基于LF347构成的脉宽调制控制器

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LF347集成电路价格便宜但性能可靠，本文运用LF347中4个运算放大器设计构成一脉宽调制控制电路，对直流输出实行控制得到良好效果。具体分为电路基本结构、各部分电路设计分析、输出控制等。
       
        一、问题的提出
       
        脉宽调制控制技术在工业控制和家用电器电路中已得到广泛使用。特别是由于PMW技术的成熟，使DC/AC逆变成本大大降低，变频技术使控制交流电机转速变得简单易行。然而，在控制直流电机转速是否也可用脉宽调制来控制？成本能否降低？我用一块LF347（4运放）来构成一个脉宽调制控制器，实现直流电机转速的控制。效果良好，成本低廉。
       
        二、电路基本结构
       
        电路由给定电压、三角波发生器、电压比较器、功率输出器等四部分组成。结构框图如图1-1所示，其中给定电压部分使用一个运放，三角波发生器使用两个运放，电压比较器使用一个运放。LF347集成电路结构如图1-2所示。
         
       
         
        三、各部分电路分析
       
        1.给定电压部分
       
        如图1-2所示，给定电压部分电路由R1、R P 1、R 2、I C B组成，调R P 1，可调A点电位（+4V~-4V），经R3接ICB同相输入端，它的反相输入端直接与输出端相连，是电压跟随器（电压放大倍数约等于1），这个电压送入电压比较器ICC的同相输入端：
       
         
        2.三角波发生器
       
        如图1-3所示，三角波发生器电路由ICD和ICA两个运算放大器组成。
         
       
         
        ICD和稳压管VD1、VD2组成矩形波发生器，其输入端为电压比较器形式，当“+”端点位高于“-”端时，输出为正电源电压（约为12V）；反之，当“+”端点位高于“-”端时，输出为正电源电压（约为-12V）。经R15由VD1、VD2稳压管（稳压值为5V）稳压，E点可得到矩形波（±5.7V），作为ICA的输入信号。
       
        ICA和C1、RP2、R16组成积分电路，当ICD输出为正电压时，接入ICA反相输入端，输出是由高到低的积分波形，经R15、R13、R14、RP3分压，B点电位逐渐下降，下降至低于零电位（“-”端接地）时，ICD输出翻转为负电压输出，ICA输出是由高到低的积分波形：
       
        由此将矩形波变成三角波，F点是三角波。三角波送入电压比较器ICC的反相输入端。
       
        由于积分常数为1/（RP+R16），电位器RP2可调节三角波的频率，RP2小频率高；电位器RP3可调节三角波的幅度。
       
        3.电压比较器
          运算放大器ICC没有反馈元件，所以它的放大倍数极高，输出电压在±10V左右跳变。
       
        反相输入端送入三角波UF,这是交变电压，随时间周期性变化。同相输入端送入直流电压UA,它不随时间变化，可根据负载需要进行调节低压高低。
       
        当UF>UA时，输出-10V；当UF<UA时，输出+10V.
       
        由此可见，当UA=0时，三角波UF在正半周时，输出-10V;三角波UF在负半周时，输出+10V，调制度为50%。UA越大，输出为+10V的时间越长，调制度上升；UA越小，输出为+10V的时间越短，调制度下降。因此调节给定电压UA的大小，就是调节输出正脉冲宽度（调制度），就可以调节输出电压平均值的大小。如图1-4所示。
           
         
        　　
       
        4.功率放大器
       
        VT1、VT2、VT3组成OCL功率放大器。输出信号D点波形与输入信号C点波形一致，也是脉冲宽度可调的矩形波。
       
        VT4是一个场效应功率管，这是电压控制元件。栅极G加上负电压时，ID=0,截止。UG大于截止电压时，ID随UG变化，UG增大，ID也增大。
       
        　　
         
         
        UG就是OCL输出电压UD,是一个在±10V跳变的矩形脉冲，正脉冲时，VT4导通，负脉冲时，VT4截止，所以负载电流ID是正脉冲电流。
       
        调节给定电压UA,就可以改变UC、UD的正脉冲宽度，也就改变负载电流ID出现的时间，也就改变负载的平均电流、平均电压的大小，以达到调节负载--电动机转速。
         
       
        　　
       
        四、调试与结论
       
        通过对电路的调试，三角波频率为1KHZ（调RP2）、幅值为±3V（调RP3）较为合适，调节RP1,A点电位（+4V~-4V）变化，可使脉宽调制度达到0%~100%。本人将其安装在汽车上，作为空调风机的无极调速器控制使用，方便又合适，但需增加一块LM7912作负电源。