【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 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開(kāi)關(guān)脈沖發(fā)生器：有振蕩器組成，產(chǎn)生開(kāi)關(guān)脈沖，脈沖的寬度受比較放大器輸出電壓控制。由于采樣電路，基準(zhǔn)電壓和比較放大器構(gòu)成的是負(fù)反饋系統(tǒng)，股輸出電壓 U0升高時(shí)，比較放大器輸出控制電壓降低，是開(kāi)關(guān)脈沖寬度變窄，反之，輸出電壓 U0下降時(shí)，控制電壓升高，開(kāi)關(guān)脈沖寬度變寬。開(kāi)關(guān)調(diào)整管：由功率管組成，在開(kāi)關(guān)脈沖的作用下，工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，開(kāi)關(guān)脈沖越寬控制調(diào)整管導(dǎo)通時(shí)間越長(zhǎng)6儲(chǔ)能濾波電路：它由電感 L、電容 C、二極管 D 組成。它把調(diào)整管輸出的矩形脈沖波電壓變成連續(xù)的平滑直流電壓。調(diào)整管時(shí)間長(zhǎng)，輸出直流電壓就高，反之則低。第三章 電路設(shè)計(jì)及分析 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。7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 31 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)。圖 31 PWM 工作波形圖 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 8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(mǎn)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(mǎn)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?？紤]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。可控正弦波產(chǎn)生電路的電路圖如圖 32 所示。9圖 32 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 32 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 =5260247。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。 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10d2V/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 33 所示圖 33 三角波發(fā)生器的電路結(jié)構(gòu)對(duì)于方波發(fā)生器，有 對(duì)于積分電路，有 不難分析，由 Rf 對(duì) C1 的充電和放電過(guò)程來(lái)看，運(yùn)算放大器 A1 輸出為 50%占空比的矩形波，即方波，送到由 ARC2 組成的績(jī)分電路分別進(jìn)行正向積分和反向積分后，便從 A2 的輸出端產(chǎn)生三角波。由于電路要求三角波的頻率為 150KHz，實(shí)際上三角波的頻率完全取決于方波發(fā)生器的方波頻率。影響方波發(fā)生器的頻率的因素有 Rf 和 C1 以及 R1與 R2，當(dāng) RR2 和 C1 固定時(shí),仔細(xì)調(diào)節(jié) Rf，不難獲得 150KHz 的標(biāo)準(zhǔn)方波。而 R5 和 C2 的參數(shù)決定了三角波的斜率和幅度，對(duì)其要求由后續(xù)文檔予以詳盡描述。該運(yùn)算放大器采用 OP07 實(shí)現(xiàn)。 脈沖寬度的調(diào)制（PWM）器的電路結(jié)構(gòu)及分析三角波發(fā)生器產(chǎn)生 150KHz 的標(biāo)準(zhǔn)三角波，送到比較器的同向輸入端，正弦波發(fā)生器11產(chǎn)生 50Hz 的標(biāo)準(zhǔn)正弦波，送到比較器的反向輸入端，在比較器的輸出端便產(chǎn)生了受正弦波瞬時(shí)幅度調(diào)制而寬度變化的矩形波，如圖 34 所示。圖 34 PWM 產(chǎn)生電路根據(jù)比較器電路的工作原理，即當(dāng)同相輸入端電位高于反向輸入端電位時(shí)輸出端為接近 Vdd，反之當(dāng)同相輸入端電位低于反向輸入端電位時(shí)輸出端為接近 Vss，不難分析，其輸入和輸出的時(shí)序圖如圖 35 所示，比較器采用專(zhuān)用比較器集成電路 LM393。當(dāng)三角波的波形幅度（或斜率）確定后，正弦波的瞬時(shí)振幅確定了 PWM 信號(hào)的寬度，也就決定了向負(fù)載提供的正弦波幅度。所以對(duì)三角波幅度的要求是足夠正弦波的最大振幅。如果從圖 32 的可控正弦信號(hào)輸出端口送來(lái)的最大正弦信號(hào)幅度為 10V，則要求三角波的最大幅度應(yīng)大于等于 10V，可通過(guò)仔細(xì)調(diào)節(jié)積分電路中的 R5 來(lái)實(shí)現(xiàn)。12圖 35 PWM 輸入和輸出波形及時(shí)序PWM 波要送到高速電子開(kāi)關(guān)去進(jìn)行功率驅(qū)動(dòng)，一方面提供給高速電子開(kāi)關(guān)的輸入信號(hào)要求有足夠的驅(qū)動(dòng)能力，另一方面高速電子開(kāi)關(guān)有正負(fù)兩個(gè)輸入端口，因此需要將 PWM波進(jìn)行同向緩沖和反向緩沖，同向緩沖器和反向緩沖器的具體電路結(jié)構(gòu)如圖 36 所示。它們的輸出波形如圖 37 所示。圖 36 PWM 信號(hào)同向和反向器均采用高速運(yùn)算放大器 OP07 后接互補(bǔ)共集電極組態(tài)的三極管實(shí)現(xiàn)，如圖 38 所示13圖 37（a）PWM 同向波形 （b）PWM 反向波形圖 38 同向和反向緩沖器電路圖 高速電子開(kāi)關(guān)電路高速電子開(kāi)關(guān)電路，實(shí)現(xiàn)將 PWM 波實(shí)現(xiàn)功率放大，配合高頻電子變壓器和濾波電路，可實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入信號(hào)為受某信號(hào)參數(shù)調(diào)制的矩形波，輸出信號(hào)為還原出該參數(shù)的解調(diào)電路。整個(gè)電路由 4 個(gè)場(chǎng)效應(yīng)