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基于LF347 4个运算放大器的脉宽调制控制电路设计

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
【基于LF347 4个运算放大器的脉宽调制控制电路设计】 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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