基于差動電壓放大器的占空比測量電路設計

2019-11-03 10:02:55

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供稿：網友

戚　棟1，王寧會1，孫炳全2

1．大連理工大學電氣工程系，遼寧大連116024

2．大連民族學院

　　摘要：介紹一種利用占空比與PWM電路補償端電壓之間的關系，設計的以差動電壓放大器為核心構成的占空比測量電路；它能以數字顯示形式直接給出脈沖電源輸出電壓的占空比。　　

　　關鍵詞：占空比；脈沖電源；差動電壓放大器；脈寬調制

　　1　引言　　

　　占空比是脈沖電源的重要參數之一。不同的應用場合，對脈沖電源輸出電壓的占空比要求不同，同時，脈沖電源輸出電壓的占空比對相應的生產工藝也會產生影響。因此，為了適應不同的工藝條件，其輸出電壓的占空比通常要根據實驗工藝要求進行調節。及時、準確地測得脈沖電源輸出電壓的占空比，可提高工作效率，也給使用者帶來很大方便。　　

　　目前，在脈沖電源中已普遍采用專用脈寬調制（PWM）集成電路作為產生脈寬調制信號的核心器件，如TL494、SG3524等。調節這種脈沖電源輸出電壓占空比的方法是通過調節外接電位器的阻值，改變脈寬調制集成電路的“補償端”（也稱“休止時間調節端”，TL494的補償端為4腳，SG3524的補償端為9腳）電壓，使其輸出脈沖信號的占空比隨之改變，從而改變脈沖電源輸出電壓的占空比。　　

　　本文為采用PWM電路調節輸出電壓占空比的脈沖電源設計了一種簡單實用的占空比測量電路，它能以數字顯示形式直接給出脈沖電源輸出電壓的占空比。

　　2　電路設計

　　2．1　常規的占空比測量方法　　

　　目前，測量脈沖電源輸出電壓占空比的方法主要有：　　

　　（1）用示波器測量，這種方法雖可行，但不方便；　　

　　（2）用單片機及相關電路測量，這種方法需要軟、硬件相互配合，并且由單片機及相關電路組成的裝置比較復雜；　　

　　（3）采用標定的曲線測量，即在用于調節占空比的電位器轉軸上固定一個“數碼旋鈕”，根據“數碼旋鈕”的示值，并對照標定的“占空比”與“數碼旋鈕”示值間的關系曲線來得到占空比。這是測量占空比的常用方法。然而，這種方法不是以數字顯示形式直接給出占空比，仍給使用者帶來不便，特別是在電位器為非線性的情況下，由于“占空比”與“數碼旋鈕”示值間的關系曲線呈非線性，進一步給占空比的測量帶來不便和誤差。

　　2．2　基于差動電壓放大器的占空比測量電路　　

　　由實驗或PWMIC的工作原理可知，PWM電路輸出的脈寬調制信號的占空比D與其補償端電壓VC之間的關系有兩種情況（圖1）：一種是D隨著VC的增加而線性減少，另一種是D隨著VC的增加而線性增大。例如，當采用TL494時，若脈寬調制信號從其內部輸出三極管的發射極引出，則D隨著VC的增加而線性減少；若脈寬調制信號從其內部輸出三極管的集電極引出，則D隨著VC的增加而線性增大。當脈寬調制集成電路采用SG3524時，若脈寬調制信號從其內部輸出三極管的發射極引出，則D隨著VC的增加而線性增大；若脈寬調制信號從其內部輸出三極管的集電極引出，則D隨著VC的增加而線性減少。

　　（1）D隨著VC增加而減小的占空比測量電路根據圖1（a）給出的D與VC之間關系，可得D與VC之間的數字表達式為：

　　

　　圖2給出的是在這種情況下的占空比測量電路。它由差動電壓放大器和數字電壓表等組成，運放OP和電阻R1、R2、R3、R4構成了差動電壓放大器（R2／R1＝R4／R3），差動電壓放大器的反相輸入信號為VC，差動電壓放大器的同相輸入信號為由工作電源VCC經電阻R5、R6分壓得到的基準電壓VREF1，差動電壓放大器的輸出信號作為數字電壓表的輸入信號。

　　

　　比較式（1）和式（2）知，在脈沖電源輸出電壓的占空比D隨VC的增加而減小的情況下，圖2所示的測量電路能以數字顯示形式直接給出占空比D。　　

　　（2）D隨著VC增加而增大的占空比測量電路根據圖1（b）給出的D與VC之間關系，可得D與VC之間的數學表達式為：　　

　　圖3給出的是這種情況下的占空比測量電路。圖中由運放OP和電阻R7、R8、R9、R10構成的差動電壓放大器（R8／R7＝R10／R9）的同相輸入信號為VC，反相輸入信號為基準電壓VREF2，VREF2由工作電源VCC經電阻R11、R12分壓得到，差動電壓放大器的輸出信號作為數字電壓表的輸入信號。

　　　

　　比較式（3）或式（4）知，在脈沖電源輸出電壓的占空比D隨著VC的增加而增大的情況下，圖3所示的測量電路能以數字顯示形式直接給出占空比D。

　　3　結論　　

　　基于差動電壓放大器的占空比測量電路，以數字顯示形式直接給出了脈沖電源輸出電壓的占空比，現已用于我們開發的各種脈沖電源中，并申請了國家專利。它與目前的采用標定曲線測量占空比的方法相比，方便、快捷、準確；與采用示波器或單片機系統測量占空比的方法相比，電路簡單、價格便宜、易于實現。

　　參考文獻

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　　［2］戶川治朗．實用電源電路設計手冊［M］．何偉仁譯．北京：中國計量出版社，1990：167－168．

　　［3］紀鋼．由SG3524組成的IGBT功率管驅動電路［J］．電氣傳動自動化，1994，16（4）：43－44．

　　［4］張微，柳梁．TL494及其在開關穩壓電源中的應用［J］．儀表技術，2000，（4）：40－41．

　　
摘自　儀表技術

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