3.1、功率集成電路L298N簡介

　　為提高系統效率，降低功耗，功放驅動電路采用基于雙極型H橋型脈寬調制方式的集成電路L298N。L298N是由SGS公司生產的高性能脈寬調制功率放大器，具有體積小、驅動能力強等特點。內部包含兩個H橋高電壓大電流橋式驅動器，單片即可實現電機全橋驅動，可驅動46V，2A以下的電機。L298N的內部結構如圖3所示。

　　圖3L298N內部結構框圖

　　3.2、直流電機控制系統硬件電路

　　L298N可以驅動兩臺直流電機，因該調速系統為單軸結構，為充分利用該功放電路的帶負載能力，以使系統以最大加速度啟動，并以最大加速度制動，設計時分別將輸入和輸出兩兩并聯使用控制直流電機。如圖4所示，輸入端IN1、IN3并聯，IN2、IN4并聯，輸出端OUT1、OUT3并聯，OUT2、OUT4并聯分別接至電機兩端，使能端由單片機高速輸出口HSO1控制。

　　單片機80C196KC根據位置環和速度環運算結果給出PWM信號，PWM信號一路直接輸出至IN1（IN3）端，一路經過7406取反輸出至IN2（IN4），當PWM模擬信號占空比為50%時，電機兩端正反向電壓所加時間相同，電機在此位置處于微顫狀態，即處于“動力潤滑”狀態，當占空比大于50%時，信號電壓OUTA大于OUTB，電機正轉，反之則反轉。因此必須理順各環節的輸出極性，才能形成負反饋，完成閉環控制。依靠改變PWM占空比控制電機轉速的同時也可以改變電機轉向，控制方法簡單可靠。此外，因為電機是電圈式的，在電機出現急停和突然換向時會形成反向電動勢，為保證L298N驅動芯片的正常工作，在輸出端OUTA、OUTB與直流電機之間加入兩對續流二極管將電流分流到電源正極或地端，以免反向電動勢對L298N產生損害。

　　3.3、抗干擾及電磁兼容性設計

　　電機驅動時，功率主開關元件的快速通斷導致功率電流和電壓變化率較大，不僅影響驅動電路而且還會通過電源、地進入控制電路。此外，電機啟動制動時在負載突變處產生瞬變電壓，其振幅也會高于電源電壓，而且前沿陡峭、頻帶很寬，經由直流電源進入控制電路。因此，抗干擾及電磁兼容設計也至關重要。系統采取了電流平波、去毛刺、屏蔽等措施。

　　電流平波：由于PWM開關瞬間能量比較大，因此在PWM功放輸出端采用RC濾波器來濾波，通過選擇合適的電阻和電容值，有效地抑制了高頻諧波，吸收了PWM功放尖峰電壓，減小了干擾;

　　去毛刺：系統在電源端加大濾波電容，一大一小兩個電容并聯使用，大電容肩負低頻交變信號的去耦、濾波、平滑作用，小電容消除電路網絡中的中、高頻寄生耦合，有效減小了尖峰毛刺;

　　屏蔽：電機驅動線纜采取雙屏蔽電纜，走線盡可能與其他線纜分開。

　　圖4驅動硬件電路圖

　　4、控制系統軟件實現

　　控制系統采用速度-位置閉環的組合方式，以位置控制方式為例介紹軟件的實現方法，位置控制在經典PI控制算法的基礎上，對比例和積分參數進行簡化設計，并引入了分段PI控制，即把計算出的誤差進行分段，在每一段誤差范圍內依靠不同的比例和積分參數參與調節。保證了系統運轉更加平滑穩定，PI公式推倒及簡化過程如下：

　　具體軟件實現流程圖如圖5所示，即接收到給定角度指令后，首先計算采樣到的位置信息與給定角度差值，然后把差值進行n等分，在每一段對應一組參數kp1和ki1參與調解控制，計算出PI控制的輸出量然后轉換成對應的PWM數值輸出。

　　圖5軟件流程圖

　　5、結束語

　　基于80C196KC和L298N的直流電機PWM控制系統，由單片機產生PWM信號給功率集成電路L298N，采用經典的PI分段控制實現對電機的控制，其具有電路簡單，控制方便等特點。運行試驗結果表明，系統工作穩定可靠，滿足調速功能要求，已成功應用在多個機載產品中。