摘 要：介紹一種利用占空比與PWM電路補償端電壓之間的關系，設計的以差動電壓放大器為構成的占空比測量電路；它能以數(shù)字顯示形式直接給出脈沖電源輸出電壓的占空比。

關鍵詞：占空比；脈沖電源；差動電壓放大器；脈寬調制

1　引言

占空比是脈沖電源的重要參數(shù)之一。不同的應用場合，對脈沖電源輸出電壓的占空比要求不同，同時，脈沖電源輸出電壓的占空比對相應的生產(chǎn)工藝也會產(chǎn)生影響。因此，為了適應不同的工藝條件，其輸出電壓的占空比通常要根據(jù)實驗工藝要求進行調節(jié)。及時、準確地測得脈沖電源輸出電壓的占空比，可提高工作效率，也給使用者帶來很大方便。

目前，在脈沖電源中已普遍采用專用脈寬調制（PWM）集成電路作為產(chǎn)生脈寬調制信號的器件，如TL494、SG3524等。調節(jié)這種脈沖電源輸出電壓占空比的方法是通過調節(jié)外接電位器的阻值，改變脈寬調制集成電路的“補償端”（也稱“休止時間調節(jié)端”，TL494的補償端為4腳，SG3524的補償端為9腳）電壓，使其輸出脈沖信號的占空比隨之改變，從而改變脈沖電源輸出電壓的占空比。

本文為采用PWM電路調節(jié)輸出電壓占空比的脈沖電源設計了一種簡單實用的占空比測量電路，它能以數(shù)字顯示形式直接給出脈沖電源輸出電壓的占空比。

2　電路設計

2．1　常規(guī)的占空比測量方法 

目前，測量脈沖電源輸出電壓占空比的方法主要有：

（1）用示波器測量，這種方法雖可行，但不方便；

（2）用單片機及相關電路測量，這種方法需要軟、硬件相互配合，并且由單片機及相關電路組成的裝置比較復雜；

（3）采用標定的曲線測量，即在用于調節(jié)占空比的電位器轉軸上固定一個“數(shù)碼旋鈕”，根據(jù)“數(shù)碼旋鈕”的示值，并對照標定的“占空比”與“數(shù)碼旋鈕”示值間的關系曲線來得到占空比。這是測量占空比的常用方法。然而，這種方法不是以數(shù)字顯示形式直接給出占空比，仍給使用者帶來不便，特別是在電位器為非線性的情況下，由于“占空比”與“數(shù)碼旋鈕”示值間的關系曲線呈非線性，進一步給占空比的測量帶來不便和誤差。

2．2　基于差動電壓放大器的占空比測量電路

由實驗或PWMIC的工作原理可知，PWM電路輸出的脈寬調制信號的占空比D與其補償端電壓VC之間的關系有兩種情況（）：一種是D隨著VC的增加而線性減少，另一種是D隨著VC的增加而線性增大。例如，當采用TL494時，若脈寬調制信號從其內部輸出三極管的發(fā)射極引出，則D隨著VC的增加而線性減少；若脈寬調制信號從其內部輸出三極管的集電極引出，則D隨著VC的增加而線性增大。當脈寬調制集成電路采用SG3524時，若脈寬調制信號從其內部輸出三極管的發(fā)射極引出，則D隨著VC的增加而線性增大；若脈寬調制信號從其內部輸出三極管的集電極引出，則D隨著VC的增加而線性減少。

（1）D隨著VC增加而減小的占空比測量電路根據(jù)（a）給出的D與VC之間關系，可得D與VC之間的數(shù)字表達式為：

給出的是在這種情況下的占空比測量電路。 它由差動電壓放大器和數(shù)字電壓表等組成，運放OP和電阻R1、R2、R3、R4構成了差動電壓放大器（R2／R1＝R4／R3），差動電壓放大器的反相輸入信號為VC，差動電壓放大器的同相輸入信號為由工作電源VCC經(jīng)電阻R5、R6分壓得到的基準電壓VREF1，差動電壓放大器的輸出信號作為數(shù)字電壓表的輸入信號。

比較式（1）和式（2）知，在脈沖電源輸出電壓的占空比D隨VC的增加而減小的情況下，所示的測量電路能以數(shù)字顯示形式直接給出占空比D。 

（2）D隨著VC增加而增大的占空比測量電路根據(jù)（b）給出的D與VC之間關系，可得D與VC之間的數(shù)學表達式為：

給出的是這種情況下的占空比測量電路。圖中由運放OP和電阻R7、R8、R9、R10構成的差動電壓放大器（R8／R7＝R10／R9）的同相輸入信號為VC，反相輸入信號為基準電壓VREF2，VREF2由工作電源VCC經(jīng)電阻R11、R12分壓得到，差動電壓放大器的輸出信號作為數(shù)字電壓表的輸入信號。

比較式（3）或式（4）知，在脈沖電源輸出電壓的占空比D隨著VC的增加而增大的情況下，所示的測量電路能以數(shù)字顯示形式直接給出占空比D。

3　結論

基于差動電壓放大器的占空比測量電路，以數(shù)字顯示形式直接給出了脈沖電源輸出電壓的占空比，現(xiàn)已用于我們開發(fā)的各種脈沖電源中，并申請了國家。它與目前的采用標定曲線測量占空比的方法相比，方便、快捷、準確；與采用示波器或單片機系統(tǒng)測量占空比的方法相比，電路簡單、價格便宜、易于實現(xiàn)。