罗氏谐振器—一种用于DC/DC变换器的PWM信号发生器
罗氏谐振器—一种用于dc/dc变换器的pwm信号发生器
摘要：罗氏谐振器是一种脉宽调制（pwm）开关信号发生器，它可以产生pwm脉冲列来控制dc/dc变换器，如罗氏复举电路变换器[1]。这种谐振器仅由三个运算放大器（oa）组成，能产生开关信号脉冲列来控制静态开关的导通和关断，其频率f和导通占空比k可调。罗氏谐振器可被再次集成到便携式dc/dc升压型变换器系列特定用途的集成电路（asic）中。
关键词：dc/dc变换器谐振谐振器运算放大器特定用途集成电路asic
luo－ resonator— a pwm signal generator used for dc/dc converter
abstract:luo－ resonator is a pulse－ width－ modulated(pwm)switching signal generator which produces the pwm pulse train used for dc/dc converters,e.g. the re－ lift circuit[1].this resonator consists of only three operational amplifiers(oa),and provides a pules train of the switching signal to control static switch on or off with adjustable frequency f and conduction duty k.luo－ resonator can be re－ integrated into an application specific integrated circuit (asic)to portable dc/dc step－ up(boost)converters.
keywords:dc/dc converter resonance resonator operational amplifier asic
1引言
dc/dc升压型变换器系列广泛应用在计算机硬件和工业应用上[1,2,3]，如：计算机的外围电源、汽车辅助电源、伺服电机的驱动电源和医疗设备。近年来，dc/dc变换器技术发展得很快，例如，罗氏变换器系列和cuk变换器已被开发出来[1,4,5,6]。dc/dc变换器的静态开关s可以是双极性功率晶体管、mosfet或igbt，需要用频率f和导通占空比k可调的pwm脉冲列来驱动。通常这一pwm脉冲列是由一个数字信号处理器（dsp）产生。本文介绍一种罗氏谐振器，如图1所示。它可以取代dsp产生pwm脉冲列来驱动静态开关s。罗氏谐振器能被再次集成到降压型和升压型便携式dc/dc变换器系列的特定用途集成电路（asic）中。
罗氏谐振器具有高效简单的电路结构，改变脉冲频率f和导通占空比k很容易。它由三个运算放大器（oa）及辅助元件组成。这三个运放分别命名为oa1、oa2和oa3，型号均为μa741，集成在一片tl074芯片中（含四个运放）。两只电位器分别用来调整脉冲的频率f和导通占空比k。
在对罗氏谐振器进行分析之前，首先假设运放是理想的，则满足：
（1）开环电压增益为无穷大；
（2）输入电阻为无穷大，输出电阻为0；
（3）输出电压正负最大值等于电源电压值。
2电路描述
μa741型运放oa可工作在电源电压为±（3～18）v之间，电源端和接地端分别记作v＋、v－和g，其中2=v＋。图1中oa2为一积分器，它的输出电压vc是一三角波，其频率f=1/t可由电位器r4调节。oa1为一谐振器，它的输出电压vb是一频率为f的矩形波。oa3用做比较器，它的输出电压vd是一矩形脉冲，其导通占空比k可由电位器r7调节。
首先，假设当t=0时vb=v＋，通过电阻r2正
图1罗氏谐振器
反馈给oa1。这使得oa1的输出电压保持vb=v＋。同时，vb通过r4输入oa2，因此oa2的输出电压vc按斜率1/（r4c）减少至mv－。电压vc通过r3负反馈给oa1。（通常令r3略小于r2，其比率定义为m=r3/r2）。a点的电压va在时间段2mr4c由[2mv＋/(1＋m)]变至0。因此，电压va向负值减少，导致在t=2mr4c时，oa1的输出电压vb=v－，电压va跳至[2mv－/(1＋m）]。同理，当t=2mr4c时，vb=v－，并通过电阻r2正反馈给oa1。这使得oa1的输出电压保持vb=v－。同时，vb通过r4输入oa2，因此oa2的输出电压vc按斜率1/r4c增加至mv＋。电压vc通过r3负反馈给oa1。a点的电压va在时间段2mr4c内由[2mv－/(1＋m)]变至0。因此，电压va向正值增加，导致在t=4mr4c时，oa1的输出电压vb=v＋，电压va跳至[2mv＋/(1＋m)]。
vc输入0a3，并通过r6和偏移信号voff－set进行比较，偏移信号可由电位器r7进行调节。当voff－set=0，oa3的输出电压vd是一系列导通占空比k=0.5的脉冲。当voff－set为正值时，与电压vc的交点上移，因此oa3的输出电压vd是一系列导通占空比k0.5的脉冲，如图2所示。导通占空比k由voff－set通过电位器r7控制。
pwm脉冲列vd通过一耦合电路提供给dc/dc变换器的开关，如功率晶体管、mosfet或igbt。电压va、vb、vc和vd的波形如图2所示。
设计实例：罗氏谐振器的内部电路如图1所示，其元件参数为：r0=10kω；r1=r2=r5=100kω;r3=r6=95kω;r4=510ω～5.1kω;r7=10kω;c=5.1nf。因此有：m=0.95频率f=100khz～10khz，导通占空比k=0～1.0。
3讨论
芯片tl074中的μa741型运算放大器频带宽约为2mhz，当罗氏谐振器工作在f=100khz时，它的开环增益仅为20。vc的波形可能会发生轻微的变形，象一指数函数曲线，但是，所输出的脉冲列的频率f和导通占空比k仍然可调。虽然所有运放oa的实际正负输出电压最大值要比电源电压低，罗氏谐振器仍能很好的工作。当电源电压从±5v变至±18v时，频率f和导能占空比k的改变小于2％。
图2罗氏谐振器的电压波形
4结论
罗氏谐振器已被开发出来，这是一种用于控制dc/dc升压型变换器的新型谐振器。它能产生高品质的pwm脉冲列来导通或关断静态开关，从而实现dc/dc升压变换。它对于源电压的变化具有很强的容错能力，因此可以广泛地应用于各种dc/dc变换器中。它也可以被再次集成到便携式dc/dc变换器系列的asic芯片中。
参考文献
因较多，从略，必要时请与编辑部联系
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罗氏谐振器具有高效简单的电路结构，改变脉冲频率f和导通占空比k很容易。它由三个运算放大器（oa）及辅助元件组成。这三个运放分别命名为oa1、oa2和oa3，型号均为μa741，集成在一片tl074芯片中（含四个运放）。两只电位器分别用来调整脉冲的频率f和导通占空比k。
在对罗氏谐振器进行分析之前，首先假设运放是理想的，则满足：
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（2）输入电阻为无穷大，输出电阻为0；
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μa741型运放oa可工作在电源电压为±（3～18）v之间，电源端和接地端分别记作v＋、v－和g，其中2=v＋。图1中oa2为一积分器，它的输出电压vc是一三角波，其频率f=1/t可由电位器r4调节。oa1为一谐振器，它的输出电压vb是一频率为f的矩形波。oa3用做比较器，它的输出电压vd是一矩形脉冲，其导通占空比k可由电位器r7调节。
首先，假设当t=0时vb=v＋，通过电阻r2正
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vc输入0a3，并通过r6和偏移信号voff－set进行比较，偏移信号可由电位器r7进行调节。当voff－set=0，oa3的输出电压vd是一系列导通占空比k=0.5的脉冲。当voff－set为正值时，与电压vc的交点上移，因此oa3的输出电压vd是一系列导通占空比k0.5的脉冲，如图2所示。导通占空比k由voff－set通过电位器r7控制。
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设计实例：罗氏谐振器的内部电路如图1所示，其元件参数为：r0=10kω；r1=r2=r5=100kω;r3=r6=95kω;r4=510ω～5.1kω;r7=10kω;c=5.1nf。因此有：m=0.95频率f=100khz～10khz，导通占空比k=0～1.0。
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