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摘 要： 介绍一种简单的实用型脉宽调制器电路，主要从线路和结构设计上进行分析。此电路输出频率、占空比均可调节，具有精度高、频率低、体积小、可靠性高、工作温度范围宽、大功率等优点。
关键词： 脉宽调制器；精度高；大功率
中图分类号：TN761 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2011）1010015－01
0 引言
脉宽调制器技术的发展可以分三个阶段。第一阶段主要试验开环的脉宽调制器控制，如载波调制脉宽调制器，预编程脉宽调制器等。第二阶段是对脉宽调制器采用以模拟电路为基础的实时控制，使瞬间响应性得到提高。第三阶段是为了对电容输出整流桥之类的非线性负载也能提供具有高瞬时响应性能的正弦波波形，提高了基于微机实现的无差拍控制等数字控制方案。传统的脉宽调制器没有考虑信号传输过程中开关点的变化，而且通常只能通过反馈控制方式来调节输出电压的有效值或平均值，因而它们不同程度地存在缺点。而且常规的脉宽调制器电路模块一般都体积较大，所采用的集成电路多为塑封产品或陶瓷封装的产品，电阻、电容、集成电路多为或直插贴片电阻，不仅体积较大，且工作温度很多都达不到要求。在某些特殊场合下，这种常规的脉宽调制器电路模块根本无法满足用户的使用要求。因此本文克服了现有技术的不足，介绍了一种小型低频大功率的脉宽调制器电路模块。
1 线路设计
1.1 脉宽调制器电路的原理框图（如图1所示）
它是由信号放大电路、三角波发生电路、比较器、功率放大电路组成；输入信号IN经过放大电路与三角波发生器进行比较输出，再通过功率放大电路经行功率扩展作为最后输出。
1.2 脉宽调制器电路的线路图（如图2所示）
元件器件的选择：图2中N1、N2、N3、N4均为低噪声高精度单运算放大器，其型号均为OP77；三极管T1为NPN型，其型号为3DG130D，三极管T2为PNP型，其型号为3CG130C，其放大倍数均为80～120；二极管D1、D2的型号为BZ05D；稳压二极管DZ1、DZ2的型号均为1N757A，稳压值均为9.1～9.5V（测试条件20mA），稳压二极管DZ3的型号均为2DW234，稳压值均为6.1～6.4V（测试条件为10mA）；电容C1=C2=0.1μF，介质为X7R，精度≤15%，电容C3=0.1μF，介质为COG，温漂≤30ppm/℃，C1、C2、C3均为贴片电容；电阻R1=30kΩ，R2=16.2kΩ，R3=R10=R11=20kΩ，R4=R9=10
KΩ，R5=R8=5.1kΩ，R6=88.4kΩ，R7=R12=1kΩ，R13=R14=300kΩ，R15=
2kΩ，R16=5kΩ，均为印刷电阻，精度≤1%；电阻器RP1、RP2的最大阻值均为10kΩ。
1.3 元器件降额设计
该产品在设计选用元器件电参数指标时，降额均在额定值的70%以内。
功率放大电路部分：主要元器件为NPN三极管3DG130D、PNP三极管3CG130C。在额定负载条件下，为满足功率放大要求，各器件参数的选取遵循以下原则：
集电极最大允许功耗：PCM>0.2Pom
最大耐压： BVCEO>2Vcc
集电极最大允许电流：ICM>Vcc/RL
具体降额情况见表1。
2 特征
推荐工作电压为±15V±1V，可工作最大负载电阻为60Ω。调节第二变阻器（RP2）可以改变输出信号的周期，调节第一变阻器（RP1）可以改变输出信号的占空比；当输入信号为0V直流电平时，输出信号的占空比可以为50%。此电路有两个调零端，当第一变阻器（RP1）、第二变阻器（RP2）不变时，对于第一运算放大器（IC1）自身的零位造成的输出信号的占空比改变，可以通过调节此调零端来修正。
在三角波发生部分和信号放大部分采用低噪声高精度运算放大器，输出采用对管扩流，与常规的脉宽调制器电路相比较，具有了高精度和大功率输出的特点；该电路易于超薄化设计，具有集成度高，工作温度范围宽，以及体积小、和输出噪声小的优点。
3 结构设计
本电路采用多芯片集成电路设计，热设计，及可靠性设计。外壳选用由外引脚、壳体和盖板构成的双列直插全密封金属结构，采用平行缝焊密封，并在壳内充氮气保护。内部贴片元件包括裸芯片和其他片式元件，内部裸芯片采用金丝球焊键合，瓷片为Al2O3陶瓷基板、导带和电阻采用厚膜丝网印刷工艺。如图3所示。
4 结束语
这种实用型脉宽调制器电路，线路设计简明合理；选用的元器件性能好、可靠性高；采用先进、成熟、稳定的厚膜混合集成工艺设计；几种电连接方式安全、可靠、导电性能好；组装方式简单、且密度高、可靠性好；提供的封装形式密封好、散热快、具备较恶劣环境下工作能力。
参考文献：
[1]童诗白、华成英，《模拟电子技术基础》，高等教育出版社，2005.
[2]何希才、伊兵、杜煜，《实用电子电路设计》，电子工业出版社，1998.
[3]李青山、蔡惟铮，《集成电子技术原理与工程应用》，哈尔滨工业大学出版社，1991.
[4]华成英，《电子技术》，中央广播电视大学出版社，1996.
作者简介：
曹萍萍（1982-），女，陕西礼泉人，2005年毕业于西安科技大学，现就职于天水华天微电子股份有限公司，主要从事厚膜混合集成电路的设计、研究；李晓敏（1979-），男，云南昭通人，2005年毕业于西安科技大学，现就职于天水华天科技股份有限公司，主要从事集成电路封装技术工作。
关键词： 脉宽调制器；精度高；大功率
中图分类号：TN761 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2011）1010015－01
0 引言
脉宽调制器技术的发展可以分三个阶段。第一阶段主要试验开环的脉宽调制器控制，如载波调制脉宽调制器，预编程脉宽调制器等。第二阶段是对脉宽调制器采用以模拟电路为基础的实时控制，使瞬间响应性得到提高。第三阶段是为了对电容输出整流桥之类的非线性负载也能提供具有高瞬时响应性能的正弦波波形，提高了基于微机实现的无差拍控制等数字控制方案。传统的脉宽调制器没有考虑信号传输过程中开关点的变化，而且通常只能通过反馈控制方式来调节输出电压的有效值或平均值，因而它们不同程度地存在缺点。而且常规的脉宽调制器电路模块一般都体积较大，所采用的集成电路多为塑封产品或陶瓷封装的产品，电阻、电容、集成电路多为或直插贴片电阻，不仅体积较大，且工作温度很多都达不到要求。在某些特殊场合下，这种常规的脉宽调制器电路模块根本无法满足用户的使用要求。因此本文克服了现有技术的不足，介绍了一种小型低频大功率的脉宽调制器电路模块。
1 线路设计
1.1 脉宽调制器电路的原理框图（如图1所示）
它是由信号放大电路、三角波发生电路、比较器、功率放大电路组成；输入信号IN经过放大电路与三角波发生器进行比较输出，再通过功率放大电路经行功率扩展作为最后输出。
1.2 脉宽调制器电路的线路图（如图2所示）
元件器件的选择：图2中N1、N2、N3、N4均为低噪声高精度单运算放大器，其型号均为OP77；三极管T1为NPN型，其型号为3DG130D，三极管T2为PNP型，其型号为3CG130C，其放大倍数均为80～120；二极管D1、D2的型号为BZ05D；稳压二极管DZ1、DZ2的型号均为1N757A，稳压值均为9.1～9.5V（测试条件20mA），稳压二极管DZ3的型号均为2DW234，稳压值均为6.1～6.4V（测试条件为10mA）；电容C1=C2=0.1μF，介质为X7R，精度≤15%，电容C3=0.1μF，介质为COG，温漂≤30ppm/℃，C1、C2、C3均为贴片电容；电阻R1=30kΩ，R2=16.2kΩ，R3=R10=R11=20kΩ，R4=R9=10
KΩ，R5=R8=5.1kΩ，R6=88.4kΩ，R7=R12=1kΩ，R13=R14=300kΩ，R15=
2kΩ，R16=5kΩ，均为印刷电阻，精度≤1%；电阻器RP1、RP2的最大阻值均为10kΩ。
1.3 元器件降额设计
该产品在设计选用元器件电参数指标时，降额均在额定值的70%以内。
功率放大电路部分：主要元器件为NPN三极管3DG130D、PNP三极管3CG130C。在额定负载条件下，为满足功率放大要求，各器件参数的选取遵循以下原则：
集电极最大允许功耗：PCM>0.2Pom
最大耐压： BVCEO>2Vcc
集电极最大允许电流：ICM>Vcc/RL
具体降额情况见表1。
2 特征
推荐工作电压为±15V±1V，可工作最大负载电阻为60Ω。调节第二变阻器（RP2）可以改变输出信号的周期，调节第一变阻器（RP1）可以改变输出信号的占空比；当输入信号为0V直流电平时，输出信号的占空比可以为50%。此电路有两个调零端，当第一变阻器（RP1）、第二变阻器（RP2）不变时，对于第一运算放大器（IC1）自身的零位造成的输出信号的占空比改变，可以通过调节此调零端来修正。
在三角波发生部分和信号放大部分采用低噪声高精度运算放大器，输出采用对管扩流，与常规的脉宽调制器电路相比较，具有了高精度和大功率输出的特点；该电路易于超薄化设计，具有集成度高，工作温度范围宽，以及体积小、和输出噪声小的优点。
3 结构设计
本电路采用多芯片集成电路设计，热设计，及可靠性设计。外壳选用由外引脚、壳体和盖板构成的双列直插全密封金属结构，采用平行缝焊密封，并在壳内充氮气保护。内部贴片元件包括裸芯片和其他片式元件，内部裸芯片采用金丝球焊键合，瓷片为Al2O3陶瓷基板、导带和电阻采用厚膜丝网印刷工艺。如图3所示。
4 结束语
这种实用型脉宽调制器电路，线路设计简明合理；选用的元器件性能好、可靠性高；采用先进、成熟、稳定的厚膜混合集成工艺设计；几种电连接方式安全、可靠、导电性能好；组装方式简单、且密度高、可靠性好；提供的封装形式密封好、散热快、具备较恶劣环境下工作能力。
参考文献：
[1]童诗白、华成英，《模拟电子技术基础》，高等教育出版社，2005.
[2]何希才、伊兵、杜煜，《实用电子电路设计》，电子工业出版社，1998.
[3]李青山、蔡惟铮，《集成电子技术原理与工程应用》，哈尔滨工业大学出版社，1991.
[4]华成英，《电子技术》，中央广播电视大学出版社，1996.
作者简介：
曹萍萍（1982-），女，陕西礼泉人，2005年毕业于西安科技大学，现就职于天水华天微电子股份有限公司，主要从事厚膜混合集成电路的设计、研究；李晓敏（1979-），男，云南昭通人，2005年毕业于西安科技大学，现就职于天水华天科技股份有限公司，主要从事集成电路封装技术工作。