PWM信号控制开关电路的分析
很多时候我们控制一个灯,或者只需给高、低电平的电路,通常使用一个三极管或者MOS管来简单的控制。然而最近在一个技术交流群里,群友发了一个PWM开关控制电路图,其意是为了防止程序跑飞,出现一些不愿看到、或者安全方面的情况,需要用PWM来控制。在输入为恒高、恒低时,被控制的后级电路处于预设的逻辑状态。以下对此电路做下分析,以此记录自己的学习。
电路(对原图稍作修改,基本一样),其仿真波形如图五
分析如下:
1. PWM信号为高时,通过C1->D1->R4路径,给C1、C2充电。C1左正右负,C2上正下负。
2. PWM信号为低时,C1通过R3&V2->D2路径放电。
3. PWM信号为低时,D1截至,C2给Q1提供基极偏置,并且通过R2->Q1(发射结);R4两条路径放电。如果此时C2的电压大于0.7V,则Q1为导通状态。
4. 当V2恒高、恒低时,由于C1的隔直作用,C2无法得到充电,在其电压低于0.7V时,Q1将截至。
5. R3、D2的作用是构成C1的放电路径。因为有V2这条路径在,R3可以省略,但是放电时间无法得到控制。如果有R3在,则可以调整R3的阻值,进而调整C1的放电时间。D2不能去掉,这样可以快速将C1右边的电压,钳位在D2的压降下,否则C1的能量不能得到释放,电压为V2-VD1,左正右负,C2得不到充电,则Q1截至,具体如图一。D2如果使用电阻代替,必须要选择合适的值,不然输出波形会异常,太小太大都有问题,仿真大概在820Ω比较好,在1KΩ时输出有个小脉冲,有如图二。
6. D1的作用是为了防止C2向C1方向放电。因为当PWM为低时,因为电容电压不能突变,所以C1此时右边为负压,低于0V。从而C2可以储存能量,为Q1提供偏置电压,相当于Q1侧的电源。
7. R4的阻值不能太小、太大。R4太小,C2的积攒的能量很快就会被释放,输出会出现类似周期性脉冲的现象,如图三。R4太大,C2的能量释放慢,在PWM信号异常时,Q1不能快速关断,如图四。当然C2还有一条路径:R2->Q1,这条路径阻抗很大,量测Q1的发射结阻抗>10MΩ,所以这条路径的放电相比R4很小。
图一
去掉D2,C1能量无法释放,C1的电压为V2-VD1,C2无法充电,输出在开始阶段,短暂的输出低,随后Q1截至,输出高。
图二
将D2替换成电阻R5,阻值太大太小都会有问题,本例为1KΩ时有个脉冲,随着电阻减小,脉冲会越来越多;电阻太大,则因为C1能量释放慢,会导致C2无法充电,从而Q1截至。
图三
R4过小,C2放电太快,来不及充电,输出异常。
图四
R4过大,在PWM输入关闭的情况下,C2放电慢,Q1不能快速关断,可与图五对比。
图五
参数还可以的波形