Minimal-Bauteil-Anzahl spannungsgesteuerte Tastverhältnis-PWM-Schaltung

Bei einem Stimulus-PWM z.B. von einem Mikrocontroller oder einem anderen Oszillator ermöglicht diese einfache Schaltung die Verwendung der Zeitkonstante eines Kondensators zur Erzeugung

Der Haupttrick hier ist, die Schottky-Diode D1 zu verwenden, um den Kondensator schnell zu entladen, wenn der Stimulus-PWM niedrig ist, und ihn langsam über R1 zu laden.

Die hier verwendeten Werte gelten für MHz-Frequenz-PWMs. Wählen Sie eine R-C-Zeitkonstante, die für Ihre PWM-Frequenz geeignet ist (R1 / C1). Ein guter Ausgangspunkt ist die R-C-Zeitkonstante bei 0.5 * period mit period = 1/frequency. Im Allgemeinen möchten Sie, dass der Kondensator fast vollständig geladen ist, wenn die positive Tastverhältnis-Periode vorbei ist. Sie können die Zeitkonstante mit Wolfram Alpha berechnen.

Wenn Sie größere Kondensatoren als ~10nF verwenden, sollten Sie einen Widerstand in Reihe mit D1 hinzufügen, um zu vermeiden, dass die MCU-Ausgangsstufe zerstört wird, indem die gesamte Energie des Kondensators in sie entladen wird. Berechnen Sie den Widerstand so, dass der maximal zulässige Eingangsstrom gleich der Kondensator-Ladespannung (= typischerweise die MCU-Versorgungsspannung) minus der minimalen Dioden-Durchlasspannung, über dem Widerstand, ist. Dies ist eine konservative Wahl, aber Sie sollten dort beginnen.

Beachten Sie, dass die Ladespannung nicht linear ist, daher ist das resultierende spannungsgesteuerte Tastverhältnis nicht linear mit der Eingangsspannung.

Um einen PWM-Ausgang mit hohem Tastverhältnis zu ermöglichen, sollte der Stimulus-PWM fast 100% Tastverhältnis haben. Es muss genügend Zeit im Off-Tastverhältnis geben, um den Kondensator über die Schottky-Diode richtig zu entladen.

Erwägen Sie, Hysterese hinzuzufügen, um Ausgangsoszillationen am Komparator zu vermeiden.

Die Wahl der Diode ist nicht sehr wichtig. Schottky-Dioden sollten bevorzugt werden, da sie den Kondensator innerhalb kürzerer Zeit vollständiger entladen: Eine 1N4148 würde den Kondensator nur auf Vf~=0.7V entladen, während die restliche Ladung über den Widerstand abfließen müsste. Bei Schottky-Dioden beträgt diese Durchlassspannung nur 0.3V, was effektiv ein höheres maximales Tastverhältnis ermöglicht.

Eine einzelne R/C/D-Schaltung kann verwendet werden, um mehrere Komparatoren zu versorgen, was mehrere Kanäle einer spannungsgesteuerten PWM ermöglicht.

Messergebnisse

So sieht es tatsächlich aus. Der Spannungsanstieg am Kondensator ist ziemlich linear, er erscheint nur oszillierend aufgrund unzureichenden Aufwands bei der Messung dieser Schaltung. Beachten Sie, dass dies keine Ultra-Präzisionsschaltung ist und in der Praxis nicht vollständig monoton und sicher nicht linear in der Spannung ist.

Der Stimulus ist in Blau dargestellt. Es ist ein 4-Bit 1,5MHz PWM mit 15/16 Tastverhältnis.

Die Kondensatorspannung, die in den Komparator eingespeist werden kann, ist in Gelb dargestellt.