2007-12-25 12:36:25
近年來，許多微控制器生產廠家，如atmel、analog divices、intel、philips、dallas、maxim等等，紛紛推出了新型的高速微控制器。它們的指令執行週期僅是原來的1/3~1/十幾，並在微控制器中整合了eeprom、wdt、a/d轉換器和d/a轉換器，大大地提高了微控制器的效能，方便了使用者。然而，許多微控制器中的d/a轉換器的輸出都採用了脈寬調變（pwm）的形式。pwm十分適用於開關電源、可控矽等器件的控制，也可使用於lcd亮度控制、音訊輸出等不需要輸出精確電壓的場合。由於pwm沒有基準電壓，它的輸出脈衝的幅度不是很恆定，這就限制了pwm的使用範圍。在要求輸出精密控制電壓的場合，如精密可調電壓源、電機變頻器等等，就無法使用pwm。
然而，只需使用2片廉價的積體電路就可以把幅度不恆定的pwm輸出轉換成精密的pwm輸出電壓。
1 電路原理
使用三端精密基準電源和模擬開關得到電壓精密的pwm脈衝的電路原理如圖1所示。d1為tl431三端基準電壓積體電路，u1採用單刀雙擲的模擬開關max4544；電阻r1、r2、r3根據具體的需要而定。當然，也可以採用其它型號的積體電路。
當pwm脈衝為高電平（邏輯1）時，u1的com端擲向常閉端（nc），tl431的調整腳與正電壓腳相連，輸出電壓值為2.5 v。當pwm脈衝為低電平（邏輯0）時，u1的com端擲向常開端（no），tl431的輸出電壓經過r2、r3 分壓後送到調整腳，此時輸出電壓值等於[（r2+r3）/r3]×2.5 v。本例中輸出電壓等於8 v。這樣，當u1的in 腳輸入pwm訊號時，電路相應地輸出高電平為8 v，低電平為 2.5 v的pwm脈衝，其振幅為 8 v - 2.5 v = 5.5 v 。如果需要輸出低電平為零的pwm訊號，則再加上1個差分放大器就可解決。
在對於精密度的要求不是很高的場合，可以採用更簡單的方法。圖2為使用精密穩壓二極體對pwm脈衝進行穩壓限幅的電路圖。在圖2中，pwm訊號經過高速運算放大器u1放大成為±12 v的輸出電壓，在經過r1的限流和d1的穩壓後，得到 ±6.5 v 的pwm脈衝輸出。
2 誤差分析
（1）模擬開關的導通電阻引起的誤差
模擬開關導通時有一定的導通電阻。tl431調整腳輸入電流通過模擬開關時就會形成電壓降，產生誤差。max4544的導通電阻為35 ω，而tl431的調整腳輸入電流則在4 μa以下。由此而導致基準電壓的誤差小於140 μv，為2.5 v的 0.000 056，相當於二進位制14位的精度。
（2）開關延遲時間引入的誤差
開關延遲時間將會引起脈衝占空比的變化，從而導致pwm輸出脈衝產生誤差。max4544的導通時間為30 ns，關斷時間為25 ns。計算可知，當pwm頻率為10 khz時，由此產生的誤差最大為0.0003，相當於12位的精度。如果pwm的頻率選得較低，則開關延遲時間的影響相應減小。例如選取1 khz時，引入誤差為0.000 03，相當於15位的精度。
上述兩項中真正影響輸出電源精度的是這些引數隨溫度和時間的漂移。由於這兩項引數本身的絕對值非常小，可以推知它們的漂移更小。
從以上的分析可知，由於附加電路引入的誤差完全能夠滿足pwm的精度需求。
圖2電路中，引起誤差的原因主要有3個方面：
（1）穩壓二極體的動態電阻引入的誤差
穩壓二極體的動態電阻比較大，一般在幾十ω左右（工作電流5~10 ma時）；而運算放大器的驅動能力比較小，只能使穩壓二極體工作在較小的工作電流下。另外，穩壓二極體小電流工作時的動態電阻更大，更容易引起電壓變化。
（2）穩壓二極體溫度漂移引入的誤差
2dw7（2dw230~236）內部結構可以認為是2個穩壓二極體對接串聯而成的。其中乙個二極體的正向電壓降（具有負溫度係數）對另乙個穩壓二極體的溫度漂移（具有正溫度係數）進行補償，得到很低的溫度係數。然而，當2dw7反向應用時，其溫度漂移就不能得到恰當的補償，從而導致負脈衝部分的溫度係數較高。
（3）運算放大器引入的誤差
運算放大器的輸入失調電壓的漂移可直接導致脈衝振幅的誤差；而轉換速率（sr）過低，將導致脈衝方波波形的失真，繼而引起電壓的誤差。失調電壓溫度漂移低並且轉換速率高的運算放大器的**將會很高。
但是，對於8~10位的pwm而言，該電路已經能夠滿足要求。對於要求更低的場合，可以用2個廉價的穩壓二極體對接來代替2dw7。
3 應用例項
利用微控制器的pwm輸出，在圖1的基礎上增加rc濾波電路和1級運算放大器，得到0~10 v直流輸出電壓，作為變頻器的控制訊號，取得了良好的效果。圖 3 所示為使用pwm輸出控制變頻器的例項。
使用PWM得到精密的輸出電壓
2007 12 25 12 36 25 近年來，許多微控制器生產廠家，如atmel analog divices intel philips dallas maxim等等，紛紛推出了新型的高速微控制器。它們的指令執行週期僅是原來的1 3 1 十幾，並在微控制器中整合了eeprom wdt a d轉換...
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