该电路由LM393双比较器、RC滤波和MOS开关管组成。输入PWM经比较器1转换为同相PWM,再经R26、C15滤波成直流设定电压,送入比较器2与输出电压反馈比较;比较器2控制MOS管通断,使输出平均电压跟随设定值。改变PWM占空比即可改变输出电压。电路如图示

一、PWM输入与比较器1的电平转换如图示

1IN-由R21、R24对电源分压得到:
V1IN- = Vin × R24/(R21+R24)
取R21=10kΩ、R24=1kΩ时,V1IN-≈Vin/11。24V时约2.18V,12V时约1.09V。PWM高电平为3.3V时高于该阈值,低电平为0V时低于该阈值,比较器1可正常翻转。
LM393为开漏输出,1OUT高电平需外部上拉,其幅度由上拉电源决定,低电平接近0V。当1IN+大于1IN-时,输出管截止,1OUT为高;当1IN+小于1IN-时,输出管导通,1OUT为低。因此1OUT是与输入PWM同相的方波,高电平幅度由上拉电源决定。
二、R26、C15滤波与设定电压形成
1OUT1方波经R26、C15低通滤波得到直流设定电压Vset。时间常数τ=R26C15,截止频率f≈1/(2πR26C15)。当PWM周期远小于该时间常数时,2IN-得到方波平均值:
Vset≈D×Vpull
其中D为PWM高电平占空比,Vpull为1OUT上拉电压,低电平接近0V时忽略。该Vset作为比较器2的门限电压。C14用于相关节点的滤波与稳定,缺少时PWM纹波易使比较器误翻转。
三、比较器2与MOS开关控制如图示
2IN+接输出电压反馈Vout,2IN-接设定电压Vset。当Vout低于Vset时,2IN+小于2IN-,2OUT为低,MOS管导通,输出电压上升;当Vout高于Vset时,2IN+大于2IN-,2OUT为高,MOS管关断,输出电压下降。2OUT高低交替,MOS管工作在导通与关断状态。按给定逻辑,2OUT为低时MOS导通,2OUT为高时MOS关断。
四、闭环稳压与占空比调压
输出电压纹波使2IN+在Vset附近变化,比较器2反复翻转,MOS管进行开关斩波,输出经C13及负载滤波后得到平均电压。闭环调节结果使Vout平均值接近Vset。增大PWM占空比,Vset升高,输出电压升高;减小占空比,Vset降低,输出电压降低。调压通过改变PWM占空比实现。
五、元件作用与工作边界
R21、R24确定比较器1的翻转阈值,使3.3V PWM在12V和24V电源下均能可靠识别。R26、C15决定设定电压的响应速度和纹波。C13改善输出纹波,C14保证比较节点稳定。1OUT、2OUT均为开漏输出,需要上拉或合适驱动。2IN+直接接输出时,反馈电压应在LM393共模输入范围内,超出时应分压。
该电路适合小电流调压;电流增大时MOS管损耗和温升增加,需换大功率MOS管并考虑驱动、续流和散热。比较器2无滞环,开关频率受输出纹波、RC延迟和比较器响应速度影响。