PWM控制開關放大器的製作方法

2023-06-12 03:01:46

本實用新型屬於開關放大器技術領域，涉及一種PWM控制開關放大器。

背景技術：

目前，在多種自動控制領域需要使用較大功率的電機，而控制電機的運轉方向和運轉速度就需要功率放大器。

市場上現有的功率放大器有線性功率放大器和PWM開關放大器，線性功率放大器由於其自身損耗較高的特點，在大功率應用場合及對溫度敏感的應用場合往往不具備優勢，因此PWM開關放大器的應用越來越廣泛。然而現有PWM開關放大器在使用中存在工作頻率範圍窄，輸出電流太小達不到大功率電機的使用要求，死區時間不可調，不能實現100％佔空比驅動等缺點。

技術實現要素：

為了達到上述目的，本實用新型提供一種PWM控制開關放大器，工作頻率範圍寬、輸出電流大、死區時間可調，有效地解決了現有技術中PWM開關放大器不能實現100％佔空比驅動的問題，有效地避免了現有技術中H橋電路工作時出現直通的現象。

本實用新型所採用的技術方案是，一種PWM控制開關放大器，由比較器電路、死區時間設置電路、自舉電路、H橋驅動電路、H橋電路和濾波電路六部分電路組成；比較器電路、死區時間設置電路、自舉電路分別與H橋驅動電路連接，H橋驅動電路、濾波電路分別與H橋電路連接，H橋驅動電路包括控制晶片U1。

本實用新型的特徵還在於，進一步的，比較器電路由電阻R11、電阻R12、電阻R13和電容C9組成；輸入PWM信號接電阻R11的一端，電阻R11的另一端連接控制晶片U1的6腳；VCC電壓與電阻R12的一端連接，電阻R12的另一端同時與電阻R13的一端、電容C9的一端連接，然後與控制晶片U1的7腳連接；電容C9的另一端接地，電阻R13的另一端接地。

進一步的，死區時間設置電路由電阻R9和電阻R10組成；電阻R9的一端與控制晶片U1的8腳連接，電阻R9的另一端接地；電阻R10的一端與控制晶片U1的9腳連接，電阻R10的另一端接地。

進一步的，自舉電路由二極體D5、二極體D6、電容C10、電容C11組成；VCC電壓接二極體D5、二極體D6的A極，二極體D5的C極同時接控制晶片U1的10腳、電容C11的一端，電容C11的另一端接控制晶片U1的12腳；二極體D6的C極同時接控制晶片U1的1腳、電容C10的一端，電容C10的另一端接控制晶片U1的19腳。

進一步的，H橋驅動電路由控制晶片U1、電阻R1、電阻R2、電阻R3和電阻R4組成；H橋電路由MOS管Q1、MOS管Q2、MOS管Q3和MOS管Q4組成；電阻R1的一端接控制晶片U1的11腳，電阻R1的另一端與MOS管Q1的柵極連接，MOS管Q1的源極與控制晶片U1的12腳連接，MOS管Q1的漏極連接電源正極；電阻R2的一端接控制晶片U1的13腳，電阻R2的另一端與MOS管Q2的柵極連接，MOS管Q2的漏極與控制晶片U1的12腳連接，MOS管Q2的源極與控制晶片U1的14腳連接；電阻R3的一端接控制晶片U1的20腳，電阻R3的另一端與MOS管Q3的柵極連接，MOS管Q3的源極與控制晶片U1的19腳連接，MOS管Q3的漏極連接電源正極；電阻R4的一端接控制晶片U1的18腳，電阻R4的另一端與MOS管Q4的柵極連接，MOS管Q4的漏極與控制晶片U1的19腳連接，MOS管Q4的源極與控制晶片U1的17腳連接。

進一步的，H橋驅動電路還包括二極體D1、二極體D2、二極體D3和二極體D4；電阻R1與二極體D1並聯後一端接控制晶片U1的11腳，並聯後另一端與MOS管Q1的柵極連接，MOS管Q1的源極與控制晶片U1的12腳連接，MOS管Q1的漏極連接電源正極；電阻R2與二極體D2並聯後一端接控制晶片U1的13腳，並聯後另一端與MOS管Q2的柵極連接，MOS管Q2的漏極與控制晶片U1的12腳連接，MOS管Q2的源極與控制晶片U1的14腳連接；電阻R3與二極體D3並聯後一端接控制晶片U1的20腳，並聯後另一端與MOS管Q3的柵極連接，MOS管Q3的源極與控制晶片U1的19腳連接，MOS管Q3的漏極連接電源正極；電阻R4與二極體D4並聯後一端接控制晶片U1的18腳，並聯後另一端與MOS管Q4的柵極連接，MOS管Q4的漏極與控制晶片U1的19腳連接，MOS管Q4的源極與控制晶片U1的17腳連接。

進一步的，濾波電路由電容C1、電容C2、電容C3和電容C4組成；電容C1、電容C2、電容C3和電容C4並聯連接後，一端連接電源正極，另一端接地。

進一步的，PWM控制開關放大器還包括吸收電路，吸收電路與H橋電路連接；吸收電路由電阻R5、電阻R6、電阻R7、電阻R8、電容C5、電容C6、電容C7和電容C8組成；電阻R5、電容C5、電阻R6和電容C6依次串聯後，電阻R5連接電源正極，電容C6接地，電容C5和電阻R6的串聯結點分別連接控制晶片U1的12腳和AOUT端；電阻R7、電容C7、電阻R8和電容C8依次串聯後，電阻R7連接電源正極，電容C8接地，電容C7和電阻R8的串聯結點分別連接控制晶片U1的19腳和BOUT端。

本實用新型的有益效果是：本實用新型利用死區時間設置電路設置固定的死區時間，避免同一橋臂MOS管出現共通現象；H橋電路按照H橋驅動電路的邏輯順序能夠實現高壓大電流的導通；該PWM控制開關放大器具有死區時間可調、PWM工作頻率範圍寬、能實現100％佔空比驅動的特點，同時具有禁止功能；該PWM控制開關放大器最高功率電壓可達80V，輸出電流最大可達80A，能廣泛的應用於大功率直流有刷電機驅動方面。本實用新型的電路結構簡單，電路使用全N溝道MOS管組成功率橋臂，內部損耗得到極大減小，提高了電路的可靠性。

附圖說明

為了更清楚地說明本實用新型實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本實用新型的結構框圖。

圖2是本實用新型的電路圖。

圖中，1.比較器電路，2.死區時間設置電路，3.自舉電路，4.H橋驅動電路，5.H橋電路，6.濾波電路，7.吸收電路。

具體實施方式

下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本實用新型保護的範圍。

本實用新型的結構如圖1所示，由比較器電路1、死區時間設置電路2、自舉電路3、H橋驅動電路4、H橋電路5、濾波電路6和吸收電路7七部分電路組成；比較器電路1、死區時間設置電路2、自舉電路3分別與H橋驅動電路4連接，H橋驅動電路4、濾波電路6、吸收電路7分別與H橋電路5連接，H橋驅動電路4由控制晶片U1、電阻R1、電阻R2、電阻R3和電阻R4組成。

比較器電路1的作用：將輸入的PWM信號與參考電壓進行比較，輸入H橋驅動電路4，來控制後端H橋電路MOS管的導通順序與佔空比。

死區時間設置電路2的作用：設置固定時間的死區時間，避免同一橋臂MOS管出現共通現象。

自舉電路3的作用：與H橋驅動電路4內部電路配合，為橋臂上端MOS管的驅動提供懸浮電源，確保H橋驅動電路4能完全驅動上端MOS管。

H橋驅動電路4的作用：根據比較器電路1提供的PWM信號，驅動H橋電路5中四個MOS管的導通時間與導通順序，同時該驅動電路具有禁止功能，可以控制H橋電路5的導通與關斷。

H橋電路5的作用：按照H橋驅動電路4的邏輯順序實現高壓大電流的導通，是電路中的功率迴路。

濾波電路6的作用：對功率電壓進行濾波，降低開關放大器工作時產生的幹擾。

吸收電路7的作用：降低H橋電路5工作時產生的電壓尖峰，使電機能更平順的工作，並降低H橋電路5中MOS管承受的尖峰電壓。

本實用新型的電路圖，如圖2所示：

比較器電路1：由電阻R11、電阻R12、電阻R13和電容C9組成；

具體來說，輸入PWM信號接電阻R11的一端，電阻R11的另一端連接控制晶片U1的6腳；VCC電壓與電阻R12的一端連接，電阻R12的另一端同時與電阻R13的一端、電容C9的一端連接，然後與控制晶片U1的7腳連接；電容C9的另一端接地，電阻R13的另一端接地。

死區時間設置電路2：由電阻R9和電阻R10組成；

具體來說，電阻R9的一端與控制晶片U1的8腳連接，電阻R9的另一端接地；電阻R10的一端與控制晶片U1的9腳連接，電阻R10的另一端接地。

自舉電路3：由二極體D5、二極體D6、電容C10、電容C11組成；

具體來說，VCC電壓接二極體D5、二極體D6的A極，二極體D5的C極同時接控制晶片U1的10腳、電容C11的一端，電容C11的另一端接控制晶片U1的12腳；二極體D6的C極同時接控制晶片U1的1腳、電容C10的一端，電容C10的另一端接控制晶片U1的19腳。

H橋驅動電路4：由控制晶片U1、電阻R1、電阻R2、電阻R3和電阻R4組成；H橋電路5由MOS管Q1、MOS管Q2、MOS管Q3和MOS管Q4組成；

具體來說，電阻R1的一端接控制晶片U1的11腳，電阻R1的另一端與MOS管Q1的柵極連接，MOS管Q1的源極與控制晶片U1的12腳連接，MOS管Q1的漏極連接電源正極；電阻R2的一端接控制晶片U1的13腳，電阻R2的另一端與MOS管Q2的柵極連接，MOS管Q2的漏極與控制晶片U1的12腳連接，MOS管Q2的源極與控制晶片U1的14腳連接；電阻R3的一端接控制晶片U1的20腳，電阻R3的另一端與MOS管Q3的柵極連接，MOS管Q3的源極與控制晶片U1的19腳連接，MOS管Q3的漏極連接電源正極；電阻R4的一端接控制晶片U1的18腳，電阻R4的另一端與MOS管Q4的柵極連接，MOS管Q4的漏極與控制晶片U1的19腳連接，MOS管Q4的源極與控制晶片U1的17腳連接。

或者H橋驅動電路4由控制晶片U1、電阻R1、電阻R2、電阻R3、電阻R4、二極體D1、二極體D2、二極體D3和二極體D4組成；電阻R1與二極體D1並聯後一端接控制晶片U1的11腳，並聯後另一端與MOS管Q1的柵極連接，MOS管Q1的源極與控制晶片U1的12腳連接，MOS管Q1的漏極連接電源正極；電阻R2與二極體D2並聯後一端接控制晶片U1的13腳，並聯後另一端與MOS管Q2的柵極連接，MOS管Q2的源極與控制晶片U1的12腳連接，MOS管Q2的源極與控制晶片U1的14腳連接；電阻R3與二極體D3並聯後一端接控制晶片U1的20腳，並聯後另一端與MOS管Q3的柵極連接，MOS管Q3的源極與控制晶片U1的19腳連接，MOS管Q3的漏極連接電源正極；電阻R4與二極體D4並聯後一端接控制晶片U1的18腳，並聯後另一端與MOS管Q4的柵極連接，MOS管Q4的漏極與控制晶片U1的19腳連接，MOS管Q4的源極與控制晶片U1的17腳連接。

濾波電路6：由電容C1、電容C2、電容C3和電容C4組成；

具體來說，電容C1、電容C2、電容C3和電容C4均並聯連接後，一端連接電源正極，另一端接地。

吸收電路7：由電阻R5、電阻R6、電阻R7、電阻R8、電容C5、電容C6、電容C7和電容C8組成；

具體來說，電阻R5、電容C5、電阻R6和電容C6依次串聯後，電阻R5連接電源正極，電容C6接地，電容C5和電阻R6的串聯結點分別連接控制晶片U1的12腳和AOUT端；電阻R7、電容C7、電阻R8和電容C8依次串聯後，電阻R7連接電源正極，電容C8接地，電容C7和電阻R8的串聯結點分別連接控制晶片U1的19腳和BOUT端。

控制晶片U1的3腳連接DIS禁止端。

吸收電路7可以吸收MOS管開關過程中產生的電壓尖峰，使電路輸出波形更加平緩，避免出現過衝現象而損壞電路。

H橋驅動電路4中二極體D1、二極體D2、二極體D3和二極體D4的作用：實現MOS管的「緩開快關」，進一步避免同一橋臂上的MOS管出現直通現象。

控制晶片U1內部具有電荷泵，為橋臂中上端MOS管的導通提供了供電迴路，在上電時即可實現上端MOS管的完全導通，保證本實用新型可以實現100％佔空比驅動；控制晶片U1具有較高的驅動能力，並且N溝MOS管的開關速度較快，以使本實用新型可以在500KHz範圍內工作。

以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，並非用於限定本實用新型的保護範圍。凡在本實用新型的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換、改進等，均包含在本實用新型的保護範圍內。