最簡單的PWM脈寬調(diào)制電路分析

最簡單的PWM脈寬調(diào)制電路

Boost升壓型DC-DC轉(zhuǎn)換電路工作原理步驟

溫度傳感器電路設(shè)計(恒流源電路、運(yùn)放電路）

PWM是一種周期固定，而高低電平占空比可調(diào)的方波信號。

PWM通過簡單的RC濾波網(wǎng)絡(luò)可以得到與信號占空比成線性關(guān)系的直接電壓，從而實(shí)現(xiàn)D/A轉(zhuǎn)換。如下圖所示：

PWM濾波電路

濾波電路中的R，C參數(shù)與PWM的周期以及直流電壓的精度要求直接相關(guān)，必須從理論上詳細(xì)分析。

假設(shè)PWM波的頻率為f,高電平電壓為V,占空比為a。

如果RC網(wǎng)絡(luò)的時間常數(shù)遠(yuǎn)大于PWM波的周期T，Vin和Vout波形如下圖所示：

PWM濾波之后的波形

處于瞬態(tài)時，Vin在高電平持續(xù)時間內(nèi)向電容充電，電容積累電荷，在低電平持續(xù)電間內(nèi)電容向Vin放電，電容釋放電荷。

電容積累的電荷數(shù)多于釋放的電荷數(shù)。

因此電容電容兩端的直波電壓不斷爬升，最終達(dá)到穩(wěn)態(tài)。

處于穩(wěn)態(tài)時，電容積累的電荷與釋放的電荷數(shù)量相等，因此電壓會在一個穩(wěn)定的電壓值附近做小幅度的波動，忽略這樣的紋波，則電容兩端的電壓與PWM占空比呈線性關(guān)系。

如下圖：

充放電波形

當(dāng)t

充電方程

由于T=(Th+Tl)<

e指數(shù)函數(shù)的泰勒級數(shù)展開

級數(shù)展開近似

當(dāng)t=Th時，

t=Th時的電壓

當(dāng)t>Th且t

電容放電方程

當(dāng)t=Th+Tl時，

t=Th+Tl時的電壓

在這樣的穩(wěn)態(tài)下，電容在一個周期內(nèi)的充放電會相等，所以有V1=V3，即

充放電電壓相等

忽略二階小量，得到，

忽略二階小量的數(shù)值

由于PWM的占空比定義為：

占空比定義

由于V1=V3≈V2，所以當(dāng)電路處于穩(wěn)態(tài)時，電容兩端的電壓近似為直流電壓，表示為：

輸出電壓與占空比、高低電平的關(guān)系

可見，電容兩端的電壓與PWM高低電平之差以及占空比成比例關(guān)系。

數(shù)字處理器通過調(diào)整PWM信號的占空比就可以調(diào)節(jié)通過R、C濾波電路得到的直流電壓的幅度。

直流電壓精度定義為：

精度計算

設(shè)計PWM波RC濾波電路時，應(yīng)根據(jù)響應(yīng)時間要求，確定時間常數(shù)，并且使RC時間常數(shù)遠(yuǎn)大于PWM周期。

RC充放電時間常數(shù)應(yīng)盡量相等。此外還應(yīng)根據(jù)電壓精度要求確定RC參數(shù)。

在整個推導(dǎo)計算過程中，我們在電路的充放電方程中忽略了二階小量，為了達(dá)到精度要求，二階項(xiàng)至少比一階項(xiàng)相差1個數(shù)量級，即10倍。

充放電方程級數(shù)展開的一階項(xiàng)為t/(R1/C1),二階項(xiàng)為tt/(R1R1C1C1)/2。

二階項(xiàng)與一階項(xiàng)的比值為t/R1/C1/2,

在信號的一個周期內(nèi)，t最大為信號的周期，而R1*C1為R、C濾波網(wǎng)絡(luò)的時間常數(shù)。

由該公式可知，為了保證精度要求，該時間常數(shù)至少為信號周期的5倍。

比如，當(dāng)PWM信號的頻率為100KHz時，R、C濾波網(wǎng)絡(luò)的時間常數(shù)至少為50us。

可以選擇10KΩ的電阻，以及103(10nF)的電容；