羅氏諧振器―一種用于DC/DC變換器的PWM信號發(fā)生器
摘要:羅氏諧振器是一種脈寬調制(PWM)開關信號發(fā)生器,它可以產(chǎn)生PWM脈沖列來控制DC/DC變換器,如羅氏復舉電路變換器[1]。這種諧振器僅由三個運算放大器(OA)組成,能產(chǎn)生開關信號脈沖列來控制靜態(tài)開關的導通和關斷,其頻率f和導通占空比k可調。羅氏諧振器可被再次集成到便攜式DC/DC升壓型變換器系列特定用途的集成電路(ASIC)中。
本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/156724.htm關鍵詞:DC/DC變換器諧振諧振器運算放大器特定用途集成電路ASIC
Luo- Resonator— A PWM Signal Generator Used for DC/DC Converter
Abstract:Luo- Resonator is a pulse- width- modulated(PWM)switching signal generator which produces the PWM pulse train used for DC/DC converters,e.g. the re- lift circuit[1].This resonator consists of only three operational amplifiers(OA),and provides a pules train of the switching signal to control static switch on or off with adjustable frequency f and conduction duty k.Luo- Resonator can be re- integrated into an application specific integrated circuit (ASIC)to portable DC/DC step- up(boost)converters.
Keywords:DC/DC converter Resonance Resonator Operational amplifier ASIC
1引言
DC/DC升壓型變換器系列廣泛應用在計算機硬件和工業(yè)應用上[1,2,3],如:計算機的外圍電源、汽車輔助電源、伺服電機的驅動電源和醫(yī)療設備。近年來,DC/DC變換器技術發(fā)展得很快,例如,羅氏變換器系列和Cuk變換器已被開發(fā)出來[1,4,5,6]。DC/DC變換器的靜態(tài)開關S可以是雙極性功率晶體管、MOSFET或IGBT,需要用頻率f和導通占空比k可調的PWM脈沖列來驅動。通常這一PWM脈沖列是由一個數(shù)字信號處理器(DSP)產(chǎn)生。本文介紹一種羅氏諧振器,如圖1所示。它可以取代DSP產(chǎn)生PWM脈沖列來驅動靜態(tài)開關S。羅氏諧振器能被再次集成到降壓型和升壓型便攜式DC/DC變換器系列的特定用途集成電路(ASIC)中。
羅氏諧振器具有高效簡單的電路結構,改變脈沖頻率f和導通占空比k很容易。它由三個運算放大器(OA)及輔助元件組成。這三個運放分別命名為OA1、OA2和OA3,型號均為μA741,集成在一片TL074芯片中(含四個運放)。兩只電位器分別用來調整脈沖的頻率f和導通占空比k。
在對羅氏諧振器進行分析之前,首先假設運放是理想的,則滿足:
?。?)開環(huán)電壓增益為無窮大;
?。?)輸入電阻為無窮大,輸出電阻為0;
(3)輸出電壓正負最大值等于電源電壓值。
2電路描述
μA741型運放OA可工作在電源電壓為±(3~18)V之間,電源端和接地端分別記作V+、V-和G,其中2=V+。圖1中OA2為一積分器,它的輸出電壓VC是一三角波,其頻率f=1/T可由電位器R4調節(jié)。OA1為一諧振器,它的輸出電壓VB是一頻率為f的矩形波。OA3用做比較器,它的輸出電壓VD是一矩形脈沖,其導通占空比k可由電位器R7調節(jié)。
首先,假設當t=0時VB=V+,通過電阻R2正
圖1羅氏諧振器
反饋給OA1。這使得OA1的輸出電壓保持VB=V+。同時,VB通過R4輸入OA2,因此OA2的輸出電壓VC按斜率1/(R4C)減少至mV-。電壓VC通過R3負反饋給OA1。(通常令R3略小于R2,其比率定義為m=R3/R2)。A點的電壓VA在時間段2mR4C由[2mV+/(1+m)]變至0。因此,電壓VA向負值減少,導致在t=2mR4C時,OA1的輸出電壓VB=V-,電壓VA跳至[2mV-/(1+m)]。同理,當t=2mR4C時,VB=V-,并通過電阻R2正反饋給OA1。這使得OA1的輸出電壓保持VB=V-。同時,VB通過R4輸入OA2,因此OA2的輸出電壓VC按斜率1/R4C增加至mV+。電壓VC通過R3負反饋給OA1。A點的電壓VA在時間段2mR4C內由[2mV-/(1+m)]變至0。因此,電壓VA向正值增加,導致在t=4mR4C時,OA1的輸出電壓VB=V+,電壓VA跳至[2mV+/(1+m)]。
VC輸入0A3,并通過R6和偏移信號Voff-set進行比較,偏移信號可由電位器R7進行調節(jié)。當Voff-set=0,OA3的輸出電壓VD是一系列導通占空比k=0.5的脈沖。當Voff-set為正值時,與電壓VC的交點上移,因此OA3的輸出電壓VD是一系列導通占空比k0.5的 脈 沖 。 同 理 , 當 Voff- set為 負 值 時 , 與 電 壓 VC的 交 點 下 移 , 因 此 OA3的 輸 出 電 壓 VD是 一 系 列 導 通 k>0.5的脈沖,如圖2所示。導通占空比k由Voff-set通過電位器R7控制。
PWM脈沖列VD通過一耦合電路提供給DC/DC變換器的開關,如功率晶體管、MOSFET或IGBT。電壓VA、VB、VC和VD的波形如圖2所示。
設計實例:羅氏諧振器的內部電路如圖1所示,其元件參數(shù)為:R0=10kΩ;R1=R2=R5=100kΩ;R3=R6=95kΩ;R4=510Ω~5.1kΩ;R7=10kΩ;C=5.1nF。因此有:m=0.95頻率f=100kHz~10kHz,導通占空比k=0~1.0。
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