脉宽调制电路在温控系统中的应用
发布时间：2017-09-01
1脉宽调制控制电路的工作原理
基本的脉宽调制控制电路包括电压―脉宽转换器和开关功率放大器两部分,如图1所示。运算放大器工作在开环状态,把连续电压信号变成脉冲电压信号。N的反向端输入三个信号:一是锯齿波或三角波调制信号up,其频率是主电路所需的开关调制频率,为(1~4)kHz;另一个是控制电压uc,其极性与大小随时可变;再一个是负偏置电压u0,其作用是在uc=0时通过调节Rp使比较器的输出电压ub为宽度相等的正负方波,如图2所示。当控制电压uc>0时,锯齿波过零的时间提前,结果在输出端得到正半波比负半波窄的调制方波;当uc<0时锯齿波过零的时间后移,结果在输出端得到正半波比负半波宽的调制方波。如锯齿波的线性良好,则输出正向脉冲的占空比为
式中ucm―――控制信号uc的最大值。
2加热器的PWM控制电路
脉宽调节常用的方法是脉冲周期固定不变,脉冲宽度可调。在数字式脉宽调制器中,控制信号是数字量,其值确定脉冲的宽度。若维持调制脉冲序列的周期不变,通过改变脉冲的宽度,就能达到改变占空比的目的,其电路如图3所示。
该电路由8位二进制计数器CD4520、8位数字比较器2×CD4585和并行接口芯片8255A及固态继电器组成。CD4520是8位二进制加法计数器,在时钟脉冲Cp的作用下,输出从“0”开始逐次加“1”,当8位输出全为“1”时,下一个Cp脉冲又将使它的输出返回到“0”。显然,计数器输出数字斜波信号,其周期为Cp的256倍。在这里的作用相当于原理图中的up,用以产生PWM控制电路的锯齿波信号。8位二进制数值比较器由两片4位数值比较器CD4585构成。为了说明方便,本文把从计数器输出的周期数字斜波信号称为B组数字量。由单片机通过8255A端口B送到数字比较器的数据称为A组数字量,故A组数据是单片机输出的数字控制信号,它的作用相当于原理图中的uc,用以产生PWM控制电路的控制电压。只要计数器的输出值小于8255A端口B的数值,则第二级CD4585的“A>B”输出保持高电平。当比较器的两个输入值相等时,“A>B”端变为零,并且直到计数器溢出之前保持低电平。溢出后“A>B”端恢复高电平,并重复执行该过程。为了有效的控制计数器的计数,让8255A的PC7口与时钟信号进行与非后再连到计数器的Cp。
在PWM脉冲信号输出通道,采用固态继电器(SSR)输出电路。由于固态继电器输入控制电流小,可以与TTL、HTL、CMOS的集成电路直接相连,在电路中采用过零型交流SSR。加热器是一种感性元件,为了增加电路的可靠性和保护SSR,在SSR的输出端外加了RC吸收回路和压敏电阻。
3控制回路的软件编程
由电路原理图可知,当检测到的温度高于预设定的值时,加热器停止加热,即PWM输出为零。检测的温度小于预定值时,开始加热;而且预设值与测量值差距越大,PWM输出脉冲的占空比就越大。由以上规律可知,PWM控制值可取预设值与测量值之差作为送到比较器的A组数字控制字,用来控制脉宽宽度。以上所说的测量值是通过温度测量回路及单片机系统产生的,预设值是预先设定在单片机RAM内的值。整个控制系统用MCS-51单片机汇编语言写成。控制电路的子程序框图如图4。
4结论
由于电路采用的是8位计数器,从原理上讲控制精度为8位,但由于各方面的影响,实际精度小于8位。在精度要求更高的地方,可以选用12位或更高位的计数器,从而提高整个系统的精度。
摘自：中国计量测控网
