设计目标

设计说明

该电路采用一个三角波发生器和比较器来生成一个 500kHz 的脉宽调制 (PWM) 波形，其占空比与输入电压成反比。运算放大器和比较器（U₃ 和 U₄）可生成一个三角波形，该波形施加到第二个比较器 (U₂) 的反相输入。输入电压施加到 U₂ 的同相输入。通过将输入波形与三角波进行比较，可生成 PWM 波形。U₂ 放置在误差放大器 (U₁) 的反馈环路中，用于提高输出波形的精度和线性度。

设计说明

1. 使用具有推挽输出和最小传播延迟的比较器。
2. 使用压摆率、GBW 和电压输出摆幅足够大的运算放大器。
3. 将 C₁ 创建的极点置于开关频率之下，并且远高于音频范围。
4. V_ref 必须具有低阻抗（例如，运算放大器的输出）。

设计步骤

1. 设置误差放大器反相信号增益。
   $\mathrm{Gain}=-\frac{{\mathrm{R}}_4}{{\mathrm{R}}_3}=-1\frac{\mathrm{V}}{\mathrm{V}}$
   $\text{Select }\mathrm{}{\mathrm{R}}_3={\mathrm{R}}_4=10\mathrm{k\Omega }$
2. 确定用于分压 V_ref 以抵消同相增益的 R₁ 和 R₂。
   ${\mathrm{V}}_{\mathrm{o\_dc}}=\left(1+\frac{{\mathrm{R}}_4}{{\mathrm{R}}_3}\right)\left(\frac{{\mathrm{R}}_2}{{\mathrm{R}}_1+{\mathrm{R}}_2}\right)\times \mathrm{Vref}$
   $\begin{array}{l}{\mathrm{R}}_1={\mathrm{R}}_2={\mathrm{R}}_3={\mathrm{R}}_4=10\mathrm{k\Omega }\text{, }\end{array}{\mathrm{V}}_{\mathrm{o\_dc}}=2.5\mathrm{V}$
3. 所选的 V_tri 振幅必须大于 V_i 的最大振幅 (2.0V)，以避免在 PWM 输出信号中产生 0% 或 100% 的占空比。选择 V_tri 为 2.1V。V₁ 的振幅 = 2.5V。
   ${\mathrm{V}}_{\mathrm{tri}}\text{ (Amplitude)}=\frac{{\mathrm{R}}_5}{{\mathrm{R}}_6}\times {\mathrm{V}}_1\left(\mathrm{Amplitude}\right)$
   $\text{Select }\mathrm{}\mathrm{}{\mathrm{R}}_6\text{ to be }\mathrm{}10\mathrm{k\Omega }\mathrm{}, \text{then compute }\mathrm{}\mathrm{}{\mathrm{R}}_5$
   ${\mathrm{R}}_5=\frac{{\mathrm{V}}_{\mathrm{tri}}\left(\mathrm{Amplitude}\right)\times {\mathrm{R}}_6}{{\mathrm{V}}_1 \left(\mathrm{Amplitude}\right)}=8.4\mathrm{k\Omega }\approx 8.45\mathrm{k\Omega }\text{ (Standard Value)}$
4. 将振荡频率设置为 500kHz。
   ${\mathrm{f}}_{\mathrm{t}}=\frac{{\mathrm{R}}_6}{4\times {\mathrm{R}}_7\times {\mathrm{R}}_5\times {\mathrm{C}}_3}$
   $\text{Set }\mathrm{}{\mathrm{C}}_3=100\mathrm{pF},\text{ then compute }\mathrm{}\mathrm{}{\mathrm{R}}_7$
   ${\mathrm{R}}_7=\frac{{\mathrm{R}}_6}{4\times {\mathrm{f}}_{\mathrm{t}}\times {\mathrm{R}}_5\times {\mathrm{C}}_3}=5.92\mathrm{k\Omega }\approx 5.90\mathrm{k\Omega }\text{ (Standard Value)}$
5. 选择 C₁，以将放大器带宽限制为低于开关频率。
   ${\mathrm{f}}_{\mathrm{p}}=\frac{1}{2\times \mathrm{\pi }\times {\mathrm{R}}_4\times {\mathrm{C}}_1}$
   ${\mathrm{C}}_1=100\mathrm{pF}\to {\mathrm{f}}_{\mathrm{p}}=159\mathrm{kHz}$
6. 选择 C₂，以过滤 V_ref 产生的噪声。
   $\mathrm{}{\mathrm{C}}_2\mathrm{}=\mathrm{}100\mathrm{nF}\text{ (Standard Value)}$
   ${\mathrm{f}}_{\mathrm{div}}=\frac{1}{2\times \mathrm{\pi }\times {\mathrm{C}}_2\times \frac{{\mathrm{R}}_1\times {\mathrm{R}}_2}{{\mathrm{R}}_1+{\mathrm{R}}_2}}=320\mathrm{}\mathrm{Hz}$

设计仿真

直流仿真结果

瞬态仿真结果

设计参考资料

德州仪器 (TI)，PWM 发生器电路仿真，电路 SPICE 仿真文件

德州仪器 (TI)，模拟 PWM 发生器 5V 500kHz PWM 输出参考设计

设计特色运算放大器

设计比较器

设计备选运算放大器