MCU输出PWM:动态调节输出电压电路工作原理

时间:2026-11-09

  MCU输出占空比可调的PWM信号,经二阶RC低通滤波得到近似直流电平,再通过运放反馈和二极管单向钳位,实现输出电压的稳定与动态调节。电路如图示

  一、MCU输出PWM
  MCU产生高低电平切换的PWM信号。占空比改变时,PWM在一个周期内的平均电平随之改变,作为后级电路的电压设定。PWM频率应远高于滤波器转折频率,以减小滤波后的残余纹波;占空比分辨率决定设定电压的变化量。
  二、二阶RC低通滤波
  R1、C1,R2、C2串联构成二阶低通滤波,用于滤除PWM的高频开关分量,使滤波输出接近PWM的平均电平。PWM占空比越高,滤波后的直流电平越高;占空比越低,直流电平越低。滤波时间常数影响纹波大小和响应速度,运放高输入阻抗可减小后级对滤波节点的加载。
  三、运放反馈
  运放同相端接二阶滤波输出,反相端接分压反馈节点VOUT2。运放通过闭环反馈调节输出,使反馈节点接近同相端的滤波电平,从而降低滤波残余纹波和负载变化对输出电压的影响。运放输出范围受供电轨限制,因此占空比和分压比不能使运放输出超出其摆幅。
  四、D1单向钳位
  D1阳极接分压/反馈节点VOUT2,阴极接运放输出端VOUT1。该方向下,只有分压节点VOUT2高于运放输出VOUT1一个二极管正向压降时,D1才导通,运放输出通过D1吸收电流,将节点向下钳位。
  运放输出VOUT1较高时,D1截止,运放与节点隔离,避免运放向节点灌入电流。D1阴极接运放输出端的作用是形成单向下拉钳位:运放输出低时拉低节点,输出高时退出调节,使反馈具有方向性,并避免与分压支路形成双向驱动冲突。D1位于反馈环内时,其压降的一部分可被反馈修正,但二极管温漂和反向漏电仍会带来误差。
  五、调压
  改变PWM占空比可改变滤波后的直流设定电平,与R3、R4的分压比叠加,可改变反馈比例,从而改变输出电压。D1导通并闭环稳定时,反馈节点跟随滤波输出,输出节点按分压关系得到相应电压。D1截止时,运放输出与节点隔离,节点电压由分压支路和负载决定,运放不能继续按闭环抬高该节点。因此,调压范围受D1导通方向、运放输出摆幅、二极管压降和分压比共同限制。
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