基于LF347构成的脉宽调制控制器

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。