【正文】 和 D/A 等）組成，如圖 1 所示。 圖 1 裝置的總體框圖 交流開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓電源工作原理描述 由三角波產(chǎn)生電路產(chǎn)生 150KHz 的三角波，由低頻正弦波產(chǎn)生電路產(chǎn)生 50Hz的 5 正弦波，兩個(gè)信號(hào)分別同時(shí)送到比較器的同相和反相輸入端，在比較器的輸出端將產(chǎn)生矩形波，該矩形波的頻率同 150KHz 的三角波相同，該矩形波的脈沖寬度受 50Hz 正弦波實(shí)時(shí)幅度的調(diào)制后隨 50Hz 正弦波實(shí)時(shí)幅度而變化，即已調(diào)制矩形波。將其送到高速電子開(kāi)關(guān)的其中一個(gè)輸入端，并經(jīng)過(guò)一級(jí)反向器反向， 送到高速電子開(kāi)關(guān)的另外一個(gè)輸入端。市電整流濾波獲得的 倍于輸入交流電壓（典型值約為 311V左右）的直流高電壓送到高速電子開(kāi)關(guān)的電源輸入端，高速電子開(kāi)關(guān)的兩個(gè)輸出端由兩個(gè)反向的輸入矩形波驅(qū)動(dòng)，從約 311V 直流電源取得能量后分別經(jīng)過(guò)一級(jí)短時(shí)間常數(shù)的 LC濾波電路連接到高頻開(kāi)關(guān)變壓器初級(jí)，該 LC 濾波電路的作用是使得進(jìn)入高頻開(kāi)關(guān)變壓器初級(jí)的矩形波脈沖的拐角趨于圓滑，以降低其高頻諧波。高頻開(kāi)關(guān)變壓器的初、次級(jí)還起到對(duì)市電隔離的作用，高頻開(kāi)關(guān)變壓器的次級(jí)獲得交變的、拐角圓滑的矩形波電壓經(jīng)過(guò)多級(jí)長(zhǎng)時(shí)間常數(shù)的 LC 濾波電路 ，將 150KHz 高頻信號(hào)濾除，還原出 50Hz 正弦波的調(diào)制信號(hào)送到負(fù)載用于對(duì)負(fù)載供電。電壓和電流取樣電路從負(fù)載上獲取電壓和電流信號(hào)，分別送兩路 A/D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換，變成離散的數(shù)字信號(hào)，一方面用于通過(guò)微處理器處理后進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，另一方面用于通過(guò)微處理器處理后送 D/A 轉(zhuǎn)換器變換為模擬量，經(jīng)過(guò)光電隔離驅(qū)動(dòng)電路控制正弦波發(fā)生器的幅值，又經(jīng)過(guò)比較器、反向器、高速電子開(kāi)關(guān)、 LC 濾波、高頻開(kāi)關(guān)變壓器、多級(jí) LC 濾波等電路，用于控制負(fù)載上電壓或電流的穩(wěn)定，也可擴(kuò)展一些功能比如調(diào)整負(fù)載上的電壓和電流。電壓互感器的作用是為 了從市電中獲得低諧波失真的標(biāo)準(zhǔn)正弦波，經(jīng)由正弦波產(chǎn)生電路控制其幅值，鍵盤(pán)用于輸入準(zhǔn)備向負(fù)載提供的電壓或電流值。 脈沖寬度調(diào)制（ PWM）電路 根據(jù)脈寬度沖調(diào)制原理，得到需要的一定占空比脈沖寬度，推動(dòng)開(kāi)關(guān)功率管的開(kāi)與關(guān)，經(jīng)變壓器耦合后得到恒定的輸出電壓。脈沖寬度調(diào)制信號(hào)就是由 PWM 比較器產(chǎn)生。芯片的控制速度、效率、功耗很大程度上都是由 PWM 比較器決定。文中設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種新型高性能的開(kāi)關(guān)電源電壓型 PWM 比較器，具有較低輸入失調(diào)電壓、轉(zhuǎn)換速率快、較低功耗和波形更陡。 PWM 產(chǎn)生電 路由正弦波產(chǎn)生電路、三角波產(chǎn)生電路和比較器三個(gè)部分組成，正弦波加到比較器的反向輸入端，三角波加到比較器的同向輸入端，比較器輸出端產(chǎn)生受正弦波瞬時(shí)幅度而變化的脈沖寬度調(diào)制波。 圖 2是電壓型 PWM比較器工作波形，輸入三角波接在比較器的反向輸入端，誤差放大器的輸出信號(hào)送至比較器同相輸入端，經(jīng)放大后輸出 PWM 信號(hào)。 6 圖 2 PWM 工作波形圖 （ 1）正弦波電路結(jié)構(gòu)及分析 ① 正弦波振蕩的條件 振蕩平衡條件： AF=1 幅度平衡條件： |AF|=1；相位平衡條件： φA+φF=2nπ （ n=0， 1， 2......） 起振條件： AF1 幅度起振條件： |AF|1；相位平衡條件： φA+φF=2nπ （ n=0， 1， 2......） ② 正弦波產(chǎn)生電路 其組成包括基本放大電路 A；反饋網(wǎng)絡(luò) F；選頻網(wǎng)絡(luò)；穩(wěn)幅環(huán)節(jié)。以保證產(chǎn)生單一頻率和幅值穩(wěn)定的正弦波。根據(jù)選頻網(wǎng)絡(luò)的不同， RC 橋式 、 三點(diǎn)式振蕩正弦波振蕩電路的電路結(jié)構(gòu)、工作原理和振蕩頻率計(jì)算 也不同。 ③ 正弦波發(fā)生電路的分析方法： Ⅰ 分析電路的組成是否滿足正弦波發(fā)生電路的組成要求。 Ⅱ 分析放大電路 跟 否正常工作 ：分立器件電路，檢查靜態(tài)工作點(diǎn) Q 是否合適，對(duì)集成運(yùn)放，檢查輸入端是否有直流通路。 Ⅲ 檢查電路是否滿足自激條件：（ 1）幅值條件 （ 2）相位條件 Ⅳ 估算振蕩頻率 fo，它取決于選頻網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)。 正弦波的來(lái)源采用直接從市電的 220V/50Hz 的正弦波，利用電壓互感器變換成較低電壓的 50Hz 正弦波（例如 5V）經(jīng)過(guò)一系列的控制和變換得到所 需要的交流正弦輸出電壓。 考慮到設(shè)計(jì)指標(biāo)的要求，即輸出頻率跟蹤輸入市電的頻率，由于采用電壓互感器將市電信號(hào)引出，可獲得較準(zhǔn)確的和低失真的輸出頻率信號(hào)。該正弦波諧波失真度取決于市電的諧波失真度和互感器的參數(shù)，其輸出幅度由 D/A 轉(zhuǎn)換器控制光電耦合器驅(qū)動(dòng)電路實(shí)現(xiàn)， D/A 轉(zhuǎn)換器輸出信號(hào)控制光電耦合器導(dǎo)通程度，與分壓電阻分 7 壓后產(chǎn)生交流和直流疊加的電壓，經(jīng)過(guò)電容隔直后送到放大器輸出所需的交流信號(hào)。D/A 控制信號(hào)產(chǎn)生的原則是：根據(jù)輸出到負(fù)載上的電壓和電流配合市電的電壓幅度大小進(jìn)行綜合運(yùn)算，由微處理器向 D/A 轉(zhuǎn)換器提供 通過(guò)綜合運(yùn)算的數(shù)字量使得提供給負(fù)載的輸出電壓（或電流）趨于穩(wěn)定?？煽卣也óa(chǎn)生電路的電路圖如圖 3所示。 圖 3 可控正弦波產(chǎn)生電路 市電 220V 的交流電經(jīng)過(guò)電壓互感器原邊傳送到副邊，該副邊信號(hào)與外接直流電源 E 疊加，提供給光電耦合器與分壓電阻一起分壓，光電耦合器的等效阻抗由來(lái)自 D/A 轉(zhuǎn)換器的信號(hào)強(qiáng)度決定，經(jīng)過(guò)分壓后由電容器隔離直流分量，僅保留交流分量送運(yùn)算放大器進(jìn)行若干倍的放大（這里選 5 倍）后產(chǎn)生隨 D/A 信號(hào)幅度大小而控制 的純凈交流信號(hào)量，傳到下一級(jí)進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換。 圖 3 中，外接直流電源的作用是為了使光電耦合器中的三極管在電壓互感器輸出信號(hào)的負(fù)半周也能可靠導(dǎo)通。該電源采用一個(gè)小功率變壓器由市電降壓，經(jīng)過(guò)整流、濾波和穩(wěn)壓后來(lái)提供，該電壓要求高于電壓互感器副邊最大可能的電壓峰峰值即雙幅值，且再留有光電耦合器 C－ E 之間最小工作電壓，再留幾伏特的余量。 選擇電壓互感器為 220V:5V，根據(jù)輸入?yún)?shù)要求為輸入電壓在 80V 到 260V之間，即輸入電壓最大值 260V，顯然 220:5=260:Vo，則輸出電壓最大有效值 Vo =5 260247。 220 = 雙幅值為 2 ＝ 設(shè)光電耦合器導(dǎo)通所需要的最小工作電壓為 ，外加一定的余量 ，則該外部電源所需要提供的電壓 E為 E＝ ＋ V＋ ＝ 實(shí)際取 24V，穩(wěn)壓用 78L24 實(shí)現(xiàn)。 系統(tǒng)中比較器控制部件的直流供電電壓177。 15V 由變壓器降壓、整流、濾波和穩(wěn)壓，穩(wěn)壓用 78L15 和 79L15 實(shí)現(xiàn)。 下面有詳細(xì)說(shuō)明。 8 （ 2）三角波發(fā)生器的電路結(jié)構(gòu)及分析 由于本 PWM 波的產(chǎn)生電路主要靠高頻三角波和低頻調(diào)制波通過(guò)比較器實(shí)現(xiàn)調(diào)制，并且又由于本課題要求輸出 50Hz 正弦波，所以其調(diào)制波應(yīng)為 50Hz 正弦波。 三角波和正弦波的產(chǎn)生可以由微處理器通過(guò) D/A 轉(zhuǎn)換器來(lái)實(shí)現(xiàn)，也可以由硬件電路直接實(shí)現(xiàn)，考慮到軟件編程的難易程度，本課題擬用硬件電路直接實(shí)現(xiàn)，三角波為用運(yùn)算放大器配合阻容元件實(shí)現(xiàn)，即先由方波經(jīng)過(guò)電容幾分電路后產(chǎn)生，正弦波為采用電壓互感器從市電變換而得到標(biāo)準(zhǔn)的、低諧波失真的 50Hz波形。 理想的三角波涉及到無(wú)限的 d2V/dt2，所以高保真三角波應(yīng)有極寬的帶寬。微功耗電路帶寬相當(dāng)窄，因此用這種電路產(chǎn)生良好的三角波是有問(wèn)題的。 導(dǎo)致 運(yùn)放不能提供所需的瞬時(shí)輸出開(kāi)關(guān)電流 而產(chǎn)生具有大量的毛刺脈沖的極壞波形。你只要加大電阻器阻值和減小電容器電容值，就可使波形有所改善，但這種改善非常有限，而且電路會(huì)增大噪聲，容易受到干擾。 由一般理論知識(shí)可知，三角波可以由方波通過(guò)積分電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，方波的產(chǎn)生可以有很多種電路形式。本課題采用運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)方波的產(chǎn)生，并用運(yùn)算放大器設(shè)計(jì)電容積分電路產(chǎn)生三角波，其電路圖如圖 4所示。