应用笔记 3149

PWM至线性信号转换电路


摘要 : 本文介绍了一种将低电压PWM信号转换成放大、缓冲后的线性输出的电路,适用于风扇速度控制,允许在3.3V输入时提供12V风扇的线性控制。

Maxim提供各种PWM输出的风扇速度控制器,使风扇速度随着温度的变化而改变。通过周期性地控制风扇电源的通、断实现这一控制方案,风扇速度由PWM信号的占空比设置。这种方案的典型应用电路对大多数情况是可以接受的。然而,有些情况下,由于风扇调制能够产生嘈杂的噪音,需要用固定电源为风扇供电。。

如果给风扇周期性供电产生较大的噪音,可以考虑采用图1所示电路。这种情况下,一对儿互补BJT管(Q1)和PMOS FET (Q2)构成线性放大器

图1. 将低压PWM信号转换成放大、缓冲后的线性输出的简单电路。
图1. 将低压PWM信号转换成放大、缓冲后的线性输出的简单电路。

该电路工作原理如下:Q1中PNP管的基极是放大器的同相输入。NPN管的发射极是反相输入。PNP管配置为射随器,NPN管既可作为射随器,也可以作为初级放大单元。由于PNP管和NPN管工作在大致相同的电流密度和温度条件下,两个输入电压近似地相互保持一致,流出反相输入端的电流镜像到NPN管的集电极,在电阻R2上产生压降。R2的压降驱动Q2的VGS,在Q2的漏极被放大,成为放大器的输出。随着放大器输出的升高,当电压达到足以使流出反相输入端的电流为零时,即达到了放大器的稳定工作点。

这里采用的放大器大约有100mV的输出失调,这是由于强制R2的压降达到Q2 VGS的临界值造成的。这对指定的风扇速度控制应用是不合理的。将放大器增益设置为+4,适合3.3V PWM信号,当PWM信号达到100%占空比时,信号电平达到最大输出摆幅12V。

对于Q1,可以选择CMXT3946,它是双晶体管互补结构,当然,也可以用分立晶体管替代,本质上并不会降低性能。对于大多数单风扇驱动系统,可以选用ZXM61P02 PMOS FET,其800mW的最大功率耗散能力能够以高达133mA、6V的输出驱动风扇。由于大多数风扇近似为阻性负载,峰值电流为250mA或低于12V的风扇是可接受的。当然,应该对风扇的整个工作范围进行测试,以确保功耗在PMOS FET所允许的范围内。驱动多个风扇时,应该用SOIC封装的MOSFET取代SOT23器件。

该电路没有给出输入滤波器的元件值,选择截止频率,1 / [6.28 * R * C],至少比PWM频率高两个数量级,以减小输出端的PWM信号纹波。由于电路输入阻抗较高,电阻值允许高至100kΩ。

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