Khuếch đại tín hiệu PWM với op amp. Là tỷ lệ xoay là một vấn đề?

Tôi cần khuếch đại tín hiệu PWM từ 5V đến 24V để lái mosfet, lần lượt điều khiển một động cơ DC nhỏ. Tín hiệu đầu vào có tần số 500Hz và đến từ Arduino uno (chân 9).

Để khuếch đại tín hiệu tôi nghĩ đến việc sử dụng cấu hình bộ khuếch đại không đảo ngược điển hình

^{mô phỏng mạch này - Sơ đồ được tạo bằng CircuitLab}

Nếu tôi sử dụng một op amp như TL071, tốc độ quay thông thường là 16 Volts / micro giây. Điều này có nghĩa là op amp sẽ mất 24/16 = 1,5 micro giây để đạt được công suất cao của PWM. Điều này có vẻ chấp nhận được đối với tôi vì với tần số 500 Hz, thời gian PWM phải là 2000 micro giây, do đó 1,5 trên 2000 là không đáng kể.

Có sự cân nhắc nào khác tôi nên làm không? Chẳng hạn, tôi có nên xem xét thời gian mosfet cần sạc lên cổng không? Có cách nào tốt hơn để khuếch đại tín hiệu PWM không?

Hơn nữa, giả sử rằng tôi muốn tăng tần số PWM. Ví dụ lên tới 2,5kHz. trong trường hợp này, chu kỳ PWM phải là 380 micro giây. xem xét 1,5 trên 380 tỷ lệ xoay có vẻ vẫn chấp nhận được đối với tôi.

Đối với loại khuếch đại điện áp này, thông thường bạn sẽ sử dụng ... một MOSFET.

Kênh N đơn giản, chuyển mạch phía thấp với điện trở đi đến điện áp cung cấp dương:

^{mô phỏng mạch này - Sơ đồ được tạo bằng CircuitLab}

Giá trị của R1 phụ thuộc vào những gì bạn cần để chuyển đổi bên ngoài.

Đây thực tế là một mạch đảo ngược, nhưng điều đó thực sự không thành vấn đề - hầu hết các MCU chỉ đơn giản có thể đặt cực tính của PWM hoặc bạn chỉ có thể đảo ngược một cách hợp lý chu kỳ nhiệm vụ.

Điều này thực sự đặt ra câu hỏi tại sao bạn nghĩ rằng bạn phải tăng điện áp cổng của MOSFET mà bạn đang cố lái!

Có một số điều sai hoặc nhầm lẫn ở đây:

1. 24 V là rất cao cho một cổng MOSFET. Chúng thường được chỉ định để chuyển đổi hoàn toàn với 10 hoặc 12 V. 24 V có thể là mức tối đa tuyệt đối, không phải là những gì nó dự định chuyển đổi.

2. Một TL071 hoàn toàn không phù hợp ở đây. Những người cần một vài volt của khoảng không từ cả hai nguồn cung cấp ở cả đầu vào và đầu ra.

3. Thông số kỹ thuật điển hình là vô nghĩa.

4. Sử dụng trình điều khiển FET. Điều khiển cổng FET từ tín hiệu số chính xác là những gì họ đang làm.

5. Tùy thuộc vào điện áp nguồn của động cơ và dòng điện của động cơ, bạn có thể sử dụng FET chuyển đổi độc đáo chỉ với 5 V trên cổng. Nếu động cơ được cấp nguồn từ 30 V trở xuống, thì một cái gì đó như IRLML0030 sẽ hoạt động. Bạn chỉ cần kết nối cổng của nó trực tiếp với đầu ra kỹ thuật số.

6. 500 Hz có lẽ đủ nhanh để động cơ lọc các xung. Tuy nhiên, có khả năng sẽ có tiếng rên rỉ có thể nghe được, và dòng điện có thể sẽ thay đổi đáng kể trong thời gian bật và tắt của mỗi xung.

   Ngay cả khi bạn không quan tâm đến tiếng rên rỉ, có một vấn đề hiện tại ổn định. Hãy nghĩ về hiện tại thông qua động cơ bị hỏng thành các thành phần DC và AC của nó. Chỉ có thành phần DC di chuyển động cơ. Thành phần AC không có gì hữu ích, nhưng vẫn gây nóng do thành phần điện trở của cuộn dây động cơ. Nói tóm lại, thành phần AC càng ít, ổ đĩa động cơ tổng thể càng hiệu quả.

Những gì bạn đã phân tích và kết luận có vẻ tốt, công việc tốt.

Bạn nên đặt một điện trở giữa đầu ra op-amp và cổng FET của bạn. Không có nó, op-amp có điện dung của cổng FET trên đầu ra của nó có thể khiến nó dao động. Tôi không thể nói giá trị điện trở mà không biết điện dung cổng của FET. Tuy nhiên, bạn thường tìm thấy các giá trị khoảng 470 R hoặc 1 K thường được sử dụng để tôi tưởng tượng

Có sự cân nhắc nào khác tôi nên làm không?

Trình điều khiển cổng nói chung là một chức năng của bộ chuyển đổi bạn định lái xe. Các yếu tố quan trọng nhất là khả năng hiện tại, giới hạn tần số và cấu trúc liên kết ổ đĩa.

Rất hiếm khi bạn thấy một bộ khuếch đại tuyến tính được sử dụng ở đây. Trình điều khiển cổng Google có thể giúp bạn hiểu thêm.