オペアンプでPWM信号を増幅します。スルーレートは問題ですか？

小型のDCモーターを駆動するMOSFETを駆動するために、PWM信号を5Vから24Vに増幅する必要があります。入力信号の周波数は500Hzで、Arduino uno（ピン9）から供給されます。

典型的な非反転増幅器構成を使用することを考えた信号を増幅するため

^{この回路のシミュレーション – CircuitLabを使用して作成された回路図}

TL071などのオペアンプを使用する場合、一般的なスルーレートは16ボルト/マイクロ秒です。これは、オペアンプがPWMの高出力に到達するのに24/16 = 1.5マイクロ秒かかることを意味します。500 HzのPWM周波数では、PWM周期は2000マイクロ秒である必要があるため、これは私には受け入れられそうです。したがって、2000を超える1.5は無視できます。

他に考慮すべきことはありますか？たとえば、MOSFETがゲートを充電するのに必要な時間を考慮する必要がありますか？PWM信号を増幅するより良い方法はありますか？

さらに、PWM周波数を高くしたいとします。例えば2.5kHzまで。この場合、PWM周期は380マイクロ秒でなければなりません。380を超える1.5を考慮すると、スルーレートはまだ許容できるようです。

この種の電圧増幅には、通常... MOSFETを使用します。

シンプルなNチャネル1、ローサイドスイッチング、正の電源電圧に抵抗を接続：

^{この回路のシミュレーション – CircuitLabを使用して作成された回路図}

R1の値は、外部を切り替えるために必要なものによって異なります。

これは実際には反転回路ですが、実際には問題ではありません。ほとんどのMCUはPWMの極性を設定するか、論理的にデューティサイクルを反転させることができます。

これは、駆動しようとしているMOSFETのゲート電圧を上げる必要があると思う理由を本当に浮き彫りにします。

ここでは、いくつかの問題点や混乱している点があります。

1. MOSFETゲートの場合、24 Vは非常に高いです。これらは通常、10 Vまたは12 Vで完全に切り替わるように指定されています。24Vは、絶対的な最大値であり、切り替えの意図ではない場合があります。

2. ここではTL071はまったく不適切です。これらには、入力と出力の両方で両方の電源から数ボルトのヘッドルームが必要です。

3. 典型的な仕様は無意味です。

4. FETドライバを使用してください。デジタル信号からFETゲートを駆動することはまさにそのためです。

5. モーターの電源電圧とモーターの電流によっては、ゲートをわずか5 Vに切り替えると、良好にスイッチングするFETを使用できる場合があります。モーターの電源が30 V以下の場合、IRLML0030のようなものが機能します。ゲートを直接デジタル出力に接続するだけです。

6. 500 Hzはおそらく、モーターがパルスを機械的にフィルター処理するのに十分な速度です。ただし、可鳴音が発生する可能性が高く、電流は各パルスのオン時間とオフ時間中に大幅に変化します。

   泣き声を気にしない場合でも、電流が安定していることが重要です。モーターを流れる電流がDC成分とAC成分に分解されていると考えてください。DC成分のみがモーターを動かします。AC成分は何の役にも立ちませんが、モーターコイルの抵抗成分のために加熱が発生します。つまり、ACコンポーネントが少ないほど、モータードライブ全体の効率は高くなります。

あなたが分析して結論付けたものは、すばらしい、良い仕事に見えます。

オペアンプ出力とFETゲートの間に抵抗を配置する必要があります。これがないと、オペアンプの出力にFETゲートの容量があり、発振する可能性があります。FETのゲート容量を知らないと抵抗値は言えません。ただし、通常使用される値は通常470 Rまたは1 Kなので、

他に考慮すべきことはありますか？

ゲートドライバーは、通常、ドライブするスイッチャーの機能です。最も重要な要素は、現在の機能、周波数制限、およびドライブトポロジです。

ごくまれに、ここで使用されているリニアアンプを確認します。Googleゲートドライバーを使用すると、より多くの洞察を得ることができます。