用一塊LF347構(gòu)成的脈寬調(diào)制控制器

【摘要】LF347集成電路價(jià)格便宜但性能可靠，本文運(yùn)用LF347中4個(gè)運(yùn)算放大器設(shè)計(jì)構(gòu)成一脈寬調(diào)制控制電路，對(duì)直流輸出實(shí)行控制得到良好效果。具體分為電路基本結(jié)構(gòu)、各部分電路設(shè)計(jì)分析、輸出控制等。

【關(guān)鍵詞】LF347；給定電壓；三角波；脈寬調(diào)制

一、問題的提出

脈寬調(diào)制控制技術(shù)在工業(yè)控制和家用電器電路中已得到廣泛使用。特別是由于PMW技術(shù)的成熟，使DC/AC逆變成本大大降低，變頻技術(shù)使控制交流電機(jī)轉(zhuǎn)速變得簡(jiǎn)單易行。然而，在控制直流電機(jī)轉(zhuǎn)速是否也可用脈寬調(diào)制來控制？成本能否降低？我用一塊LF347（4運(yùn)放）來構(gòu)成一個(gè)脈寬調(diào)制控制器，實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制。效果良好，成本低廉。

二、電路基本結(jié)構(gòu)

電路由給定電壓、三角波發(fā)生器、電壓比較器、功率輸出器等四部分組成。結(jié)構(gòu)框圖如圖1-1所示，其中給定電壓部分使用一個(gè)運(yùn)放，三角波發(fā)生器使用兩個(gè)運(yùn)放，電壓比較器使用一個(gè)運(yùn)放。LF347集成電路結(jié)構(gòu)如圖1-2所示。

圖1-1 脈寬調(diào)制框圖

三、各部分電路分析

1.給定電壓部分

如圖1-2所示，給定電壓部分電路由R1、RP1、R2、ICB組成，調(diào)RP1，可調(diào)A點(diǎn)電位（+4V～-4V），經(jīng)R3接ICB同相輸入端，它的反相輸入端直接與輸出端相連，是電壓跟隨器（電壓放大倍數(shù)約等于1），這個(gè)電壓送入電壓比較器ICC的同相輸入端：

圖1-2 LF347引腳圖

2.三角波發(fā)生器

如圖1-3所示，三角波發(fā)生器電路由ICD和ICA兩個(gè)運(yùn)算放大器組成。

圖1-3 給定電壓部分電路

ICD和穩(wěn)壓管VD1、VD2組成矩形波發(fā)生器，其輸入端為電壓比較器形式，當(dāng)“+”端點(diǎn)位高于“-”端時(shí)，輸出為正電源電壓（約為12V）；反之，當(dāng)“+”端點(diǎn)位高于“-”端時(shí)，輸出為正電源電壓（約為-12V）。經(jīng)R15由VD1、VD2穩(wěn)壓管（穩(wěn)壓值為5V）穩(wěn)壓，E點(diǎn)可得到矩形波（±5.7V），作為ICA的輸入信號(hào)。

ICA和C1、RP2、R16組成積分電路，當(dāng)ICD輸出為正電壓時(shí)，接入ICA反相輸入端，輸出是由高到低的積分波形，經(jīng)R15、R13、R14、RP3分壓，B點(diǎn)電位逐漸下降，下降至低于零電位（“-”端接地）時(shí)，ICD輸出翻轉(zhuǎn)為負(fù)電壓輸出，ICA輸出是由高到低的積分波形：

由此將矩形波變成三角波，F(xiàn)點(diǎn)是三角波。三角波送入電壓比較器ICC的反相輸入端。

由于積分常數(shù)為1/（RP+R16），電位器RP2可調(diào)節(jié)三角波的頻率，RP2小頻率高；電位器RP3可調(diào)節(jié)三角波的幅度。

3.電壓比較器

運(yùn)算放大器ICC沒有反饋元件，所以它的放大倍數(shù)極高，輸出電壓在±10V左右跳變。

反相輸入端送入三角波UF，這是交變電壓，隨時(shí)間周期性變化。同相輸入端送入直流電壓UA，它不隨時(shí)間變化，可根據(jù)負(fù)載需要進(jìn)行調(diào)節(jié)低壓高低。

當(dāng)UF>UA時(shí)，輸出-10V；當(dāng)UF

由此可見，當(dāng)UA=0時(shí)，三角波UF在正半周時(shí)，輸出-10V；三角波UF在負(fù)半周時(shí)，輸出+10V，調(diào)制度為50%。UA越大，輸出為+10V的時(shí)間越長(zhǎng)，調(diào)制度上升；UA越小，輸出為+10V的時(shí)間越短，調(diào)制度下降。因此調(diào)節(jié)給定電壓UA的大小，就是調(diào)節(jié)輸出正脈沖寬度（調(diào)制度），就可以調(diào)節(jié)輸出電壓平均值的大小。如圖1-4所示。

圖1-4 三角波發(fā)生器電路

4.功率放大器

VT1、VT2、VT3組成OCL功率放大器。輸出信號(hào)D點(diǎn)波形與輸入信號(hào)C點(diǎn)波形一致，也是脈沖寬度可調(diào)的矩形波。

VT4是一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)功率管，這是電壓控制元件。柵極G加上負(fù)電壓時(shí)，ID=0，截止。UG大于截止電壓時(shí)，ID隨UG變化，UG增大，ID也增大。

圖1-5 調(diào)制波形輸出

UG就是OCL輸出電壓UD，是一個(gè)在±10V跳變的矩形脈沖，正脈沖時(shí)，VT4導(dǎo)通，負(fù)脈沖時(shí)，VT4截止，所以負(fù)載電流ID是正脈沖電流。

調(diào)節(jié)給定電壓UA，就可以改變UC、UD的正脈沖寬度，也就改變負(fù)載電流ID出現(xiàn)的時(shí)間，也就改變負(fù)載的平均電流、平均電壓的大小，以達(dá)到調(diào)節(jié)負(fù)載——電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。

圖1-6 脈寬調(diào)制控制器電路圖

四、調(diào)試與結(jié)論

通過對(duì)電路的調(diào)試，三角波頻率為1KHZ （調(diào)RP2）、幅值為±3V（調(diào)RP3）較為合適，調(diào)節(jié)RP1，A點(diǎn)電位（+4V～-4V）變化，可使脈寬調(diào)制度達(dá)到0%～100%。本人將其安裝在汽車上，作為空調(diào)風(fēng)機(jī)的無極調(diào)速器控制使用，方便又合適，但需增加一塊LM7912作負(fù)電源。

參考文獻(xiàn)

[1]虞志雄.脈寬調(diào)制型白光LED驅(qū)動(dòng)芯片的設(shè)計(jì)[D].浙江大學(xué)，2006-05-01.

[2]伍文俊，段博，鐘彥儒.基于DSP+CPLD的三電平脈寬調(diào)制整流器脈沖發(fā)生方法[J].電網(wǎng)技術(shù)，2010，04.

[3]牛麗霞.基于脈寬調(diào)制作用下靜止無功發(fā)生器的研究[D].沈陽工業(yè)大學(xué)，2012-02-18.

作者簡(jiǎn)介：王偉明，實(shí)驗(yàn)師，現(xiàn)供職于蘇州大學(xué)電子信息學(xué)院，主要研究方向：電子電路。