现代测控电子技术第三章.ppt

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1、第三章控制电路3.1基本控制电路3.1.1脉宽调制(PWM)控制电路脉宽调制控制电路，通常称为PWM控制电路，是利用半导体功率晶体管或晶闸管等开关器件的导通和关断，把直流电压变成电压脉冲列，控制电压脉冲的宽度或周期以达到变压变频的目的。1.脉宽调制控制电路的工作原理基本的脉宽调制控制电路包括电压—脉宽转换器和开关式功率放大器两部分，如图3.1.1所示。图3.1.1PWM控制电路组成原理A为比较器，实现把连续电压信号变成脉冲电压信号。二极管D在T关断时为感性负载RL提供释放电感储能形成续流回路。A

2、的反相端输入三个信号：一个是锯齿波或三角波调制信号vp，其频率是主电路所需的开关调制频率，一般为1～4kHz；另一个是控制电压vc，其极性与大小随时可变；再一个是负偏置电压vb。(a)(b)(c)图3.1.2锯齿波脉宽调制波形图(a)vc=0(b)vc>0(c)vc<0vb的作用是在vc=0时通过Rp的调节使比较器的输出电压vo为宽度相等的正负方波。控制电压vc>0时，锯齿波过零的时间提前，结果在输出端得到正半波比负半波窄的调制方波（见图3.1.2(b)）。当vc<0时，锯齿波过零的时间后移，结

3、果在输出端得到正半波比负半波宽的调制方波（见图3.1.2(c)）。若锯齿波的线性良好，则输出正向脉冲的占空比为式中vcm是控制信号vc的最大值，实际是锯齿波高度的一半，见图3.1.2(a)。PWM信号加到主控电路的开关管T的基极时，负载RL两端电压vL的波形如图3.1.3。通过PWM控制改变开关管在一个开关周期T内的导通时间τ的长短，就可实现对RL两端平均电压vL大小的控制。图3.1.3PWM控制负载的波形图2.典型脉宽调制电路1）锯齿波脉宽调制器电路入图3.1.4所示。定时器NE555接成无稳

4、态多谐振荡器。电源电压Ep，通过电阻R1、R2对电容器C进行充电，当C的端电压达到2/3Ep时，定时器NE555内部的晶体管导通，C上的电压经R2迅速放电。当C的端电压下降到1/3Ep时，定时器NE555内部的晶体管关断，电源电压Ep再次通过电阻R1、R2对电容器C进行充电。图3.1.4锯齿波脉宽调制器如此周而复始，电容C的一端输出锯齿波，该锯齿波经电压跟随器A1隔离输出给后续比较器电路。设计时应使R1>>R2。电压比较器是由正反馈运算放大器A2构成的。该电路的占空比由VC调节，脉冲频率为式中，

5、T1=0.693(R1+R2)C；T2=0.693R2C。2）三角波脉宽调制器如图3.1.5所示。采用集成函数发生器ICL8038作为三角波的发生器，其输出三角波作为电压比较器LM311的同相输入，比较器的反相输入为控制电压VC，当电阻R1=R2=R时，ICL8038的3脚输出三角波，波形幅度在1/3Ep与2/3Ep之间，波形的频率为图3.1.5三角波脉宽调制波形控制电压Vc的幅度在1/3Ep与2/3Ep之间变化时，可在比较器的输出端输出占空比可变的脉冲波，从而实现脉宽调制。占空比为其中1/3E

6、p

7、、8位数值比较器2×CD4585和8位控制数字锁存器构成。在时钟脉冲CLK作用下，计数器的8位输出从“0”开始逐次加“1”，当8位输出全为“1”(对应于十进制255)时，再来CLK脉冲又将从“0”开始。图3.1.6计数比较式PWM电路显然，计数器输出数字斜坡信号，其周期为CLK脉冲周期的256倍。计数器输出的周期性数字斜坡信号称为B组数字量。8位二进制数值比较器由两片4位数值比较器CD4585构成。数值比较器A组数据来自控制数字锁存器，其中寄存了微机输出的数字控制信号，它相当于模拟PWM方式的控

8、制电压。只要计数器的输出值小于控制数字的数值，则第二级CD4585(图中上片)的“A>B”输出端保持高电平。当比较器的两个输入值相等时，“A>B”端变为零，并且直到计数器溢出之前保持为低电平。溢出后，“A>B”端恢复为高电平，并重复执行该过程。输出波形的周期T=256TC。而脉冲的宽度τ=DTC其中D为控制的数值，TC为时钟周期。如果要求PWM频率为lkHz，则CLK频率应为256kHz。3.PWM功率转换电路1）简单的不可逆PWM控制电路图3.1.7(a)所示为一个简单的不可逆PWM控制变换电