pwm轉(zhuǎn)模擬電壓

　　脈沖寬度調(diào)制是利用微處理器的數(shù)字輸出來對模擬電路進行控制的一種非常有效的技術(shù)，廣泛應(yīng)用在從測量、通信到功率控制與變換的許多領(lǐng)域中。

　　脈沖寬度調(diào)制是一種模擬控制方式，其根據(jù)相應(yīng)載荷的變化來調(diào)制晶體管基極或MOS管柵極的偏置，來實現(xiàn)晶體管或MOS管導(dǎo)通時間的改變，從而實現(xiàn)開關(guān)穩(wěn)壓電源輸出的改變。這種方式能使電源的輸出電壓在工作條件變化時保持恒定，是利用微處理器的數(shù)字信號對模擬電路進行控制的一種非常有效的技術(shù)。

　　PWM控制技術(shù)以其控制簡單，靈活和動態(tài)響應(yīng)好的優(yōu)點而成為電力電子技術(shù)最廣泛應(yīng)用的控制方式，也是人們研究的熱點。由于當今科學(xué)技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)沒有了學(xué)科之間的界限，結(jié)合現(xiàn)代控制理論思想或?qū)崿F(xiàn)無諧振波開關(guān)技術(shù)將會成為PWM控制技術(shù)發(fā)展的主要方向之一。其根據(jù)相應(yīng)載荷的變化來調(diào)制晶體管基極或MOS管柵極的偏置，來實現(xiàn)晶體管或MOS管導(dǎo)通時間的改變，從而實現(xiàn)開關(guān)穩(wěn)壓電源輸出的改變。這種方式能使電源的輸出電壓在工作條件變化時保持恒定，是利用微處理器的數(shù)字信號對模擬電路進行控制的一種非常有效的技術(shù)。

　　為什么用pwm轉(zhuǎn)模擬電壓

　　脈寬調(diào)制（PWM）是從微控制器或FPGA等數(shù)字器件產(chǎn)生模擬電壓的一種常用方法。大多數(shù)微控制器都具有內(nèi)置的專用 PWM 產(chǎn)生外設(shè)，而且其僅需幾行 RTL 代碼即可從FPGA產(chǎn)生一個PWM信號。如果模擬信號的性能要求不是太嚴格，那么這就是一種簡單和實用的方法，因為它只需要一個輸出引腳，而且與具有一個 SPI 或 I2C 接口的數(shù)模轉(zhuǎn)換器 （DAC） 相比，其代碼開銷是非常低。

　　pwm轉(zhuǎn)模擬電壓原理

　　控制方式就是對逆變電路開關(guān)器件的通斷進行控制，使輸出端得到一系列幅值相等的脈沖，用這些脈沖來代替正弦波或所需要的波形。也就是在輸出波形的半個周期中產(chǎn)生多個脈沖，使各脈沖的等值電壓為正弦波形，所獲得的輸出平滑且低次諧波少。按一定的規(guī)則對各脈沖的寬度進行調(diào)制，即可改變逆變電路輸出電壓的大小，也可改變輸出頻率。

　　在PWM波形中，各脈沖的幅值是相等的，要改變等效輸出正弦波的幅值時，只要按同一比例系數(shù)改變各脈沖的寬度即可，因此在交－直－交變頻器中，PWM逆變電路輸出的脈沖電壓就是直流側(cè)電壓的幅值。

　　在給出了正弦波頻率，幅值和半個周期內(nèi)的脈沖數(shù)后，PWM波形各脈沖的寬度和間隔就可以準確計算出來。按照計算結(jié)果控制電路中各開關(guān)器件的通斷，就可以得到所需要的PWM波形。

　　pwm轉(zhuǎn)模擬電壓電路圖及誤差分析

　　（1）穩(wěn)壓二極管的動態(tài)電阻引入的誤差

　　穩(wěn)壓二極管的動態(tài)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(qū)動能力比較小，只能使穩(wěn)壓二極管工作在較小的工作電流下。另外，穩(wěn)壓二極管小電流工作時的動態(tài)電阻更大，更容易引起電壓變化。

　?。?）穩(wěn)壓二極管溫度漂移引入的誤差

　　2DW7（2DW230~236）內(nèi)部結(jié)構(gòu)可以認為是2個穩(wěn)壓二極管對接串聯(lián)而成的。其中一個二極管的正向電壓降（具有負溫度系數(shù)）對另一個穩(wěn)壓二極管的溫度漂移（具有正溫度系數(shù)）進行補償，得到很低的溫度系數(shù)。然而，當2DW7反向應(yīng)用時，其溫度漂移就不能得到恰當?shù)难a償，從而導(dǎo)致負脈沖部分的溫度系數(shù)較高。

　?。?）運算放大器引入的誤差

　　運算放大器的輸入失調(diào)電壓的漂移可直接導(dǎo)致脈沖振幅的誤差；而轉(zhuǎn)換速率（SR）過低，將導(dǎo)致脈沖方波波形的失真，繼而引起電壓的誤差。失調(diào)電壓溫度漂移低并且轉(zhuǎn)換速率高的運算放大器的價格將會很高。

　　但是，對于8~10位的PWM而言，該電路已經(jīng)能夠滿足要求。對于要求更低的場合，可以用2個廉價的穩(wěn)壓二極管對接來代替2DW7。

　?。?）模擬開關(guān)的導(dǎo)通電阻引起的誤差

　　模擬開關(guān)導(dǎo)通時有一定的導(dǎo)通電阻。TL431調(diào)整腳輸入電流通過模擬開關(guān)時就會形成電壓降，產(chǎn)生誤差。MAX4544的導(dǎo)通電阻為35 Ω，而TL431的調(diào)整腳輸入電流則在4 μA以下。由此而導(dǎo)致基準電壓的誤差小于140 μV，為2.5 V的 0.000 056，相當于二進制14位的精度。

　?。?）開關(guān)延遲時間引入的誤差

　　開關(guān)延遲時間將會引起脈沖占空比的變化，從而導(dǎo)致PWM輸出脈沖產(chǎn)生誤差。MAX4544的導(dǎo)通時間為30 ns，關(guān)斷時間為25 ns。計算可知，當PWM頻率為10 kHz時，由此產(chǎn)生的誤差最大為0.0003，相當于12位的精度。如果PWM的頻率選得較低，則開關(guān)延遲時間的影響相應(yīng)減小。例如選取1 kHz時，引入誤差為0.000 03，相當于15位的精度。

　　上述兩項中真正影響輸出電源精度的是這些參數(shù)隨溫度和時間的漂移。由于這兩項參數(shù)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，由于附加電路引入的誤差完全能夠滿足PWM的精度需求。

　　實際應(yīng)用電路圖