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運(yùn)放，三角波發(fā)生器使用兩個運(yùn)放，電壓比較器使用一個運(yùn)放。LF347集成電路結(jié)構(gòu)如圖1-2所示。

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、R P 1、R 2、I C B組成，調(diào)R P 1,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)，這個電壓送入電壓比較器ICC的同相輸入端：

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(yùn)算放大器組成。

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，輸出為正電源電壓(約為12V);反之，當(dāng)“+”端點(diǎn)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(diǎn)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(dāng)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(diǎn)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(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(fù)載需要進(jìn)行調(diào)節(jié)低壓高低。

當(dāng)UF>UA時，輸出-10V;當(dāng)UF

由此可見，當(dāng)UA=0時，三角波UF在正半周時，輸出-10V;三角波UF在負(fù)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。

4.功率放大器

VT1、VT2、VT3組成OCL功率放大器。輸出信號D點(diǎn)波形與輸入信號C點(diǎn)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(fù)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。

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(dǎo)通，負(fù)脈沖時，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--電動機(jī)轉(zhuǎn)速。

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(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。