Amplificazione di un segnale PWM con un amplificatore operazionale. La velocità di risposta è un problema?

Ho bisogno di amplificare un segnale PWM da 5 V a 24 V per guidare un mosfet che a sua volta guida un piccolo motore CC. Il segnale di ingresso ha una frequenza di 500Hz e proviene da Arduino Uno (pin 9).

Per amplificare il segnale ho pensato di usare una tipica configurazione di amplificatore non invertente

^{simula questo circuito - Schema creato usando CircuitLab}

Se utilizzo un amplificatore operazionale come TL071, la velocità di risposta tipica è di 16 Volt / microsecondo. Ciò significa che l'amplificatore operazionale impiegherà 24/16 = 1,5 micro secondi per raggiungere l'uscita alta del PWM. Questo mi sembra accettabile poiché con una frequenza PWM a 500 Hz, il periodo PWM dovrebbe essere di 2000 micro secondi, quindi 1,5 su 2000 è trascurabile.

C'è qualche altra considerazione che dovrei fare? Ad esempio, dovrei considerare il tempo necessario al mosfet per caricare il gate? Esiste un modo migliore per amplificare un segnale PWM?

Inoltre, supponiamo che vorrei aumentare la frequenza PWM. Ad esempio fino a 2,5 kHz. in questo caso il periodo PWM dovrebbe essere di 380 micro secondi. considerando 1,5 su 380 la velocità di risposta mi sembra ancora accettabile.

Per questo tipo di amplificazione di tensione, in genere si utilizza ... un MOSFET.

Semplice canale N, commutazione lato basso con un resistore che va alla tensione di alimentazione positiva:

^{simula questo circuito - Schema creato usando CircuitLab}

Il valore di R1 dipende da cosa è necessario accendere all'esterno.

In realtà si tratta di un circuito di inversione, ma in realtà non importa: la maggior parte degli MCU può semplicemente impostare la polarità del PWM, oppure puoi semplicemente invertire logicamente il ciclo di lavoro.

Il che solleva davvero la domanda sul perché pensi che dovresti aumentare la tensione di gate del MOSFET che stai cercando di guidare!

Ci sono diverse cose sbagliate o confuse qui:

1. 24 V è molto alto per un gate MOSFET. Di solito sono specificati per commutare completamente con 10 o 12 V. 24 V potrebbe essere il massimo assoluto, non quello a cui è destinato.

2. Un TL071 è totalmente inappropriato qui. Questi hanno bisogno di diversi volt di headroom da entrambe le forniture sia in ingresso che in uscita.

3. Le specifiche tipiche sono insignificanti.

4. Utilizzare un driver FET. Guidare un gate FET da un segnale digitale è esattamente ciò che serve.

5. A seconda della tensione di alimentazione del motore e della corrente del motore, potresti essere in grado di utilizzare un FET che commuta correttamente con solo 5 V sul gate. Se il motore è alimentato da 30 V o meno, funzionerebbe qualcosa come IRLML0030. Basta collegare il suo gate direttamente all'uscita digitale.

6. 500 Hz è probabilmente abbastanza veloce per consentire al motore di filtrare meccanicamente gli impulsi. Tuttavia, ci sarà probabilmente un lamento udibile e la corrente probabilmente cambierà significativamente durante il tempo di accensione e spegnimento di ciascun impulso.

   Anche se non ti interessa il lamento, avere una situazione attuale costante. Pensa alla corrente attraverso il motore rotta nei suoi componenti CC e CA. Solo il componente CC sposta il motore. Il componente AC non fa nulla di utile, ma provoca comunque il riscaldamento a causa del componente resistivo delle bobine del motore. In breve, minore è il componente CA, più efficiente è l'azionamento generale del motore.

Quello che hai analizzato e concluso sembra buono, buon lavoro.

Dovresti mettere un resistore tra l'uscita dell'amplificatore operazionale e la tua porta FET. Senza di esso, l'amplificatore operazionale ha la capacità del gate FET sulla sua uscita che può causare oscillazioni. Non posso dire il valore del resistore senza conoscere la capacità del gate del FET. Tuttavia, di solito trovi valori intorno a 470 R o 1 K in genere utilizzati, quindi I imagi

C'è qualche altra considerazione che dovrei fare?

I gate driver sono generalmente una funzione degli switcher che si intende guidare. I fattori più importanti sono le capacità attuali, i limiti di frequenza e la topologia di azionamento.

Molto raramente vedi un amplificatore lineare usato qui. Google Gate Driver può aiutarti a ottenere ulteriori approfondimenti.