So etwas sollte gut funktionieren. Teile sind nur ein Beispiel, die Optimierung erfordert mehr Arbeit (und Informationen).

^{Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan}

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Bearbeiten:

Ich wurde um eine Analyse des Verstärkers gebeten (Verstärkung = +2 für Schalter geschlossen, -2 für Schalter offen).

Beachten Sie zunächst, dass die Eingänge des Operationsverstärkers aufgrund von R3 / R5 immer bei Vin / 2 ausgeglichen sind.

(Beachten Sie auch, dass sie immer positiv sind, da Vin von 0 V bis 5 V variiert, sodass M1 immer eine positive Spannung am Drain sieht - 0 bis 2,5 V für 0 bis 5 V Eingang)

Schalten Sie M1 offen (aus), wir haben Strom (Vin - Vin/2)/R2, der durch R2 fließt, also muss - (Vout - Vin/2)/R1 mit KCL durch R1 fließen.

Auflösen für Vout/Vin = 1/2 - R1/(2*R2) = -2,00 für R1 = 5*R2

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Bei geschlossenem Schalter (angenommen M1 = 0$\Omega$) haben wir einen zusätzlichen Begriff und bei erneuter Verwendung von KCL lautet das Ergebnis:

Vin/(2*R2) – Vin/(2*R4) + (Vout – Vin/2)/R1 = 0

Auflösen für Vout/Vin = 1/2 +R1/(2*R4) - R1/(2*R2) = +2,00 für R1 = 5*R2 R4 = (25/40) * R2.

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Ich kann dort ein analoges Schema sehen, was cool ist, aber eine Sache stört mich. Wenn Sie ein Richtungssignal im System haben, sind Sie sicher, dass PWM verwendet wird, um tatsächlich Geschwindigkeit / Position / Spannung zu modulieren, oder dass es verwendet wird, um Frequenz zu erzeugen? Ich habe mehrere Systeme gesehen, bei denen Menschen Schrittmotoren mit Richtungssignal und PWM-Signal gesteuert haben, das für das Schrittsignal verwendet wurde. Das ist falsch! Trotzdem tun es die Leute.

Tatsächlich weist die Frage darauf hin, dass in bestimmten Systemen ein Impuls- / Richtungsantrieb durch einen analogen Antrieb ersetzt wurde und eine Art Schnittstelle erforderlich ist, um die Dinge wieder zusammenzufügen.

Wenn dies der Fall ist, hilft keine analoge Schaltung. Da die Informationen nicht kompatibel sind, sind Impulse die Position, während der analoge Befehl aktuell ist (normalerweise nicht immer). Und wenn dies der Fall ist, benötigen Sie ein digitales Gerät, FPGA oder Mikrocontroller, das die Impulse erfasst und den aktuellen Sollwert entsprechend berechnet. Tatsächlich ist es eines der Merkmale moderner Servoantriebe. Es wird wahrscheinlich die Schleife schließen müssen, sonst häufen sich schnell Fehler. Also unterm Strich, wenn dies der Fall ist, überdenken Sie das System.

Hier ist eine Single-IC-Lösung, die Ihnen ziemlich nahe kommt:

Anmerkungen

• V1 ist Ihre PWM-Erzeugungsschaltung. Dieser sollte niederohmig sein. Die meisten Mikrocontroller-Ausgänge würden ausreichen, abhängig von der Eingangsimpedanz Ihres Tiefpassfilters.
• R1 und C1 bilden den Tiefpassfilter. Sie können dies so aufwendig oder so einfach machen, wie Sie möchten. Ich habe einfach gewählt.
• R4 wird verwendet, um den Offset einzustellen. Wenn Ihre Eingangs-PWM 0 V bis +3,3 V beträgt und Ihr gewünschter Ausgangsbereich -10 V bis +10 V beträgt, kommen Sie mit 6,3 k ziemlich nahe.
• R6 und R5 werden verwendet, um Ihren Spannungsausgang nach dem Einstellen von R4 zu skalieren.

Anpassen der Schaltung

Wenn Sie die Schaltung manuell anpassen müssen, schlage ich vor, dass Sie R5 kurzschließen, um einen Spannungsfolger herzustellen, und R4 anpassen, bis ein 50%iges Tastverhältnis eine Ausgangsspannung von 0 V ergibt.

Wir können auch etwas Mathematik verwenden, um unsere Schaltungsbeziehungen zu finden. In dieser Schaltung stellt das Anpassen von R4 wirklich den Spannungsteiler von R1 und R4 so ein

$$(\frac{V1_{max}}{2} - V_{neg})\frac{R_4}{R_1 + R_4} - V_{neg}= 0$$

Angenommen V1= 3,3 V und V _neg = 10 V:

$$(\frac{3.3V}{2} - 10V)\frac{R_4}{R_1 + R_4} - 10V = 0$$ $$(11.5V)\frac{R_4}{R_1 + R_4} - 10V = 0$$ $$\frac{R_4}{R_1 + R_4} = 0.8696$$ $$6.67R_1 = R_4$$

Sobald Sie Ihren Offset eingestellt haben, beginnen Sie mit der Anpassung von R5, bis Sie bei 100 % Tastverhältnis 10 V und bei 0 % Tastverhältnis -10 V erhalten. Auch hier sollten Sie in der Lage sein, diesen Schritt zu berechnen:

$$V_{out,max} = GV_{in,max}$$

Wobei „G“ die Verstärkung der Operationsverstärkerschaltung und V _in,max die maximale Spannung an V ₊ (oder die PWM bei 100 % Tastverhältnis) ist. In einem invertierenden Verstärker

$$G = 1 + \frac{R5}{R6}$$

Von diesem Punkt an sollten Sie in der Lage sein, die Substitution zu verwenden und zu geeigneten Werten für R5 und R6 zu gelangen.

Wie einige der Kommentare zeigen, brauchen wir ein wenig mehr Informationen. Ich gehe hier davon aus, dass Sie Mikrocontroller verwenden und dass sowohl Ihre PWM- als auch Ihre digitalen Ausgangspins mit 0-3,3 V arbeiten. Hier ist die digitale Logik, die Sie zuerst zu implementieren versuchen:

PWM-VERZEICHNIS | Ausgang
  1 0 | 1 (Vorwärtsrichtung)
  0 0 | 0 (Weiterleiten)
  1 1 | 0 (Rückwärts)
  0 1 | 1 (Rückwärts)

Dies repräsentiert die XOR-Logik. Der einfachste Weg, dies zu implementieren, wäre die Verwendung eines einfachen XOR-ICs und eines Pegelumsetzers. Ein Tiefpassfilter ist nicht wirklich erforderlich, wenn Sie einen Motor antreiben, da die Spulen im Motor als Tiefpassfilter wirken