基于差动电压放大器的占空比测量电路设计

摘 要：介绍一种利用占空比与PWM电路补偿端电压之间的关系，设计的以差动电压放大器为构成的占空比测量电路；它能以数字显示形式直接给出脉冲电源输出电压的占空比。

关键词：占空比；脉冲电源；差动电压放大器；脉宽调制

1　引言

占空比是脉冲电源的重要参数之一。不同的应用场合，对脉冲电源输出电压的占空比要求不同，同时，脉冲电源输出电压的占空比对相应的生产工艺也会产生影响。因此，为了适应不同的工艺条件，其输出电压的占空比通常要根据实验工艺要求进行调节。及时、准确地测得脉冲电源输出电压的占空比，可提高工作效率，也给使用者带来很大方便。

目前，在脉冲电源中已普遍采用专用脉宽调制（PWM）集成电路作为产生脉宽调制信号的器件，如TL494、SG3524等。调节这种脉冲电源输出电压占空比的方法是通过调节外接电位器的阻值，改变脉宽调制集成电路的“补偿端”（也称“休止时间调节端”，TL494的补偿端为4脚，SG3524的补偿端为9脚）电压，使其输出脉冲信号的占空比随之改变，从而改变脉冲电源输出电压的占空比。

本文为采用PWM电路调节输出电压占空比的脉冲电源设计了一种简单实用的占空比测量电路，它能以数字显示形式直接给出脉冲电源输出电压的占空比。

2　电路设计

2．1　常规的占空比测量方法 

目前，测量脉冲电源输出电压占空比的方法主要有：

（1）用示波器测量，这种方法虽可行，但不方便；

（2）用单片机及相关电路测量，这种方法需要软、硬件相互配合，并且由单片机及相关电路组成的装置比较复杂；

（3）采用标定的曲线测量，即在用于调节占空比的电位器转轴上固定一个“数码旋钮”，根据“数码旋钮”的示值，并对照标定的“占空比”与“数码旋钮”示值间的关系曲线来得到占空比。这是测量占空比的常用方法。然而，这种方法不是以数字显示形式直接给出占空比，仍给使用者带来不便，特别是在电位器为非线性的情况下，由于“占空比”与“数码旋钮”示值间的关系曲线呈非线性，进一步给占空比的测量带来不便和误差。

2．2　基于差动电压放大器的占空比测量电路

由实验或PWMIC的工作原理可知，PWM电路输出的脉宽调制信号的占空比D与其补偿端电压VC之间的关系有两种情况（）：一种是D随着VC的增加而线性减少，另一种是D随着VC的增加而线性增大。例如，当采用TL494时，若脉宽调制信号从其内部输出三极管的发射极引出，则D随着VC的增加而线性减少；若脉宽调制信号从其内部输出三极管的集电极引出，则D随着VC的增加而线性增大。当脉宽调制集成电路采用SG3524时，若脉宽调制信号从其内部输出三极管的发射极引出，则D随着VC的增加而线性增大；若脉宽调制信号从其内部输出三极管的集电极引出，则D随着VC的增加而线性减少。

（1）D随着VC增加而减小的占空比测量电路根据（a）给出的D与VC之间关系，可得D与VC之间的数字表达式为：

给出的是在这种情况下的占空比测量电路。 它由差动电压放大器和数字电压表等组成，运放OP和电阻R1、R2、R3、R4构成了差动电压放大器（R2／R1＝R4／R3），差动电压放大器的反相输入信号为VC，差动电压放大器的同相输入信号为由工作电源VCC经电阻R5、R6分压得到的基准电压VREF1，差动电压放大器的输出信号作为数字电压表的输入信号。

比较式（1）和式（2）知，在脉冲电源输出电压的占空比D随VC的增加而减小的情况下，所示的测量电路能以数字显示形式直接给出占空比D。 

（2）D随着VC增加而增大的占空比测量电路根据（b）给出的D与VC之间关系，可得D与VC之间的数学表达式为：

给出的是这种情况下的占空比测量电路。图中由运放OP和电阻R7、R8、R9、R10构成的差动电压放大器（R8／R7＝R10／R9）的同相输入信号为VC，反相输入信号为基准电压VREF2，VREF2由工作电源VCC经电阻R11、R12分压得到，差动电压放大器的输出信号作为数字电压表的输入信号。

比较式（3）或式（4）知，在脉冲电源输出电压的占空比D随着VC的增加而增大的情况下，所示的测量电路能以数字显示形式直接给出占空比D。

3　结论

基于差动电压放大器的占空比测量电路，以数字显示形式直接给出了脉冲电源输出电压的占空比，现已用于我们开发的各种脉冲电源中，并申请了国家。它与目前的采用标定曲线测量占空比的方法相比，方便、快捷、准确；与采用示波器或单片机系统测量占空比的方法相比，电路简单、价格便宜、易于实现。