罗氏谐振器—一种用于DC/DC变换器的PWM信号发生器

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罗氏谐振器—一种用于DC/DC变换器的PWM信号发生器 [复制链接]

DC/DC升压型变换器系列广泛应用在计算机硬件和工业应用上[1,2,3]，如：计算机的外围电源、汽车辅助电源、伺服电机的驱动电源和医疗设备。近年来，DC/DC变换器技术发展得很快，例如，罗氏变换器系列和Cuk变换器已被开发出来[1,4,5,6]。DC/DC变换器的静态开关S可以是双极性功率晶体管、MOSFET或IGBT，需要用频率f和导通占空比k可调的PWM脉冲列来驱动。通常这一PWM脉冲列是由一个数字信号处理器（DSP）产生。本文介绍一种罗氏谐振器，如图1所示。它可以取代DSP产生PWM脉冲列来驱动静态开关S。罗氏谐振器能被再次集成到降压型和升压型便携式DC/DC变换器系列的特定用途集成电路（ASIC）中。

　　罗氏谐振器具有高效简单的电路结构，改变脉冲频率f和导通占空比k很容易。它由三个运算放大器（OA）及辅助元件组成。这三个运放分别命名为OA1、OA2和OA3，型号均为μA741，集成在一片TL074芯片中（含四个运放）。两只电位器分别用来调整脉冲的频率f和导通占空比k。

　　在对罗氏谐振器进行分析之前，首先假设运放是理想的，则满足：

　　（1）开环电压增益为无穷大；

　　（2）输入电阻为无穷大，输出电阻为0；

　　（3）输出电压正负最大值等于电源电压值。

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电路描述 　　μA741型运放OA可工作在电源电压为±（3～18）V之间，电源端和接地端分别记作V＋、V－和G，其中2=V＋。图1中OA2为一积分器，它的输出电压VC是一三角波，其频率f=1/T可由电位器R4调节。OA1为一谐振器，它的输出电压VB是一频率为f的矩形波。OA3用做比较器，它的输出电压VD是一矩形脉冲，其导通占空比k可由电位器R7调节。 　　首先，假设当t=0时VB=V＋，通过电阻R2正 图1罗氏谐振器 反馈给OA1。这使得OA1的输出电压保持VB=V＋。同时，VB通过R4输入OA2，因此OA2的输出电压VC按斜率1/（R4C）减少至mV－。电压VC通过R3负反馈给OA1。（通常令R3略小于R2，其比率定义为m=R3/R2）。A点的电压VA在时间段2mR4C由[2mV＋/(1＋m)]变至0。因此，电压VA向负值减少，导致在t=2mR4C时，OA1的输出电压VB=V－，电压VA跳至[2mV－/(1＋m）]。同理，当t=2mR4C时，VB=V－，并通过电阻R2正反馈给OA1。这使得OA1的输出电压保持VB=V－。同时，VB通过R4输入OA2，因此OA2的输出电压VC按斜率1/R4C增加至mV＋。电压VC通过R3负反馈给OA1。A点的电压VA在时间段2mR4C内由[2mV－/(1＋m)]变至0。因此，电压VA向正值增加，导致在t=4mR4C时，OA1的输出电压VB=V＋，电压VA跳至[2mV＋/(1＋m)]。 　　VC输入0A3，并通过R6和偏移信号Voff－set进行比较，偏移信号可由电位器R7进行调节。当Voff－set=0，OA3的输出电压VD是一系列导通占空比k=0.5的脉冲。当Voff－set为正值时，与电压VC的交点上移，因此OA3的输出电压VD是一系列导通占空比k<0.5的 脉 冲 。 同 理 ， 当 Voff－ set为 负 值 时 ， 与 电 压 VC的 交 点 下 移 ， 因 此 OA3的 输 出 电 压 VD是 一 系 列 导 通 k>0.5的脉冲，如图2所示。导通占空比k由Voff－set通过电位器R7控制。 　　计算公式如下：,, 　　PWM脉冲列VD通过一耦合电路提供给DC/DC变换器的开关，如功率晶体管、MOSFET或IGBT。电压VA、VB、VC和VD的波形如图2所示。 　　设计实例：罗氏谐振器的内部电路如图1所示，其元件参数为：R0=10kΩ；R1=R2=R5=100kΩ;R3=R6=95kΩ;R4=510Ω～5.1kΩ;R7=10kΩ;C=5.1nF。因此有：m=0.95频率f=100kHz～10kHz，导通占空比k=0～1.0。