用一塊LF347構成的脈寬調制控制器

【摘要】LF347集成電路價格便宜但性能可靠，本文運用LF347中4個運算放大器設計構成一脈寬調制控制電路，對直流輸出實行控制得到良好效果。具體分為電路基本結構、各部分電路設計分析、輸出控制等。

【關鍵詞】LF347；給定電壓；三角波；脈寬調制

一、問題的提出

脈寬調制控制技術在工業(yè)控制和家用電器電路中已得到廣泛使用。特別是由于PMW技術的成熟，使DC/AC逆變成本大大降低，變頻技術使控制交流電機轉速變得簡單易行。然而，在控制直流電機轉速是否也可用脈寬調制來控制？成本能否降低？我用一塊LF347（4運放）來構成一個脈寬調制控制器，實現(xiàn)直流電機轉速的控制。效果良好，成本低廉。

二、電路基本結構

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。結構框圖如圖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集成電路結構如圖1-2所示。

圖1-1 脈寬調制框圖

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RP1，可調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可調節(jié)三角波的頻率，RP2小頻率高；電位器RP3可調節(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，調制度為50%。UA越大，輸出為+10V的時間越長，調制度上升；UA越小，輸出為+10V的時間越短，調制度下降。因此調節(jié)給定電壓UA的大小，就是調節(jié)輸出正脈沖寬度（調制度），就可以調節(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，也是脈沖寬度可調的矩形波。

VT4是一個場效應功率管，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，以達到調節(jié)負載——電動機轉速。

圖1-6 脈寬調制控制器電路圖

四、調試與結論

通過對電路的調試，三角波頻率為1KHZ （調RP2）、幅值為±3V（調RP3）較為合適，調節(jié)RP1，A點電位（+4V～-4V）變化，可使脈寬調制度達到0%～100%。本人將其安裝在汽車上，作為空調風機的無極調速器控制使用，方便又合適，但需增加一塊LM7912作負電源。

參考文獻

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[3]牛麗霞.基于脈寬調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。