脈寬調制電路在溫控系統中的應用
發布時間：2017-09-01
1脈寬調制控制電路的工作原理
基本的脈寬調制控制電路包括電壓―脈寬轉換器和開關功率放大器兩部分,如圖1所示。運算放大器工作在開環狀態,把連續電壓信號變成脈沖電壓信號。N的反向端輸入三個信號:一是鋸齒波或三角波調制信號up,其頻率是主電路所需的開關調制頻率,為(1~4)kHz;另一個是控制電壓uc,其極性與大小隨時可變;再一個是負偏置電壓u0,其作用是在uc=0時通過調節Rp使比較器的輸出電壓ub為寬度相等的正負方波,如圖2所示。當控制電壓uc>0時,鋸齒波過零的時間提前,結果在輸出端得到正半波比負半波窄的調制方波;當uc<0時鋸齒波過零的時間后移,結果在輸出端得到正半波比負半波寬的調制方波。如鋸齒波的線性良好,則輸出正向脈沖的占空比為
式中ucm―――控制信號uc的最大值。
2加熱器的PWM控制電路
脈寬調節常用的方法是脈沖周期固定不變,脈沖寬度可調。在數字式脈寬調制器中,控制信號是數字量,其值確定脈沖的寬度。若維持調制脈沖序列的周期不變,通過改變脈沖的寬度,就能達到改變占空比的目的,其電路如圖3所示。
該電路由8位二進制計數器CD4520、8位數字比較器2×CD4585和并行接口芯片8255A及固態繼電器組成。CD4520是8位二進制加法計數器,在時鐘脈沖Cp的作用下,輸出從“0”開始逐次加“1”,當8位輸出全為“1”時,下一個Cp脈沖又將使它的輸出返回到“0”。顯然,計數器輸出數字斜波信號,其周期為Cp的256倍。在這里的作用相當于原理圖中的up,用以產生PWM控制電路的鋸齒波信號。8位二進制數值比較器由兩片4位數值比較器CD4585構成。為了說明方便,本文把從計數器輸出的周期數字斜波信號稱為B組數字量。由單片機通過8255A端口B送到數字比較器的數據稱為A組數字量,故A組數據是單片機輸出的數字控制信號,它的作用相當于原理圖中的uc,用以產生PWM控制電路的控制電壓。只要計數器的輸出值小于8255A端口B的數值,則第二級CD4585的“A>B”輸出保持高電平。當比較器的兩個輸入值相等時,“A>B”端變為零,并且直到計數器溢出之前保持低電平。溢出后“A>B”端恢復高電平,并重復執行該過程。為了有效的控制計數器的計數,讓8255A的PC7口與時鐘信號進行與非后再連到計數器的Cp。
在PWM脈沖信號輸出通道,采用固態繼電器(SSR)輸出電路。由于固態繼電器輸入控制電流小,可以與TTL、HTL、CMOS的集成電路直接相連,在電路中采用過零型交流SSR。加熱器是一種感性元件,為了增加電路的可靠性和保護SSR,在SSR的輸出端外加了RC吸收回路和壓敏電阻。
3控制回路的軟件編程
由電路原理圖可知,當檢測到的溫度高于預設定的值時,加熱器停止加熱,即PWM輸出為零。檢測的溫度小于預定值時,開始加熱;而且預設值與測量值差距越大,PWM輸出脈沖的占空比就越大。由以上規律可知,PWM控制值可取預設值與測量值之差作為送到比較器的A組數字控制字,用來控制脈寬寬度。以上所說的測量值是通過溫度測量回路及單片機系統產生的,預設值是預先設定在單片機RAM內的值。整個控制系統用MCS-51單片機匯編語言寫成。控制電路的子程序框圖如圖4。
4結論
由于電路采用的是8位計數器,從原理上講控制精度為8位,但由于各方面的影響,實際精度小于8位。在精度要求更高的地方,可以選用12位或更高位的計數器,從而提高整個系統的精度。
摘自：中國計量測控網
