Verstärken eines PWM-Signals mit einem Operationsverstärker. Ist die Anstiegsgeschwindigkeit ein Problem?

Ich muss ein PWM-Signal von 5 V auf 24 V verstärken, um einen Mosfet anzutreiben, der wiederum einen kleinen Gleichstrommotor antreibt. Das Eingangssignal hat eine Frequenz von 500 Hz und kommt von Arduino uno (Pin 9).

Zur Verstärkung des Signals habe ich mir überlegt, eine typische nicht invertierende Verstärkerkonfiguration zu verwenden

^{simulieren Sie diese Schaltung - Schema erstellt mit CircuitLab}

Wenn ich einen Operationsverstärker wie den TL071 verwende, beträgt die typische Anstiegsgeschwindigkeit 16 Volt / Mikrosekunde. Dies bedeutet, dass der Operationsverstärker 24/16 = 1,5 Mikrosekunden benötigt, um den hohen Ausgang des PWM zu erreichen. Dies scheint mir akzeptabel zu sein, da bei einer PWM-Frequenz von 500 Hz die PWM-Periode 2000 Mikrosekunden betragen sollte, daher sind 1,5 über 2000 vernachlässigbar.

Gibt es noch eine andere Überlegung, die ich machen sollte? Sollte ich zum Beispiel die Zeit berücksichtigen, die der Mosfet benötigt, um das Tor aufzuladen? Gibt es eine bessere Möglichkeit, ein PWM-Signal zu verstärken?

Angenommen, ich möchte die PWM-Frequenz erhöhen. Zum Beispiel bis zu 2,5 kHz. In diesem Fall sollte die PWM-Periode 380 Mikrosekunden betragen. Wenn man 1,5 über 380 betrachtet, scheint mir die Anstiegsrate immer noch akzeptabel zu sein.

Für diese Art der Spannungsverstärkung verwenden Sie normalerweise ... einen MOSFET.

Einfache N-Kanal-1-Low-Side-Schaltung mit einem Widerstand, der auf die positive Versorgungsspannung geht:

^{simulieren Sie diese Schaltung - Schema erstellt mit CircuitLab}

Der Wert von R1 hängt davon ab, was Sie zum Einschalten von außen benötigen.

Dies ist in der Tat eine invertierende Schaltung, aber das spielt wirklich keine Rolle - die meisten MCUs können einfach die Polarität der PWM einstellen oder Sie können den Arbeitszyklus einfach logisch invertieren.

Was wirklich die Frage aufwirft, warum Sie denken, Sie müssten die Gate-Spannung des MOSFET erhöhen, den Sie ansteuern möchten!

Hier sind einige Dinge falsch oder verwirrt:

1. 24 V sind für ein MOSFET-Gate sehr hoch. Diese sind normalerweise so spezifiziert, dass sie vollständig mit 10 oder 12 V schalten. 24 V sind möglicherweise das absolute Maximum, nicht das, bei dem geschaltet werden soll.

2. Ein TL071 ist hier völlig unangemessen. Diese benötigen mehrere Volt Headroom von beiden Versorgungen sowohl am Eingang als auch am Ausgang.

3. Typische Spezifikationen sind bedeutungslos.

4. Verwenden Sie einen FET-Treiber. Das Ansteuern eines FET-Gatters von einem digitalen Signal ist genau das, wofür sie gedacht sind.

5. Abhängig von der Versorgungsspannung des Motors und dem Motorstrom können Sie möglicherweise einen FET verwenden, der mit nur 5 V am Gate gut schaltet. Wenn der Motor mit 30 V oder weniger betrieben wird, funktioniert so etwas wie der IRLML0030. Sie schließen das Gate einfach direkt an den Digitalausgang an.

6. 500 Hz sind wahrscheinlich schnell genug, damit der Motor die Impulse mechanisch filtern kann. Es wird jedoch wahrscheinlich ein hörbares Jammern geben, und der Strom wird sich wahrscheinlich während der Ein- und Ausschaltzeit jedes Impulses erheblich ändern.

   Auch wenn Sie sich nicht für das Jammern interessieren, ist es wichtig, einen konstanten Strom zu haben. Denken Sie an den Strom durch den Motor, der in seine DC- und AC-Komponenten aufgeteilt ist. Nur die Gleichstromkomponente bewegt den Motor. Die Wechselstromkomponente macht nichts Nützliches, verursacht jedoch aufgrund der Widerstandskomponente der Motorspulen dennoch eine Erwärmung. Kurz gesagt, je weniger Wechselstromkomponente, desto effizienter ist der gesamte Motorantrieb.

Was Sie analysiert und festgestellt haben, sieht gut aus, gute Arbeit.

Sie sollten einen Widerstand zwischen den Operationsverstärkerausgang und Ihr FET-Gatter legen. Ohne sie hat der Operationsverstärker die Kapazität des FET-Gatters an seinem Ausgang, wodurch er schwingen kann. Ich kann den Widerstandswert nicht sagen, ohne die Gatekapazität des FET zu kennen. Normalerweise finden Sie jedoch Werte um 470 R oder 1 K, die normalerweise verwendet werden, so wie ich es mir vorstelle

Gibt es noch eine andere Überlegung, die ich machen sollte?

Gate-Treiber sind im Allgemeinen eine Funktion der Switches, die Sie steuern möchten. Die wichtigsten Faktoren sind aktuelle Funktionen, Frequenzgrenzen und Laufwerkstopologie.

Sehr selten sehen Sie hier einen linearen Verstärker. Der Google Gate-Treiber kann Ihnen dabei helfen, mehr Einblicke zu erhalten.