKx |=1<<TOIEx；
  TCCRxA=OxF3；
  TCCRxB=Ox03；
  DDRx |=(1<<Pxx)；
  为获得更高的PWM波形精度，可以采用相位修正的PWM输出模式，不过在精度提高的同时，fPWM也将减半，以下代码得到fPWM=fclk／64／512。
  TCCRxA=0xF1：
  TCCRxB=0x03；
  PWM占空比大小的改变通过对输出比较寄存器OCRxx的数值操作来实现，例如当OCRxx=203时，占空比为204／256=80％。编程时将速度变量值写入OCRxx寄存器，从而达到改变占空比和对电机调速的目的。

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