CN201219252Y - 三种pwm脉冲信号发生器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及三种PWM脉冲信号发生器，属自动控制与电子设备领域。PWM脉冲信号发生器由电压比较器、电压跟随器、电容和电阻等组成，PWM脉冲信号发生器的电阻R1和R3、电容C1(微分电容)构成微分电路，其输入为比较器A1的输出，其输出接比较器A1的正输入端；PWM脉冲信号发生器的电阻R1和R3、电容C2(及C3)与(或)外接电容(组成积分电容)构成积分电路，其输入为比较器A1的输出，其输出接比较器A1的负输入端。PWM脉冲信号发生器结构简单可靠、抗干扰能力强、输出波形在跃变时陡度好，并可避免输出过窄的脉冲，在信号处理电路、自控系统及电子仪器设备等方面有着广泛的应用价值。

Description

三种PWM脉冲信号发生器

技术领域

本实用新型涉及三种PWM脉冲信号发生器，属自动控制与电子设备领域。

背景技术

PWM脉冲信号发生器主要有数字与模拟二种形式。

数字形式的PWM脉冲信号发生器通常采用单片机实现，比较复杂，占用CPU资源也较多。

模拟形式的PWM脉冲信号发生器通常由电压比较器与三角波发生器组成，通过将控制信号与三角波比较得到PWM脉冲信号，结构相对比较简单，但临界时会出现过窄的脉冲，应用于功率驱动时将增加驱动电路无益的开关损耗。

另一种模拟形式的PWM脉冲信号发生器(如专利200380103747.X)仅采用电压比较器与积分电路组成，结构简单，但其振荡频率等指标依赖于不易确定的比较器的分布参数，致使PWM脉冲信号发生器的频率等指标出现较大的离散性，抗干扰能力较差，且输出波形跃变时的陡度也相对较差。

发明内容

本实用新型的目的是提供三种PWM脉冲信号发生器。

本实用新型的目的是通过下述技术方案实现的。

一种PWM脉冲信号发生器，为接地型PWM脉冲信号发生器，采用双电源供电，有二个信号输入端即反相输入端和同相输入端、二个电源端即负电源端-Pv与正电源端+Pv、一个接地端GND、一个信号输出端；其特征在于：PWM脉冲信号发生器由电压比较器A1、电压跟随器A2和A3、电容C1和C2、电阻R0、R1、R2、R3组成，比较器A1的负电源端与电压跟随器A2和A3的负电源端相连接并接为PWM脉冲信号发生器的负电源端-Pv，比较器A1的正电源端与电压跟随器A2和A3的正电源端相连接并接为PWM脉冲信号发生器的正电源端+Pv；电压跟随器A2的输入端接为PWM脉冲信号发生器的反相输入端，电压跟随器A3的输入端接为PWM脉冲信号发生器的同相输入端，比较器A1的输出端接为PWM脉冲信号发生器的信号输出端；电阻R0跨接在比较器A1的输出端与负输入端之间，电容C1与电阻R1串联并跨接在比较器A1的输出端与正输入端之间，电压跟随器A3的输出端通过电阻R3接比较器A1的正输入端，电压跟随器A2的输出端通过电阻R2接比较器A1的负输入端，电容C2跨接在电压比较器A1的负输入端与PWM脉冲信号发生器的接地端GND之间。接地型PWM脉冲信号发生器的电路原理图如图1所示。

一种PWM脉冲信号发生器，为可调型PWM脉冲信号发生器，采用单电源供电，有二个信号输入端即反相输入端和同相输入端、二个电源端即负电源端-Pv与正电源端+Pv、一个调整端ADJ、一个信号输出端；其特征在于：PWM脉冲信号发生器由电压比较器A1、电压跟随器A2和A3、电容C1和C2及C3、电阻R0、R1、R2、R3组成，比较器A1的负电源端与电压跟随器A2和A3的负电源端相连接并接为PWM脉冲信号发生器的负电源端-Pv，比较器A1的正电源端与电压跟随器A2和A3的正电源端相连接并接为PWM脉冲信号发生器的正电源端+Pv；电压跟随器A2的输入端接为PWM脉冲信号发生器的反相输入端，电压跟随器A3的输入端接为PWM脉冲信号发生器的同相输入端，比较器A1的输出端接为PWM脉冲信号发生器的信号输出端；电阻R0跨接在比较器A1的输出端与负输入端之间，电容C1与电阻R1串联并跨接在比较器A1的输出端与正输入端之间，电压跟随器A3的输出端通过电阻R3接比较器A1的正输入端，电压跟随器A2的输出端通过电阻R2接比较器A1的负输入端，电容C2接在电压比较器A1的负输入端与PWM脉冲信号发生器的负电源端-Pv之间，电容C3接在电压比较器A1的负输入端与PWM脉冲信号发生器的正电源端+Pv之间，电压比较器A1的负输入端接为PWM脉冲信号发生器的调节端ADJ。可调型PWM脉冲信号发生器的电路原理图如图2所示。

一种PWM脉冲信号发生器，为外挂电容型PWM脉冲信号发生器，采用双电源或单电源供电，有二个信号输入端即反相输入端和同相输入端、二个电源端即负电源端-Pv与正电源端+Pv、一个外挂电容端CH、一个信号输出端；其特征在于：PWM脉冲信号发生器由电压比较器A1、电压跟随器A2和A3、电容C1、电阻R0、R1、R2、R3组成，比较器A1的负电源端与电压跟随器A2和A3的负电源端相连接并接为PWM脉冲信号发生器的负电源端-Pv，比较器A1的正电源端与电压跟随器A2和A3的正电源端相连接并接为PWM脉冲信号发生器的正电源端+Pv；电压跟随器A2的输入端接为PWM脉冲信号发生器的反相输入端，电压跟随器A3的输入端接为PWM脉冲信号发生器的同相输入端，比较器A1的输出端接为PWM脉冲信号发生器的信号输出端；电阻R0跨接在比较器A1的输出端与负输入端之间，电容C1与电阻R1串联并跨接在比较器A1的输出端与正输入端之间，电压跟随器A3的输出端通过电阻R3接比较器A1的正输入端，电压跟随器A2的输出端通过电阻R2接比较器A1的负输入端，电压比较器A1的负输入端接为PWM脉冲信号发生器的外挂电容端CH。外挂电容型PWM脉冲信号发生器的电路原理图如图3所示。

所述的接地型PWM脉冲信号发生器集成在一个单片上作为一个单片PWM发生器器件使用，单片PWM发生器共有六个引脚：二个信号输入端即反相输入端和同相输入端、二个电源端即负电源端-Pv与正电源端+Pv、一个接地端GND、一个信号输出端。接地型PWM脉冲信号发生器的电路图形符号如图4所示。

所述的可调型PWM脉冲信号发生器集成在一个单片上作为一个单片PWM发生器器件使用，单片PWM发生器共有六个引脚：二个信号输入端即反相输入端和同相输入端、二个电源端即负电源端-Pv与正电源端+Pv、一个调节端ADJ、一个信号输出端。可调型PWM脉冲信号发生器的电路图形符号如图5所示。

所述的外挂电容型PWM脉冲信号发生器集成在一个单片上作为一个单片PWM发生器器件使用，单片PWM发生器共有六个引脚：二个信号输入端即反相输入端和同相输入端、二个电源端即负电源端-Pv与正电源端+Pv、一个外挂电容端CH、一个信号输出端。外挂电容型PWM脉冲信号发生器的电路图形符号如图6所示。

PWM脉冲信号发生器的电阻R1和R3、电容C1(微分电容)构成微分电路，其输入为比较器A1的输出，其输出接比较器A1的正输入端；PWM脉冲信号发生器的电阻R1和R3、电容C2(及C3)与(或)外接电容(组成积分电容)构成积分电路，其输入为比较器A1的输出，其输出接比较器A1的负输入端。

由于微分电路中电容的隔直作用，比较器A1正输入端电压(即微分电路的输出电压)的平均值取决于PWM脉冲信号发生器的同相输入端的电压即同相输入电压。当比较器A1的状态刚刚翻转时，积分电容的电压即比较器A1的负输入端电压从相反极性电压逐渐逼近由比较器A1的输出电压与反相输入电压通过电阻R0、R2分配得到的第一稳态电压，而通过微分电路得到的比较器A1的正输入端电压跃变到最高电压，但随即从反向趋向于同相输入电压，当比较器A1的负输入端电压在逼近第一稳态电压的过程中穿越同相输入电压并超过比较器A1的正输入端电压时比较器A1的状态翻转，积分电容的电压即比较器A1的负输入端电压反向逐渐逼近由比较器A1的输出电压与反相输入电压通过电阻R0、R2分配得到的第二稳态电压，比较器A1的正输入端电压跃变到反向最高电压并迅速趋向于同相输入电压，当比较器A1的负输入端电压超越比较器A1的正输入端电压时比较器A1的状态再次翻转，如此PWM脉冲信号发生器形成振荡。工作波形如图7所示。

PWM脉冲信号发生器积分电路的输出电压(即比较器A1的负输入端电压)的平均值取决于PWM脉冲信号发生器的反相输入端的电压即反相输入电压与比较器A1的输出电压。通常(但不限于)PWM脉冲信号发生器微分电路的时间常数较小，而积分电路的时间常数相对较大。在PWM脉冲信号发生器振荡过程中比较器A1的负输入端电压围着同相输入电压上下波动，但波动幅度较小，其平均值与同相输入电压基本一致，故有：

${u1}_i=\frac{R_0}{R_0+R_2}{u2}_i+Q\frac{R_2}{R_0+R_2}{u}_P$

其中，Q为脉宽差合比，简称：差合比，up为比较器A1输出的峰值电压。

Q定义为：正脉宽T₂与负脉宽T₁的差(T₂-T₁)与整周期(T₂+T₁)之比。

即： $Q=\frac{T_2-T_1}{T_2+T_1}$

Q在正负脉冲宽度相同时为0，仅有正脉冲时为1，仅有负脉冲时为-1。

则： $\frac{T_2-T_1}{T_2+T_1}=Q=\frac{R_0+R_2}{R_2}\frac{{u1}_i}{u_P}-\frac{R_0}{R_2}\frac{{u2}_i}{u_P}$

可见：改变同相输入电压或反相输入电压即可改变输出脉冲波形的差合比。

PWM脉冲信号发生器脉宽、频率等指标取决于微分电路与积分电路的电阻值与电容值，并可根据需要对电阻值与电容值进行调整，以得到希望脉宽、频率等指标值。由于采用微分电路的正反馈，PWM脉冲信号发生器的输出波形在跃变时具有良好的陡度。同时，由于PWM脉冲信号发生器状态翻转后微分电路的输出电压逐渐恢复至稳态电压，积分电路输出电压超越微分电路输出电压需要一定时间，致使PWM脉冲信号发生器状态再次翻转至少需要一个最小的脉宽时间，因此PWM脉冲信号发生器可以避免输出过窄的脉冲，应用于功率驱动时对减少驱动电路的开关损耗是非常有益的，也提高了电路的抗干扰能力。

组成PWM脉冲信号发生器的电压比较器可以采用运算放大器或具有类似功能的电路代替，电压跟随器通常采用将运算放大器的负输入端与输出端直接相连的方式实现。PWM脉冲信号发生器的电阻R0、R1、R2、R3的取值通常(但不限于)取5KΩ～50KΩ，通常(但不限于)电容C2＝C3，C1、C2、C3及外挂电容的容量取决于所需振荡频率的大小。

本实用新型PWM脉冲信号发生器仅采用半导体器件与阻容元件构成，结构简单可靠、体积小、成本低廉、抗干扰能力强、输出波形在跃变时陡度好、易于集成化，在信号处理电路、开关电源、功率放大、自控系统及电子仪器设备等方面有着广泛的应用价值。

附图说明

图1接地型PWM脉冲信号发生器电路原理图。

图2可调型PWM脉冲信号发生器电路原理图。

图3外挂电容型PWM脉冲信号发生器电路原理图。

图4接地型PWM脉冲信号发生器的电路图形符号图。

图5可调型PWM脉冲信号发生器的电路图形符号图。

图6外挂电容型PWM脉冲信号发生器的电路图形符号图。

图7PWM脉冲信号发生器的工作波形。

图8报警信号发生器电路原理图。

图9报警信号发生器的工作波形。

图10D类音频功率放大器电路原理图。

图11D类音频功率放大器的工作波形。

图12简易PWM直流电机调速装置原理框图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进行详细描述。

实施例1

报警信号发生器

报警信号发生器由PWM脉冲信号发生器、555定时集成电路、功率驱动器等组成，报警信号发生器原理图如图8所示。

报警信号发生器采用外挂电容型PWM脉冲信号发生器，外接积分电容C0，并通过可调电阻R0改变同相输入电压，改变输出PWM脉冲信号的正负脉宽比。

PWM脉冲信号发生器输出的PWM脉冲信号分别经过反相缓冲器与同相缓冲器控制二个由555定时集成电路组成的振荡频率不同的方波振荡器，二个方波振荡器输出的方波经可变电阻R3的合成为一个音频信号，再通过功率驱动器的功率放大推动扬声器发音。报警信号发生器的工作波形如图9所示。

报警信号发生器工作时二个方波振荡器在PWM脉冲信号发生器的控制下交替工作，方波振荡器的工作周期通过可变电阻R0来调节，报警扬声器交替发出频率不同的音频信号，不同频率音频信号的幅度由可调电阻R3控制。报警信号发生器输出高低频信号控制周期比与高低频信号幅度比可调的报警音频信号。

实施例2

D类音频功率放大器

D类音频功率放大器由PWM脉冲信号发生器与功率驱动器等组成，D类音频功率放大器原理图如图10所示。

D类音频功率放大器采用可调型PWM脉冲信号发生器，二个音频信号同时输入，音频信号在PWM脉冲信号发生器中完成信号叠加。

PWM脉冲信号发生器的同相输入端与反相输入端分别输入音频信号，输出一个PWM脉冲信号，这个PWM脉冲信号经功率驱动器的功率放大与LC滤波器的滤波推动扬声器发音。D类音频功率放大器的工作波形如图11所示。

该D类音频功率放大器结构简单、成本低、效率高，PWM脉冲信号发生器与功率驱动器可集成在一个单片上成为一个小体积单片型D类音频功率放大器。

实施例3

简易PWM直流电机调速装置

简易PWM直流电机调速装置由PWM脉冲信号发生器与功率驱动器等组成，简易PWM直流电机调速装置原理图如图12所示。

简易PWM直流电机调速装置采用接地型PWM脉冲信号发生器，PWM脉冲信号发生器的接地端与同相输入端相连并接地，反相输入端接可变电阻以调节反相输入电压的大小，PWM脉冲信号发生器输出一个等效直流分量可调的PWM脉冲信号，PWM脉冲信号经功率驱动器的功率放大驱动电机旋转。

直流电机调速装置可输出正负二种极性的驱动电压，直流电机相应正转与反转。该直流电机调速装置结构简单、效率高，是组成高性能PWM闭环直流电机调速装置或PWM电源系统的重要环节。

Claims (6)

1.一种PWM脉冲信号发生器，为接地型PWM脉冲信号发生器，采用双电源供电，有二个信号输入端即反相输入端和同相输入端、二个电源端即负电源端(-Pv)与正电源端(+Pv)、一个接地端(GND)、一个信号输出端；其特征在于：PWM脉冲信号发生器由电压比较器A1、电压跟随器A2和A3、电容C1和C2、电阻R0、R1、R2、R3组成，比较器A1的负电源端与电压跟随器A2和A3的负电源端相连接并接为PWM脉冲信号发生器的负电源端(-Pv)，比较器A1的正电源端与电压跟随器A2和A3的正电源端相连接并接为PWM脉冲信号发生器的正电源端(+Pv)；电压跟随器A2的输入端接为PWM脉冲信号发生器的反相输入端，电压跟随器A3的输入端接为PWM脉冲信号发生器的同相输入端，比较器A1的输出端接为PWM脉冲信号发生器的信号输出端；电阻R0跨接在比较器A1的输出端与负输入端之间，电容C1与电阻R1串联并跨接在比较器A1的输出端与正输入端之间，电压跟随器A3的输出端通过电阻R3接比较器A1的正输入端，电压跟随器A2的输出端通过电阻R2接比较器A1的负输入端，电容C2跨接在电压比较器A1的负输入端与PWM脉冲信号发生器的接地端(GND)之间。

2.一种PWM脉冲信号发生器，为可调型PWM脉冲信号发生器，采用单电源供电，有二个信号输入端即反相输入端和同相输入端、二个电源端即负电源端(-Pv)与正电源端(+Pv)、一个调整端(ADJ)、一个信号输出端；其特征在于：PWM脉冲信号发生器由电压比较器A1、电压跟随器A2和A3、电容C1和C2及C3、电阻R0、R1、R2、R3组成，比较器A1的负电源端与电压跟随器A2和A3的负电源端相连接并接为PWM脉冲信号发生器的负电源端(-Pv)，比较器A1的正电源端与电压跟随器A2和A3的正电源端相连接并接为PWM脉冲信号发生器的正电源端(+Pv)；电压跟随器A2的输入端接为PWM脉冲信号发生器的反相输入端，电压跟随器A3的输入端接为PWM脉冲信号发生器的同相输入端，比较器A1的输出端接为PWM脉冲信号发生器的信号输出端；电阻R0跨接在比较器A1的输出端与负输入端之间，电容C1与电阻R1串联并跨接在比较器A1的输出端与正输入端之间，电压跟随器A3的输出端通过电阻R3接比较器A1的正输入端，电压跟随器A2的输出端通过电阻R2接比较器A1的负输入端，电容C2接在电压比较器A1的负输入端与PWM脉冲信号发生器的负电源端(-Pv)之间，电容C3接在电压比较器A1的负输入端与PWM脉冲信号发生器的正电源端(+Pv)之间，电压比较器A1的负输入端接为PWM脉冲信号发生器的调节端(ADJ)。

3.一种PWM脉冲信号发生器，为外挂电容型PWM脉冲信号发生器，采用双电源或单电源供电，有二个信号输入端即反相输入端和同相输入端、二个电源端即负电源端(-Pv)与正电源端(+Pv)、一个外挂电容端(CH)、一个信号输出端；其特征在于：PWM脉冲信号发生器由电压比较器A1、电压跟随器A2和A3、电容C1、电阻R0、R1、R2、R3组成，比较器A1的负电源端与电压跟随器A2和A3的负电源端相连接并接为PWM脉冲信号发生器的负电源端(-Pv)，比较器A1的正电源端与电压跟随器A2和A3的正电源端相连接并接为PWM脉冲信号发生器的正电源端(+Pv)；电压跟随器A2的输入端接为PWM脉冲信号发生器的反相输入端，电压跟随器A3的输入端接为PWM脉冲信号发生器的同相输入端，比较器A1的输出端接为PWM脉冲信号发生器的信号输出端；电阻R0跨接在比较器A1的输出端与负输入端之间，电容C1与电阻R1串联并跨接在比较器A1的输出端与正输入端之间，电压跟随器A3的输出端通过电阻R3接比较器A1的正输入端，电压跟随器A2的输出端通过电阻R2接比较器A1的负输入端，电压比较器A1的负输入端接为PWM脉冲信号发生器的外挂电容端(CH)。

4.按权利要求1所述的PWM脉冲信号发生器，其特征在于：接地型PWM脉冲信号发生器集成在一个单片上作为一个单片PWM发生器器件使用，单片PWM发生器共有六个引脚：二个信号输入端即反相输入端和同相输入端、二个电源端即负电源端(-Pv)与正电源端(+Pv)、一个接地端(GND)、一个信号输出端。

5.按权利要求2所述的PWM脉冲信号发生器，其特征在于：可调型PWM脉冲信号发生器集成在一个单片上作为一个单片PWM发生器器件使用，单片PWM发生器共有六个引脚：二个信号输入端即反相输入端和同相输入端、二个电源端即负电源端(-Pv)与正电源端(+Pv)、一个调节端(ADJ)、一个信号输出端。

6.按权利要求3所述的PWM脉冲信号发生器，其特征在于：外挂电容型PWM脉冲信号发生器集成在一个单片上作为一个单片PWM发生器器件使用，单片PWM发生器共有六个引脚：二个信号输入端即反相输入端和同相输入端、二个电源端即负电源端(-Pv)与正电源端(+Pv)、一个外挂电容端(CH)、一个信号输出端。

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