方波发生电路

方波发生电路知识总结，包括方波实现基本原理、直流电平产生、三角波产生原理、三角波产生过程、三角波加入比较器、BUCK电路的干扰源等内容。

30、方波发生电路

• 前言
  • BUCK电路的基本框图都给讲解： BUCK拓扑，MOS管驱动电路，电压反馈回路，自举电容充电电路，双阈值电路 还包括了我们没讲的方波发生电路 着重关注的是主回路以及驱动回路，因为它们会产生 dv/dt与di/dt
• 方波实现基本原理
  • 图示意的就是PWM波形 什么器件能够输出高低高低的数字信号啊？也就是PWM方波信号？ 运放虽然可以输出高低电平的数字信号，但是运放的用法更多的是输出模拟信号，这才是运放的“标签” 比较器输出的是数字信号
    • 比较器，通过名字就能知道，它是比较2个输入电平信号的大小，来输出高或低的。如果V+ > V-，那么比较器就会输出高电平，反之亦然。
  • 5脚输入的是三角波周期信号，4脚输入的是一个直流电平信号。也就是说，三角波和直流电平进行比较，就能得到想要的PWM波了
    • 在t1之前，V+＜V-，比较器输出低电平
    • 在t1~t2之间，V+ ＞ V-，比较器输出的是高电平
• 直流电平产生
  • 直流电平可调，这个比较简单，用电阻分压就行了，其中一个电阻可变即可 R7是一个可变电阻，就能实现直流电平可调，从而调节PWM占空比
    • 问：那张图光耦附近写着可变电阻是不是就是调直流电平的？ 答：是的
• 三角波产生原理
  • 要分析的是如何得到三角波了 对的，电容充放电可以得到
    • Vout就是电容两端的电压，Vin就是输入电压，在这幅图中就是15V
    • 电容充满电后，如果把开关拨到右边的话，此时C1作为源，经过R2开始放电对吧。那么，它的放电电压波形是这个样子的，也是呈指数规律变化 要想得到更加接近的三角波，那么就把平缓的地方去掉
    • • 对于充电的这块，不要让它充满；对于放电的这块，不让它放完
      • 我们单独分析一个周期的话，就得到这样的三角波对吧。 因为对于电容充放电来说，它都会有一段区域可以看做是近似线性的。那么，我们就截取其中线性的部分。
      • 子主题
• 三角波产生过程
  • 当把开关接到左边时，是不是相当于开关接到了电源，是一个高电平啊。 只不过通过了一个R1电阻而已， 同样的，当把开关拨到右边时，是不是相当于通过R2接地。 那么，也就是说，我们不断的来回拨开关时，是不是就相当于高低高低的开关信号啊。 比较器输出的是不是一个开关信号啊。 严格地说，设计完成后就是一个开关信号对吧，虽然暂时没有。 我们就尝试把电容接上去看看，就认为它已经有了好吧
    • 对于比较器来说，它是需要接上拉电阻，这是器件特性决定的
    • 当比较器输出高电平时，15V通过R3给电容充电。 当比较器输出低电平时，是通过内部的三极管拉到GND的。 所以，当比较器输出低电平时，C1作为源，是没有放电阻抗
    • 我们要在放电回路中增加一个电阻
  • 直流电平得到两个电压
    • V+端应该有2个电平值
      • 上图中的阻值为例，R1与R2分压只能得到7.5V的分压值。 当S1闭合后，就变成了5K和10K分压（R1//R5=5K）分压值就是10V
      • 于右边这个电路来说，它是比较器的输出端，本身就是一个未来将要得到的高低电平信号
  • 三角波输出
    • 在初始上电时刻，电容上是没有电压，电位是0V 刚上电时刻，5脚肯定是有电压的，至少是大于0V 比较器输出高电平 V+ ＞ V-。 假设5脚此时对应的电平值是V2高阈值
      • 当比较器输出高电平时，电容就有了这么一条充电回路是吧。电容上的电压就从0V逐渐开始上升 按道理，15V通过电阻给电容充电是可以充到15V 当电容上的电压Vc达到B点的分压值V2时，此时V-大于V+ 电容上的电压是不可能充到15V
    • 电容上的电压只要达到V2，就会立即翻转 电容从V2开始慢慢放电 B点电位就可以看做是R2//R5和R1进行分压 那么V1肯定小于V2的对吧，也就是低阈值 电容的电压从高阈值V2开始放电，一直放电，放到V1低阈值时，比较器又会翻转对吧，如此往复 在电容两端，实现了不断在V1~V2之间来回充放电
      • • 电容两端的电压波形，也就是想要三角波
• 三角波加入比较器
  • 把得到的三角波，接到另一个比较器的时候，实现了三角波和直流电平比较，就能实现PWM占空比可调 只要用一个二合一的比较器就能实现对吧，再加上几颗电阻电容
    • 红框内的就是方波发生电路，它是由三角波和直流电平比较得到的，R6和光耦的可变电阻进行分压，可以改变占空比
  • • 这 2 条走线，它们一个是三角波，一个是 PWM 波，虽然电流很小，1mA 这样的级别，但是频率高，存在dv/dt也是干扰源 所以，走线是不是应该要短
• BUCK电路的干扰源
  • 这些都是干扰源 最右边的两条主回路的能量最大，分别对应的是MOS管的开和关 dv/dt也很大，因为是310V到0V来回变化。其次，是MOS管Cgs电容充放电回路。 它的最高电流是百mA级，电压是15V，来回变化 最小的干扰源就是左边的了，它的电流是 1mA级别，电压是15V以及三角波的高低阈值，来回变化