Memperkuat sinyal PWM dengan op amp. Apakah laju perubahan tegangan menjadi masalah?

8

Saya perlu memperkuat sinyal PWM dari 5V ke 24V untuk menggerakkan MOSFET yang pada gilirannya menggerakkan motor DC kecil. Sinyal input memiliki frekuensi 500Hz dan berasal dari Arduino uno (pin 9).

Untuk memperkuat sinyal saya berpikir untuk menggunakan konfigurasi penguat non pembalik yang khas

skema

mensimulasikan rangkaian ini - Skema dibuat menggunakan CircuitLab

Jika saya menggunakan op amp seperti TL071, laju perubahan tegangan tipikal adalah 16 Volts / microsecond. Ini berarti bahwa op amp akan membutuhkan waktu 24/16 = 1,5 mikro detik untuk mencapai output PWM yang tinggi. Ini tampaknya dapat diterima bagi saya karena dengan frekuensi PWM 500 Hz, periode PWM harus 2000 detik mikro, oleh karena itu 1,5 lebih dari 2000 diabaikan.

Apakah ada pertimbangan lain yang harus saya lakukan? Sebagai contoh, haruskah saya mempertimbangkan waktu MOSFET perlu mengisi gerbang? Apakah ada cara yang lebih baik untuk memperkuat sinyal PWM?

Lebih jauh, anggaplah saya ingin meningkatkan frekuensi PWM. Misalnya hingga 2.5kHz. dalam hal ini periode PWM harus 380 mikro detik. mempertimbangkan 1,5 lebih dari 380 laju perubahan tegangan masih tampak dapat diterima bagi saya.

amplifier pwm slew-rate mickkk
sumber
4
Mengapa Anda perlu 24V untuk mengendarai MOSFET? Anda dapat menggunakan sinyal 5V secara langsung dengan MOSFET 'digital'. (gerbang rendah nyalakan). Mengubah frekuensi adalah sesuatu yang Anda lakukan di MCU ketika Anda menghasilkan PWM.
JIm Dearden
Seperti yang dikatakan @JImDearden, MOSFET lebih cocok untuk amplifikasi seperti itu. Tidak seperti op amp, ada laju
semburan angin

Jawaban:

6

Untuk amplifikasi tegangan semacam ini, Anda biasanya menggunakan ... sebuah MOSFET.

Simple N-Channel satu, switching sisi rendah dengan resistor menuju ke tegangan suplai positif:

skema

mensimulasikan rangkaian ini - Skema dibuat menggunakan CircuitLab

Nilai R1 tergantung pada apa yang Anda butuhkan untuk beralih di luar.

Ini sebenarnya adalah sirkuit pembalik, tetapi itu benar-benar tidak masalah - kebanyakan MCU dapat dengan mudah mengatur polaritas PWM, atau Anda dapat secara logis membalikkan siklus tugas.

Yang benar-benar menimbulkan pertanyaan mengapa Anda berpikir Anda harus menaikkan tegangan gerbang MOSFET yang Anda coba kendarai!

Marcus Müller
sumber
6

Ada beberapa hal yang salah atau membingungkan di sini:

  1. 24 V sangat tinggi untuk gerbang MOSFET. Ini biasanya ditentukan untuk beralih sepenuhnya dengan 10 atau 12 V. 24 V mungkin maksimum absolut, bukan apa yang dimaksudkan untuk beralih.

  2. TL071 benar-benar tidak pantas di sini. Mereka membutuhkan beberapa volt ruang kepala dari kedua persediaan baik di input dan output.

  3. Spesifikasi tipikal tidak ada artinya.

  4. Gunakan driver FET. Mengemudi gerbang FET dari sinyal digital adalah tepat untuk tujuan mereka.

  5. Tergantung pada tegangan catu daya motor dan arus motor, Anda mungkin dapat menggunakan FET yang beralih dengan baik hanya dengan 5 V di gerbang. Jika motor diaktifkan dari 30 V atau kurang, maka sesuatu seperti IRLML0030 akan berfungsi. Anda cukup menghubungkan gerbangnya langsung ke output digital.

  6. 500 Hz mungkin cukup cepat bagi motor untuk menyaring pulsa secara mekanis. Namun, mungkin akan ada rengekan terdengar, dan saat ini mungkin akan berubah secara signifikan selama waktu nyala dan mati setiap pulsa.

    Bahkan jika Anda tidak peduli tentang rengekan, memiliki masalah arus yang stabil. Pikirkan arus melalui motor yang dipecah menjadi komponen DC dan AC-nya. Hanya komponen DC yang menggerakkan motor. Komponen AC tidak berguna, tetapi masih menyebabkan pemanasan karena komponen resistif dari kumparan motor. Singkatnya, semakin sedikit komponen AC, semakin efisien penggerak motor secara keseluruhan.

Olin Lathrop
sumber
1
OP belum menyatakan apa sirkuit MOSFET mereka, jadi bagaimana Anda bisa mengatakan 24V tinggi? Anda menganggap itu memiliki sumber ground alih-alih meminta OP.
TonyM
@Tony: Benar, tapi tidak ada pembenaran yang diberikan untuk saklar sisi tinggi. Jika itu yang dipikirkan OP maka mempertimbangkan low side switch adalah masalah lain. Saya melihat kami berdua mendapat suara turun, jadi sepertinya kami tidak memberi tahu OP apa yang ingin dia dengar, LOL.
Olin Lathrop
@Olin Lathrop On 1) Saya berpikir untuk menggunakan, tentu saja, MOSFET yang mendukung 24V di gerbang. Maaf saya tidak menyatakan itu dalam pertanyaan. 2) Bisakah Anda menjelaskan sedikit tentang masalah ruang kepala? 3) Ya, oke, tapi saya harus mulai di suatu tempat bukan? Setidaknya urutan besarnya tampaknya merupakan awal yang masuk akal. 6) Itu sebabnya saya berpikir untuk meningkatkan frekuensi dan sedikit khawatir tentang laju perubahan tegangan.
mickkk
@ Olin Lathrop Saya tidak meng-downvote siapapun, saya mengambil semua jawaban, baik atau buruk. Saya di sini untuk belajar, umpan balik negatif dan positif sama-sama disambut (tidak ada
permainan
1
Sekarang ini telah menerima dua downvotes terpisah. Siapa pun Anda, akan berguna untuk menjelaskan apa yang menurut Anda salah, ditulis dengan buruk, atau menyesatkan. Mengingat informasi yang jarang dari OP, semua ini masih terlihat seperti poin yang valid untuk disebutkan.
Olin Lathrop
0

Apa yang telah Anda analisis dan simpulkan tampak baik, kerja bagus.

Anda harus meletakkan resistor antara keluaran op-amp dan gerbang FET Anda. Tanpa itu, op-amp memiliki kapasitansi gerbang FET pada outputnya yang dapat menyebabkannya berosilasi. Saya tidak bisa mengatakan nilai resistor tanpa mengetahui kapasitansi gerbang FET. Namun, Anda biasanya menemukan nilai sekitar 470 R atau 1 K yang biasanya digunakan jadi saya imagi

TonyM
sumber
Tidak berpikir tentang resistor antara op amp dan gerbang. Tercatat, terima kasih.
mickkk
0

Apakah ada pertimbangan lain yang harus saya lakukan?

Driver Gate umumnya merupakan fungsi dari switchers yang ingin Anda kendarai. Faktor terpenting ada kemampuan saat ini, batas frekuensi, dan topologi drive.

Sangat jarang Anda melihat amplifier linier yang digunakan di sini. Pengemudi gerbang Google dapat membantu Anda mendapatkan lebih banyak wawasan.

dannyf
sumber