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Pulse Width Modulator for 12 and 24 Volt applications 12和24伏的脉宽调制器的应用
     A pulse width modulator (PWM) is a device that may be used as an efficient light dimmer or DC motor speed controller. The circuit described here is for a general purpose device that can control DC devices which draw up to a few amps of current. The circuit may be used in either 12 or 24 Volt systems with only a few minor wiring changes. This device has been used to control the brightness of an automotive tail lamp and as a motor speed control for small DC fans of the type used in computer power supplies.

PWM可以用于灯光亮度调节及直流电机的速度控制。在这里讨论的电路可以为通用设备提供几安培的驱动能力。改变一些跳线可以方便的用于12或24V的场合。这个装置可以控制汽车尾灯的亮度，及电脑电源用的直流风扇。

U1: LM324N quad op-amp

U2: 78L12 12 volt regulator
Q1: IRF521 N channel MOSFET
D1: 1N4004 silicon diode
LED1 Red LED
C1: 0.01uF ceramic disc capacitor, 25V
C2-C5: 0.1uF ceramic disk capacitor, 50V
R1-R4: 100K 1/4W resistor
R5: 47K 1/4W resistor
R6-R7: 3.3K 1/4W resistor
R8: 2.7K 1/4W resistor
R9: 470 ohm 1/4W resistor
VR1: 10K linear potentiometer
F1: 3 Amp, 28V DC fast blow fuse
S1: toggle switch, 5 Amps

脉宽调制的全称为：Pulse Width Modulator，简称PWM。

由于它的特殊性能，常被用作直流回路中灯具调光或直流电动机调速。这里将要介绍的就是利用脉宽调制(PWM)原理制作的马达控制器(见图1)。有关电路已经在汽车仪表照明、车灯照明调光和计算机电源散热风扇方面得到应用。该装置可用于12v或24v直流电路中，两者间只需稍做变动。它主要是通过改变输出方波的占空比，使得负载上的平均接通时间从0-100％变化，以达到调整负载亮度/速度的目的。

   技术指标：PWM频率400Hz；PWM功率消耗1.5mA(12V电源、无负载和LED)；输出容量3A(采用IRF521 FET)；工作电压12V或24V。  

一、PWM简介
   利用脉宽调制(PWM)方式实现调光/调速的好处是电源的能量能得到充分利用，电路的效率高。例如：当输出为50％的方波时，脉宽调制(PWM)电路消耗的电源能量也为50％，即几乎所有的能量都转换为负载功率输出。而采用常见的电阻降压调速时，要使负载获得电源最大输出功率50％的功率，电源必须提供71％以上的输出功率，这其中21％消耗在电阻的压降及热耗上。有时电路的转换效率是非常重要的。
   此外，采用脉宽调制(PWM)方式可以使负载在工作时得到满电源电压，这样有利于克服电机内在的线圈电阻而使电机产生更大的力矩。
   当然，采用脉宽调制(PWM)方式实现调光/调速也有一些不利方面，如电路构成会稍许复杂，而且有可能会产生一些射频干扰(RFI)，要避免这个问题，在设计时可以考虑负载与控制器尽可能放在一起，以免它们之间的连线过长，必要时还可以考虑在电源处增加滤波器等方法。

二、工作原理
   它主要由U1（LM324）和Q1组成。
 
   图1中，由U1a、U1d组成振荡器电路，提供频率约为400Hz的方波/三角形波。U1c产生6V的参考电压作为振荡器电路的虚拟地。这是为了振荡器电路能在单电源情况下也能工作而不需要用正负双电源。U1b这里接成比较器的形式，它的反相输入端(6脚)接入电阻R6、R7和VR1，用来提供比较器的参考电压。这个电压与U1d的输出端(14脚)的三角形波电压进行比较。当该波形电压高于U1b的6脚电压．U1b的7脚输出为高电平；反之，当该波形电压低于U1b的6脚电压，U1b的7脚输出为低电平。由此我们可知，改变U1b的6脚电位使其与输入三角形波电压进行比较。就可增加或减小输出方波的宽度，实现脉宽调制(PWM)。电阻R6、R7用于控制VR1的结束点，保证在调节VR1时可以实现输出为全开(全速或全亮)或全关(停转或全灭)，其实际的阻值可能会根据实际电路不同有所改变。
   图1中，Q1为N沟道场效应管，这里用作功率开关管(电流放大)，来驱动负载部分。前面电路提供的不同宽度的方波信号通过栅极(G)来控制Q1的通断。LED1的亮度变化可以用来指示电路输出的脉冲宽度。C3可以改善电路输出波形和减轻电路的射频干扰(RFI)。D1是用来防止电机的反电动势损坏Q1。
   当使用24v的电源电压时，图1电路通过U2将24V转换成12V供控制电路使用。而Q1可以直接在21v电源上，对于Q1来讲这与接在12v电源上没有什么区别。参考图1，改变J1、J2的接法可使电路工作在不同电源电压(12V或24V)下。当通过Q1的电流不超过1A时，Q1可不用散热器。但如果Q1工作时电流超过1A时，需加装散热器。如果需要更大的电流（大于3A），可采用IRFZ34N等替换Q1。

脉宽调制（PWM）马达控制器

脉宽调制的全称为：Pulse Width Modulator，简称PWM。由于它的特殊性能，常被用作直流回路中灯具调光或直流马达调速。这里将要介绍的电路就是利用脉宽调制（PWM）原理制作的马达控制器（见图1）。这个电路已经在汽车仪表照明和车灯照明调光和计算机电源散热风扇方面得到应用。该装置可用于12V或24V直流电路中而只需稍做变动。它主要是通过改变输出方波的占空比，使得负载上获得的平均接通时间从0-100%变化，以达到调整负载亮度/速度的目的。

利用脉宽调制（PWM）方式实现调光/调速的好处是电源的能量能得到充分利用，电路的效率高。例如：当输出为50%的方波时，脉宽调制（PWM）电路消耗的电源能量也为50%，即几乎所有的能量都转换到负载功率输出。而采用常见的电阻降压调速时，要使负载获得电源能量的50%的功率，电源必须提供71%以上的输出功率，这其中21%消耗在电阻的压降及热耗上。我们知道，电路的转换效率对我们来讲是非常值得重视的，而采用脉宽调制（PWM）方式实现调光/调速正是达到了此目的。此外，采用脉宽调制（PWM）方式可以使负载在工作时得到满电源电压，这样有利于克服电机内在的线圈电阻而使电机产生更大的力矩。当然，采用脉宽调制（PWM）方式实现调光/调速也有一些不利方面，如电路构成会稍许复杂，而且有可能会产生一些射频干扰（RFI）。要避免这个问题，在设计时可以考虑负载与控制器尽可能放在一起，避免它们之间的连线过长，必要时还可以考虑在电源处增加滤波器等方法来处理。

总之，采用脉宽调制（PWM）方式实现调光/调速不仅可以充分、有效利用电源能量，电路转换效率高，而且还可避免采用昂贵的大功率电阻。下面介绍该脉宽调制（PWM）马达控制器的工作原理和制作方法。

工作原理:

电路原理见图2。它主要有U1（LM324）和Q1组成。LM324是四运放集成电路，它采用14脚双列直插塑料封装，外形如图3所示。它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，四组运放相互独立。每一组运算放大器可用图3中（左上）所示的符号来表示，它有5个引出脚，其中“+”、“-”为两个信号输入端，“V+”、“V-”为正、负电源端，“Vo”为输出端。两个信号输入端中，Vi-（-）为反相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相反；Vi+（+）为同相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相同。

图2中，由U1a、U1d组成振荡器电路，提供频率约为400Hz的方波/三角形波。U1c产生6V的参考电压作为振荡器电路的虚拟地。这是为了振荡器电路能在单电源情况下也能工作而不需要用（+/-）双电源。U1b这里接成比较器的形式，它的反相输入端（6脚）接入电阻R6、R7和VR1，用来提供比较器的参考电压。这个电压与U1d的输出端（14脚）的三角形波电压进行比较。当该波形电压高于U1b的6脚电压，U1b的7脚输出为高电平；反之，当该波形电压低于U1b的6脚电压，U1b的7脚输出为低电平。由此我们可知，改变U1b的6脚电位使其与输入三角形波电压进行比较，就可增加或减小输出方波的宽度，以实现脉宽调制（PWM）。电阻R6、R7用于控制VR1的结束点，保证在调节VR1时可以实现输出为全开（全速或全亮）或全关（停转或全灭）。其实际的阻值可能会根据实际电路不同有所改变。

图2中，Q1为N沟道场效应管，这里用作功率开关管（电流放大），来驱动负载部分。前面电路提供的不同宽度的方波信号通过栅极（G）来控制Q1的通断。当Q1导通时，负载相当于接地；Q1截止时，负载的地（既负载的负极）处于悬空状态。LED1的亮度变化可以用来指示电路输出的脉冲宽度。C3可以改善电路输出波形和减轻电路的射频干扰（RFI）。D1是用来防止电机的反电动势损坏Q1。

当使用24V的电源电压时，图2电路通过U2将24V转换成12V供控制电路使用。而Q1可以直接在24V电源上，对于Q1来讲这与接在12V电源上没有什么区别。参考图2，改变J1、J2的接法可使电路工作在不同电源电压（12V或24V）下。当通过Q1的电流不超过1A时，Q1可不用散热器。但如果Q1工作时电流超过1A时，需加装散热器。如果需要更大的电流（大于3A），可采用IRFZ34N等替换Q1。

制作与调试:

为方便制作，图3给出了主要器件的外形图。其它元件可参考图2选择，无特殊要求。

下面我们介绍一种电路扳的制作方法，我们叫这种制板方法为“光印板”法。所谓光印板就是这种板子的铜膜表面有一层感光膜，可以像胶卷一样感光。制作方法如下：首先把设计好的ＰＣＢ（印刷板）打印到透明的胶片上面，然后把光印板感光膜上的保护纸撕掉（在普通光线下放几分钟是没有关系的），接着把胶片盖在光印板上有感光膜的一面并固定好。注意一定要把胶片压平，否则曝光不均匀。然后在曝光灯下面曝光８分钟左右。曝光灯可以自己做，用２～４根紫外线荧光灯平行靠近放置即可，这样做的目的是让它产生很强的平行紫外光。等曝光时间到了把它取出来放到显影液里面显影。注意放显影剂时先少放点，可用光印板的一个角先试一下，如果显得太慢了就再加一点，太快了就加些水。千万不可不经试验就直接放到里面去。显影完了以后光印板上有了ＰＣＢ的图像，就可直接放到三氯化铁溶液里面腐蚀。这样做出来的电路板和工厂里做出来的板子一样漂亮，走线也可以做得非常细，细至0.3ｍｍ宽。但它的制作成本较高。光印板在许多电子商店都可以买到。

图4为采用此法制做出来的电路板图，供大家参考。