ＰＷＭ至線性信號轉換電路

本文介紹了一種將PWM信號轉換成放大、緩沖后的線性信號的電路，適用于風扇速度控制，允許在3.3V輸入時提供12V風扇的線性控制。
Maxim提供各種PWM輸出的風扇速度控制器，使風扇速度隨著溫度的變化而改變。通過周期性地控制風扇電源的通、斷實現這一控制方案，風扇速度由PWM信號的占空比設置。這種方案的典型應用電路對大多數情況是可以接受的。然而，有些情況下，由于風扇調制能夠產生嘈雜的噪音，需要用固定電源為風扇供電。。
如果給風扇周期性供電產生較大的噪音，可以考慮采用圖1所示電路。這種情況下，一對兒互補BJT管(Q1)和PMOS FET (Q2)構成線性放大器。

圖1. 將低壓PWM信號轉換成放大、緩沖后的線性輸出的簡單電路。

該電路工作原理如下：Q1中PNP管的基極是放大器的同相輸入。NPN管的發射極是反相輸入。PNP管配置為射隨器，NPN管既可作為射隨器，也可以作為初級放大單元。由于PNP管和NPN管工作在大致相同的電流密度和溫度條件下，兩個輸入電壓近似地相互保持一致，流出反相輸入端的電流鏡像到NPN管的集電極，在電阻R2上產生壓降。R2的壓降驅動Q2的VGS，在Q2的漏極被放大，成為放大器的輸出。隨著放大器輸出的升高，當電壓達到足以使流出反相輸入端的電流為零時，即達到了放大器的穩定工作點。
這里采用的放大器大約有100mV的輸出失調，這是由于強制R2的壓降達到Q2 VGS的臨界值造成的。這對指定的風扇速度控制應用是不合理的。將放大器增益設置為+4，適合3.3V PWM信號，當PWM信號達到100%占空比時，信號電平達到最大輸出擺幅12V。
對于Q1，可以選擇CMXT3946，它是雙晶體管互補結構，當然，也可以用分立晶體管替代，本質上并不會降低性能。對于大多數單風扇驅動系統，可以選用ZXM61P02 PMOS FET，其800mW的最大功率耗散能力能夠以高達133mA、6V的輸出驅動風扇。由于大多數風扇近似為阻性負載，峰值電流為250mA或低于12V的風扇是可接受的。當然，應該對風扇的整個工作范圍進行測試，以確保功耗在PMOS FET所允許的范圍內。驅動多個風扇時，應該用SOIC封裝的MOSFET取代SOT23器件。
該電路沒有給出輸入濾波器的元件值，選擇截止頻率，1/[6.28*R*C]，至少比PWM頻率高兩個數量級，以減小輸出端的PWM信號紋波。由于電路輸入阻抗較高，電阻值允許高至100k。