CN212463175U - 一种高稳定可设置三角波发生器电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高稳定可设置三角波发生器电路。其包括波形比较控制回路、波形生成电路及信号整形放大回路；波形比较控制回路包括U3比较器，所述U3比较器输入反向端接地信号，输出端与NPN三极管D2基极、D1肖特基管阴极、R1其中一端相连接，R1另一端与D2三极管集电极相连并接入正电源V+,D2三极管发射极与D1肖特基管阳极并接形成控制输出。本实用新型全新的三角载波产生思路，通过合理的分立器件参数设计，不但能使电路改变三角波频率，且幅值大小也可调整。最主要的是其电路系统稳定性、可靠性都能自我掌控，且组合结构简单、调试十分方便。

Description

一种高稳定可设置三角波发生器电路

技术领域

本实用新型涉及一种高稳定可设置三角波发生器电路，属于电力系统技术领域。

背景技术

电力系统中，针对各类逆变、变频、光伏等应用场合，需要十分可靠的斩波技术，而斩波技术中最核心的参考一般为三角波形，又称为载波，因此其输出波形的稳定性细腻度十分重要。常规的做法是直接购买波形发生器芯片，外置少量阻容器件搭配而成。而此类芯片由于各厂家技术能力不一，整合性能差异甚远，尤其是长期各种环境下可靠运行的要求，导致芯片发热不匀或温湿度问题常常罢工。而现代运放技术的发展已经基本完善，只要是品牌厂商，其性能非常可靠优良。

为了克服上述缺陷，通过基本元件选型，合理配置，使用合适的原理自我搭配，其使用效果十分明显。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种高稳定可设置三角波发生器电路，全新的三角载波产生思路，通过合理的分立器件参数设计，不但能使电路改变三角波频率，且幅值大小也可调整。最主要的是其电路系统稳定性、可靠性都能自我掌控，且组合结构简单、调试十分方便。

本实用新型通过以下技术手段解决上述技术问题：一种高稳定可设置三角波发生器电路，其包括波形比较控制回路、波形生成电路及信号整形放大回路；

波形比较控制回路包括U3比较器，所述U3比较器输入反向端接地信号，输出端与NPN三极管D2基极、D1肖特基管阴极、R1其中一端相连接，R1另一端与D2三极管集电极相连并接入正电源V+,D2三极管发射极与D1肖特基管阳极并接形成控制输出；

所述波形生成电路包括电阻R2，电阻R2与R5一端并联，最终与波形比较控制回路输出端相连接，形成网标N2，R5另一端与积分电容C1其中一端、JFET运放U2反向输入端相连接形成网标N3；积分电容C1另一端与U2运放输出端、R6其中一端相衔接构成网标N4；最后R6另一端与R5串联分压后整体构成运放闭环回路，电阻R5与R6串联分压后形成的网标N5接入波形比较器U3的正向输入端；

信号整形放大回路包括隔直电容C2，所述隔直电容C2其中一端与JFET运放U2输出端相连，另一端与放大整形电路中的R3电阻一端相衔接，R3电阻另一端与R4电阻一端、JFET运放U1反相输入端相连接，而U1运放正向输入端直接接参考零电平，最后U1 JFET运放输出端与R4另一端构成闭环。

所述U1、U2采用低偏置/失调电流的JFET类型运放，其它电阻和电容采用高精度低温漂系数规格，二极管D1采用低正向压降的肖特基管。

波形比较控制回路最终输出网标N2基于输入参考端U3正向输入端产生正负电平的切换功能；若U3正向输入端参考电平高于基准零电平，则比较器通过上拉电阻R1驱动三极管BE极从而激活NPN三极管D2，进而加速开通N2电平上升边沿；若低于基准零电平，则回路最终通过肖特基二极管D1使得网标N2输出为负电平。

所述波形生成电路的前级电路输出网标N2输出为V+，则回路通过R2对C1充电，当N3电位超过运放U2基准零电平时则其输出为负电平，并通过C1电容进行反馈积分，此时此刻N2为V+电位，N4为不断减小的负电平；当串联分压电阻R5、R6取设定值时，并且当N4减小到分压电阻设定的值时，则N5电位低于比较器U3基准，此刻比较器输出N1即为V-，D2三极管失效，并通过肖特基二极管D1将N2强置为V-状态，以此往复，不断循环，从而生成三角原始波形。

所述三角原始波形输出网标N4，通过隔直电容接入放大回路，通过R3、R4阻值设定，可调节最终三角输出波形F_out幅度大小，如此最终完成三角波形的生成。

本实用新型涉及电力电子系统斩波技术领域中最核心的，所解决的是为保证PWM斩波功能所提供的高稳定度高可靠性三角载波发生器的技术问题。

本实用新型的有益效果是：该设计思路巧妙，电路结构灵活，器件分布均匀时散热匀称，参数计算方便，满足批量生产要求，可显著提高生产、测试效率和高可靠性高稳定性，具有广泛的应用价值。

附图说明

附图1为本实用新型电路图。

具体实施方式

以下结合附图说明对本实用新型的实施例作进一步详细描述，但本实施例并不用于限制本实用新型，凡是采用本实用新型的相似结构及其相似变化，均应列入本实用新型的保护范围，本实用新型中的顿号均表示和的关系。

如图1所示，本实用新型实施例所提供的一种高稳定可设置三角波发生器电路，其包括波形比较控制回路、波形生成电路及信号整形放大回路；

波形比较控制回路包括U3比较器，所述U3比较器输入反向端接地信号，输出端与NPN三极管D2基极、D1肖特基管阴极、R1其中一端相连接，R1另一端与D2三极管集电极相连并接入正电源V+,D2三极管发射极与D1肖特基管阳极并接形成控制输出；

所述波形生成电路包括电阻R2，电阻R2与R5一端并联，最终与波形比较控制回路输出端相连接，形成网标N2，R5另一端与积分电容C1其中一端、JFET运放U2反向输入端相连接形成网标N3；积分电容C1另一端与U2运放输出端、R6其中一端相衔接构成网标N4；最后R6另一端与R5串联分压后整体构成运放闭环回路，电阻R5与R6串联分压后形成的网标N5接入波形比较器U3的正向输入端；

信号整形放大回路包括隔直电容C2，所述隔直电容C2其中一端与JFET运放U2输出端相连，另一端与放大整形电路中的R3电阻一端相衔接，R3电阻另一端与R4电阻一端、JFET运放U1反相输入端相连接，而U1运放正向输入端直接接参考零电平，最后U1 JFET运放输出端与R4另一端构成闭环。

所述U1、U2采用低偏置/失调电流的JFET类型运放，其它电阻和电容采用高精度低温漂系数规格，二极管D1采用低正向压降的肖特基管。

波形比较控制回路最终输出网标N2基于输入参考端U3正向输入端产生正负电平的切换功能；若U3正向输入端参考电平高于基准零电平，则比较器通过上拉电阻R1驱动三极管BE极从而激活NPN三极管D2，进而加速开通N2电平上升边沿；若低于基准零电平，则回路最终通过肖特基二极管D1使得网标N2输出为负电平。

所述波形生成电路的前级电路输出网标N2输出为V+，则回路通过R2对C1充电，当N3电位超过运放U2基准零电平时则其输出为负电平，并通过C1电容进行反馈积分，此时此刻N2为V+电位，N4为不断减小的负电平；当串联分压电阻R5、R6取设定值时，并且当N4减小到分压电阻设定的值时，则N5电位低于比较器U3基准，此刻比较器输出N1即为V-，D2三极管失效，并通过肖特基二极管D1将N2强置为V-状态，以此往复，不断循环，从而生成三角原始波形。

所述三角原始波形输出网标N4，通过隔直电容接入放大回路，通过R3、R4阻值设定，可调节最终三角输出波形F_out幅度大小，如此最终完成三角波形的生成。

所述为保证电路高稳定性能指标，U1、U2须采用低偏置/失调电流的JFET类型运放，其它电阻电容须采用高精度低温漂系数规格，二极管D1采用低正向压降的肖特基管。

所述U3比较器、上拉电阻R1、肖特基二极管D1、NPN三极管D2共同构建成波形比较控制回路。所述U3反向输入端接入零电位，其正相输入端接收来自三角波生成回路中分压电阻R5、R6回环信号。比较器输出端直接与三极管D2基极、D1肖特基管阴极、R1电阻一端相连接；三极管D2发射极与肖特基管D1阳极直连，其集电极与R1电阻另一端相连并接入正工作电源。

所述电阻R2与R5一端并联且与波形比较控制回路输出端相连接，形成网标N2，另一端与积分电容C1其中一端、JFET运放U2反向输入端相连接形成网标N3；积分电容C1另一端与U2运放输出端、R6其中一端相衔接构成网标N4；最后R6另一端与R5串联分压后整体构成运放闭环回路。电阻R5与R6串联分压后形成的网标N5接入波形比较器U3的正向输入端。如此组织闭环连接构成波形形成电路。

所述隔直电容C2其中一端与JFET运放U2输出端相连，另一端与放大整形电路中的R3电阻一端相衔接，R3电阻另一端与R4电阻一端、JFET运放U1反向输入端相连接；而U1运放正向输入端直接接参考零电平，最后U1 JFET运放输出端与R4另一端构成闭环形成放大整形电路。

本实用新型的工作原理是：

电路上电后，基于回路内在特征，电路很快自建平衡。若假设U3正向输入端参考电平高于基准零电平，则比较器U3通过上拉电阻R1驱动三极管BE极从而激活NPN三极管D2，进而加速开通网标N2电平上升边沿直至最高接近V+电位；若低于基准零电平，则回路最终通过肖特基二极管D1使得网标N2输出为负电平。

所述JFET运放U2、电容C1、电阻R2、R5、R6组合构成三角波形生成电路。若前级电路输出网标N2输出为接近V+电位，则其通过R2对C1充电，当N3电位超过运放U2基准零电平时则其输出网标N4为负电平，并通过C1电容进行反馈积分，此时此刻N2为高电位，N4为不断减小的负电平。当串联分压电阻R5、R6取设定值时，并且当N4减小到分压电阻设定的值时，则N5电位低于比较器U3基准，此刻比较器输出N1即为V-，D2三极管失效，并通过肖特基二极管D1将N2强置为V-状态；此时此刻N4达到最小负电位(负向峰值，大小受限于R4,R5参数)，N2为V-电位，N3由于此前充电、积分关系，电位达到正向最大值，回路开始通过R2对C1进行放电过程，此后N4、N2电位保持不变(通过R2、C1参数的合理设置，时间很短暂)，N3电位逐渐降低，当达到略小于参考零电位时，JFET运放U2输出反转，此时此刻，N4电位从负向峰值逐渐升高，N3为略低于零电位(鉴于运放的灵敏度关系，可考虑N3即为零电位)，N2为V-电位，比较器回路状态保持不变；随着U2、C1反馈积分，加上N2通过R2持续对N3放电，N3电位逐渐小于零电位，且有降低的趋势，而N4电位开始逐渐走出负向低谷往上抬升，当达到正向最大设定值时，此刻N2仍为V-电位，通过R2、C1串联关系，使得N3达到负向最小峰值电位；N4、N2通过电阻R6、R5分压关系，其N5电位达到高于零基准的参考条件，比较器U3回路开始电位反转，使得N2为正向峰值电位，此刻，N4处于正向设定的峰值电位，而N2处于接近V+电位，N3处于负向最小电位状态，N2开始通过电阻R2对C1进行充电，当N3端电位逐渐抬高超过零电位基准时，运放U2输出极性又开始反转，通过C1反馈积分…以此往复，周而复始，从而生成三角原始波形。

所述JFET运放U1、电阻R3、R4、电容C2构成波形整形放大回路。三角原始波形输出网标N4，通过隔直电容高通滤波接入放大回路，通过R3、R4阻值设定，可调节最终三角输出波形F_out幅度大小，如此最终完成三角波形的生成。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种高稳定可设置三角波发生器电路，其特征在于：包括波形比较控制回路、波形生成电路及信号整形放大回路；

波形比较控制回路包括U3比较器，所述U3比较器输入反向端接地信号，输出端与NPN三极管D2基极、D1肖特基管阴极、R1其中一端相连接，R1另一端与D2三极管集电极相连并接入正电源V+,D2三极管发射极与D1肖特基管阳极并接形成控制输出；

所述波形生成电路包括电阻R2，电阻R2与R5一端并联，最终与波形比较控制回路输出端相连接，形成网标N2，R5另一端与积分电容C1其中一端、JFET运放U2反向输入端相连接形成网标N3；积分电容C1另一端与U2运放输出端、R6其中一端相衔接构成网标N4；最后R6另一端与R5串联分压后整体构成运放闭环回路，电阻R5与R6串联分压后形成的网标N5接入波形比较器U3的正向输入端；

信号整形放大回路包括隔直电容C2，所述隔直电容C2其中一端与JFET运放U2输出端相连，另一端与放大整形电路中的R3电阻一端相衔接，R3电阻另一端与R4电阻一端、JFET运放U1反相输入端相连接，而U1运放正向输入端直接接参考零电平，最后U1 JFET运放输出端与R4另一端构成闭环。

2.如权利要求1所述的一种高稳定可设置三角波发生器电路，其特征在于：所述U1、U2采用低偏置/失调电流的JFET类型运放，其它电阻和电容采用高精度低温漂系数规格，二极管D1采用低正向压降的肖特基管。

3.如权利要求2所述的一种高稳定可设置三角波发生器电路，其特征在于：波形比较控制回路最终输出网标N2基于输入参考端U3正向输入端产生正负电平的切换功能；若U3正向输入端参考电平高于基准零电平，则比较器通过上拉电阻R1驱动三极管BE极从而激活NPN三极管D2，进而加速开通N2电平上升边沿；若低于基准零电平，则回路最终通过肖特基二极管D1使得网标N2输出为负电平。

4.如权利要求3所述的一种高稳定可设置三角波发生器电路，其特征在于：所述波形生成电路的前级电路输出网标N2输出为V+，则回路通过R2对C1充电，当N3电位超过运放U2基准零电平时则其输出为负电平，并通过C1电容进行反馈积分，此时此刻N2为V+电位，N4为不断减小的负电平；当串联分压电阻R5、R6取设定值时，并且当N4减小到分压电阻设定的值时，则N5电位低于比较器U3基准，此刻比较器输出N1即为V-，D2三极管失效，并通过肖特基二极管D1将N2强置为V-状态，以此往复，不断循环，从而生成三角原始波形。

5.如权利要求4所述的一种高稳定可设置三角波发生器电路，其特征在于：所述三角原始波形输出网标N4，通过隔直电容接入放大回路，通过R3、R4阻值设定，可调节最终三角输出波形F_out幅度大小，如此最终完成三角波形的生成。

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