基于差動電壓放大器的占空比測量電路設計

1　引言　　

占空比是脈沖電源的重要參數(shù)之一。不同的應用場合，對脈沖電源輸出電壓的占空比要求不同，同時，脈沖電源輸出電壓的占空比對相應的生產(chǎn)工藝也會產(chǎn)生影響。因此，為了適應不同的工藝條件，其輸出電壓的占空比通常要根據(jù)實驗工藝要求進行調節(jié)。及時、準確地測得脈沖電源輸出電壓的占空比，可提高工作效率，也給使用者帶來很大方便?！　?/p>

目前，在脈沖電源中已普遍采用專用脈寬調制（pwm）集成電路作為產(chǎn)生脈寬調制信號的核心器件，如tl494、sg3524等。調節(jié)這種脈沖電源輸出電壓占空比的方法是通過調節(jié)外接電位器的阻值，改變脈寬調制集成電路的“補償端”（也稱“休止時間調節(jié)端”，tl494的補償端為4腳，sg3524的補償端為9腳）電壓，使其輸出脈沖信號的占空比隨之改變，從而改變脈沖電源輸出電壓的占空比?！　?/p>

本文為采用pwm電路調節(jié)輸出電壓占空比的脈沖電源設計了一種簡單實用的占空比測量電路，它能以數(shù)字顯示形式直接給出脈沖電源輸出電壓的占空比。

2　電路設計

2．1　常規(guī)的占空比測量方法　　

目前，測量脈沖電源輸出電壓占空比的方法主要有：　　

1）用示波器測量，這種方法雖可行，但不方便；　　

2）用單片機及相關電路測量，這種方法需要軟、硬件相互配合，并且由單片機及相關電路組成的裝置比較復雜；　　

3）采用標定的曲線測量，即在用于調節(jié)占空比的電位器轉軸上固定一個“數(shù)碼旋鈕”，根據(jù)“數(shù)碼旋鈕”的示值，并對照標定的“占空比”與“數(shù)碼旋鈕”示值間的關系曲線來得到占空比。這是測量占空比的常用方法。然而，這種方法不是以數(shù)字顯示形式直接給出占空比，仍給使用者帶來不便，特別是在電位器為非線性的情況下，由于“占空比”與“數(shù)碼旋鈕”示值間的關系曲線呈非線性，進一步給占空比的測量帶來不便和誤差。

2．2　基于差動電壓放大器的占空比測量電路　　 　　

由實驗或pwmic的工作原理可知，pwm電路輸出的脈寬調制信號的占空比d與其補償端電壓vc之間的關系有兩種情況（圖1）：一種是d隨著vc的增加而線性減少，另一種是d隨著vc的增加而線性增大。例如，當采用tl494時，若脈寬調制信號從其內部輸出三極管的發(fā)射極引出，則d隨著vc的增加而線性減少；若脈寬調制信號從其內部輸出三極管的集電極引出，則d隨著vc的增加而線性增大。當脈寬調制集成電路采用sg3524時，若脈寬調制信號從其內部輸出三極管的發(fā)射極引出，則d隨著vc的增加而線性增大；若脈寬調制信號從其內部輸出三極管的集電極引出，則d隨著vc的增加而線性減少。

1）d隨著vc增加而減小的占空比測量電路根據(jù)圖1（a）給出的d與vc之間關系，可得d與vc之間的數(shù)字表達式為：

圖2給出的是在這種情況下的占空比測量電路。它由差動電壓放大器和數(shù)字電壓表等組成，運放op和電阻r1、r2、r3、r4構成了差動電壓放大器（r2／r1＝r4／r3），差動電壓放大器的反相輸入信號為vc，差動電壓放大器的同相輸入信號為由工作電源vcc經(jīng)電阻r5、r6分壓得到的基準電壓vref1，差動電壓放大器的輸出信號作為數(shù)字電壓表的輸入信號。

比較式（1）和式（2）知，在脈沖電源輸出電壓的占空比d隨vc的增加而減小的情況下，圖2所示的測量電路能以數(shù)字顯示形式直接給出占空比d。　　

2）d隨著vc增加而增大的占空比測量電路根據(jù)圖1（b）給出的d與vc之間關系，可得d與vc之間的數(shù)學表達式為： 　　

圖3給出的是這種情況下的占空比測量電路。圖中由運放op和電阻r7、r8、r9、r10構成的差動電壓放大器（r8／r7＝r10／r9）的同相輸入信號為vc，反相輸入信號為基準電壓vref2，vref2由工作電源vcc經(jīng)電阻r11、r12分壓得到，差動電壓放大器的輸出信號作為數(shù)字電壓表的輸入信號。

比較式（3）或式（4）知，在脈沖電源輸出電壓的占空比d隨著vc的增加而增大的情況下，圖3所示的測量電路能以數(shù)字顯示形式直接給出占空比d。

3　結論　　

基于差動電壓放大器的占空比測量電路，以數(shù)字顯示形式直接給出了脈沖電源輸出電壓的占空比，現(xiàn)已用于我們開發(fā)的各種脈沖電源中，并申請了國家專利。它與目前的采用標定曲線測量占空比的方法相比，方便、快捷、準確；與采用示波器或單片機系統(tǒng)測量占空比的方法相比，電路簡單、價格便宜、易于實現(xiàn)。