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        用一塊LF347構(gòu)成的脈寬調(diào)制控制器

        2013-12-31 00:00:00王偉明
        電子世界 2013年20期

        【摘要】LF347集成電路價格便宜但性能可靠,本文運用LF347中4個運算放大器設(shè)計構(gòu)成一脈寬調(diào)制控制電路,對直流輸出實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)使控制交流電機轉(zhuǎn)速變得簡單易行。然而,在控制直流電機轉(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運放)來構(gòu)成一個脈寬調(diào)制控制器,實現(xiàn)直流電機轉(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運放,三角波發(fā)生器使用兩個運放,電壓比較器使用一個運放。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兩個運算放大器組成。

        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“+”端點位高于“-”端時,輸出為正電源電壓(約為12V);反之,當“+”端點位高于“-”端時,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點可得到矩形波(±5.7V),作為ICA的輸入信號。

        ICA和C1、RP2、R16組成積分電路,當ICD輸出為正電壓時,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點電位逐漸下降,下降至低于零電位(“-”端接地)時,ICD輸出翻轉(zhuǎn)為負電壓輸出,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,隨時間周期性變化。同相輸入端送入直流電壓UA,它不隨時間變化,可根據(jù)負載需要進行調(diào)節(jié)低壓高低。

        當UF>UA時,輸出-10V;當UF

        由此可見,當UA=0時,三角波UF在正半周時,輸出-10V;三角波UF在負半周時,輸出+10V,調(diào)制度為50%。UA越大,輸出為+10V的時間越長,調(diào)制度上升;UA越小,輸出為+10V的時間越短,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D點波形與輸入信號C點波形一致,也是脈沖寬度可調(diào)的矩形波。

        VT4是一個場效應(yīng)功率管,這是電壓控制元件。柵極G加上負電壓時,ID=0,截止。UG大于截止電壓時,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,是一個在±10V跳變的矩形脈沖,正脈沖時,VT4導通,負脈沖時,VT4截止,所以負載電流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,也就改變負載電流ID出現(xiàn)的時間,也就改變負載的平均電流、平均電壓的大小,以達到調(diào)節(jié)負載——電動機轉(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點電位(+4V~-4V)變化,可使脈寬調(diào)制度達到0%~100%。本人將其安裝在汽車上,作為空調(diào)風機的無極調(diào)速器控制使用,方便又合適,但需增加一塊LM7912作負電源。

        參考文獻

        [1]虞志雄.脈寬調(diào)制型白光LED驅(qū)動芯片的設(shè)計[D].浙江大學,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,2012-02-18.

        作者簡介:王偉明,實驗師,現(xiàn)供職于蘇州大學電子信息學院,主要研究方向:電子電路。

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