干貨！幾個0-10V輸出電路設(shè)計思路及技術(shù)分享

前言

在工業(yè)領(lǐng)域用的最多的模擬量輸出有這幾種常用的傳輸方式：

4~20mA、0~5V、0~10V、頻率輸出

本期分享的是其中的0~10V輸出電路的幾個電路原理圖。這幾個電路圖有一個共性，那就是都是通過PWM轉(zhuǎn)化為0~10V輸出（工程上使用這種控制邏輯也更多，因為往往這種控制都需要數(shù)字隔離，所以PAC是常見的最優(yōu)解）。

方案1：一個開源的0~10V輸出電路

這個電路使用TL431作為基準源， 輸出2.5V的基準電壓。左下角的單片機控制MOS管，本質(zhì)上也算是一個電平轉(zhuǎn)換， 將單片機輸出的PWM變?yōu)榫珳实?.5V占空比0%~100%的PWM。

然后這個信號再給到一個 二階的RC濾波器 ， 濾掉高次諧波，保留直流分量 0-2.5V電壓（類似DAC），這部分在之前推文寫的PWM做DAC里有過介紹。

然后這個 直流分量（0~2.5V） 再給運算放大器處理，下圖的運算放大器器第一級是一個4倍放大的同相比例放大，將0~2.5V放大到0~10V ，然后再過R22和C14的RC濾波后再過R20和C18的RC濾波后，接到第二級運算放大器，第二級運算放大器接為了一個 電壓跟隨器 。然后第二級運算放大器再接L1和C19，C20的LC濾波后輸出給后級。

方案2：抄的手持信號發(fā)生器0~10V輸出電路

這個電路的思路實際上和第一個思路類似，主要思路都是將單片機的3.3V幅值PWM轉(zhuǎn)化為2.5V幅值PWM（因為單片機是LDO供電，一般這個LDO的輸出電壓不準，尤其是高低溫下的溫漂往往很大，所以需要轉(zhuǎn)化為基準電壓的方波）。然后再將這個基準后的2.5V的PWM經(jīng)過二階RC濾波之后轉(zhuǎn)化為一個DAC信號，再通過一個同相比例放大器放大四倍之后再經(jīng)過一級RC濾波和TVS保護之后輸出0~10V電壓。

第二種我認為比第一種更好，因為我感覺這種邏輯門的高低溫特性（從高低溫下的開關(guān)速度）會優(yōu)于MOS管做的電壓轉(zhuǎn)化。

方案3：最近發(fā)現(xiàn)的一個更爽且穩(wěn)定的方案

第三種方案是我最近也是看到群里有朋友在使用的客益微的GP8001的方案，所以我也研究了一下，發(fā)現(xiàn)確實非常不錯，不止外圍電路簡單，輸出精度高，并且價格也不貴（看立創(chuàng)1.7左右，量大價錢更便宜）。電路圖我也畫了一下，如下所示：

上面的電路圖中，僅僅一顆SOT23-6芯片就實現(xiàn)了PWM轉(zhuǎn)化為0~10V的電壓輸出，即完成了方案1和方案2的那一坨電路實現(xiàn)的功能，并且精度以及可靠性都要更優(yōu)越。下圖是GP8001的內(nèi)部邏輯框圖：

GP8001是寬壓供電的，支持11~36V電壓供電輸入，這個非常NICE，這樣的話某些場合下就可以省去一顆LDO或DCDC電源芯片。并且GP8001內(nèi)置了一個5V的穩(wěn)壓器（輸出電流能力不強，作為外部供電的話最好使用三極管搭射極跟隨擴流），例如下圖中為光耦做供電，就使用了射極跟隨器擴流（輸出電壓大概是5-Vbe=4.3V左右）。

輸出精度對比：

在方案1和方案2中，最終輸出精度會因為運放的失調(diào)電壓、失調(diào)電流的溫漂，基準源的溫漂、邏輯門輸出幅值的溫漂、外圍電阻器的溫漂等等因素而很難控制。下圖是我截圖的方案1和方案2精度受制約一些溫漂參數(shù)：

而在GP8001這個芯片的電壓輸出精度，典型值可以做到20ppm/℃，最大不超過30ppm/℃。這個精度也不是普通的分立器件搭建可以做到的（如果想高精度必須外置高精度基準源+低溫漂運放，那樣的話成本又和這個單顆芯片沒法比了）。

總結(jié)

• 常見0-10V PWM積分然后運放放大。為了獲取低溫漂高性能的0-10V，需要用到PWM+電平轉(zhuǎn)換+運放+精密電阻，成本較高。

• GP8001的解決方案，SOT23-6小封裝、外圍簡潔、內(nèi)置低溫漂基準、線性度好、響應(yīng)速度快（三個PWM周期響應(yīng)+50us建立）、驅(qū)動能力強。

• 現(xiàn)在電路的集成度在越來越高，我們也要與時俱進。可以使用集成度高的方案就使用集成度高的方案，不僅可以簡化設(shè)計，更可以優(yōu)化成本，控制精度！客益微的GP8001這款PAC芯片不僅是一個控制精度高，更是一個簡單可靠的PWM轉(zhuǎn)模擬量方案，是蠻值得推薦的！

分享點贊在看??