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
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。
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