ＰＷＭ至线性信号转换电路

本文介绍了一种将PWM信号转换成放大、缓冲后的线性信号的电路，适用于风扇速度控制，允许在3.3V输入时提供12V风扇的线性控制。
Maxim提供各种PWM输出的风扇速度控制器，使风扇速度随着温度的变化而改变。通过周期性地控制风扇电源的通、断实现这一控制方案，风扇速度由PWM信号的占空比设置。这种方案的典型应用电路对大多数情况是可以接受的。然而，有些情况下，由于风扇调制能够产生嘈杂的噪音，需要用固定电源为风扇供电。。
如果给风扇周期性供电产生较大的噪音，可以考虑采用图1所示电路。这种情况下，一对儿互补BJT管(Q1)和PMOS FET (Q2)构成线性放大器。

图1. 将低压PWM信号转换成放大、缓冲后的线性输出的简单电路。

该电路工作原理如下：Q1中PNP管的基极是放大器的同相输入。NPN管的发射极是反相输入。PNP管配置为射随器，NPN管既可作为射随器，也可以作为初级放大单元。由于PNP管和NPN管工作在大致相同的电流密度和温度条件下，两个输入电压近似地相互保持一致，流出反相输入端的电流镜像到NPN管的集电极，在电阻R2上产生压降。R2的压降驱动Q2的VGS，在Q2的漏极被放大，成为放大器的输出。随着放大器输出的升高，当电压达到足以使流出反相输入端的电流为零时，即达到了放大器的稳定工作点。
这里采用的放大器大约有100mV的输出失调，这是由于强制R2的压降达到Q2 VGS的临界值造成的。这对指定的风扇速度控制应用是不合理的。将放大器增益设置为+4，适合3.3V PWM信号，当PWM信号达到100%占空比时，信号电平达到最大输出摆幅12V。
对于Q1，可以选择CMXT3946，它是双晶体管互补结构，当然，也可以用分立晶体管替代，本质上并不会降低性能。对于大多数单风扇驱动系统，可以选用ZXM61P02 PMOS FET，其800mW的最大功率耗散能力能够以高达133mA、6V的输出驱动风扇。由于大多数风扇近似为阻性负载，峰值电流为250mA或低于12V的风扇是可接受的。当然，应该对风扇的整个工作范围进行测试，以确保功耗在PMOS FET所允许的范围内。驱动多个风扇时，应该用SOIC封装的MOSFET取代SOT23器件。
该电路没有给出输入滤波器的元件值，选择截止频率，1/[6.28*R*C]，至少比PWM频率高两个数量级，以减小输出端的PWM信号纹波。由于电路输入阻抗较高，电阻值允许高至100k。