GP8101C：高性能 PWM 轉(zhuǎn) 0-10V 模擬電壓輸出芯片

適用于馬達(dá)調(diào)速、LED 調(diào)光、變頻器、伺服控制與工業(yè)模擬信號(hào)輸出

在工業(yè)控制、馬達(dá)調(diào)速、LED 調(diào)光、變頻器和伺服系統(tǒng)等應(yīng)用中，控制器常常能夠方便地產(chǎn)生 PWM 信號(hào)，但現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備或后級(jí)執(zhí)行單元往往需要標(biāo)準(zhǔn)模擬電壓信號(hào)，例如 0-10V。如何將 PWM 信號(hào)穩(wěn)定、線性、低成本地轉(zhuǎn)換成模擬電壓輸出，是很多工業(yè)控制產(chǎn)品設(shè)計(jì)中必須解決的問(wèn)題。

GP8101C 是一款高性能 PAC 芯片，即 PWM 到模擬電壓轉(zhuǎn)換器。它可以將 0%-100% 占空比的 PWM 輸入信號(hào)線性轉(zhuǎn)換為 0-10.05V 模擬電壓輸出，相當(dāng)于一個(gè)以 PWM 為輸入、以模擬電壓為輸出的 DAC。芯片具備高精度、低溫漂、響應(yīng)快、外圍簡(jiǎn)單、內(nèi)置保護(hù)等特點(diǎn)，適合用于需要 0-10V 控制信號(hào)輸出的工業(yè)與電源控制場(chǎng)景。

一、產(chǎn)品概述

GP8101C 支持 50Hz 至 50kHz 的 PWM 輸入頻率范圍，可將輸入占空比轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的模擬電壓輸出。當(dāng)輸出范圍為 0-10.05V 時(shí)，其輸出關(guān)系為：

VOUT = 10.05V × DPWM

其中，DPWM 為輸入 PWM 信號(hào)的占空比。芯片支持 2.7V-5.5V 高電平 PWM 輸入，便于與常見(jiàn) MCU、隔離光耦輸出或邏輯控制電路連接。EN 引腳內(nèi)部上拉，懸空或上拉時(shí)正常輸出，接地時(shí)關(guān)閉輸出，適合實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)級(jí)使能控制和低功耗關(guān)斷。

特性

GP8101C將0%-100%占空比的PWM信號(hào)輸入，線性轉(zhuǎn)換成0-10.05V的模擬電壓輸出。

輸入信號(hào)范圍0%-100%

輸入PWM信號(hào)的頻率范圍: 50Hz to 50KHz（PWM頻率高，性能會(huì)有些許下降）

輸入PWM信號(hào)高電平：2.7V-5.5V

支持使能和關(guān)斷輸出0-10.05V功能

內(nèi)置高性能低溫漂帶隙基準(zhǔn)，輸出溫度系數(shù)典型20ppm/℃

輸出滿(mǎn)量程電壓誤差：< 0.2%（0.1% typ）

輸出電壓線性度誤差：0.1% typ

電壓系數(shù)：<40ppm/V

電流系數(shù)：100ppm/mA typ

驅(qū)動(dòng)能力：10mA Max

內(nèi)置過(guò)流保護(hù)、低壓保護(hù)

ESD能力： > 2KV

電源電壓：11V - 32V

封裝：SOIC-8

功耗：<1.5mA

啟動(dòng)時(shí)間：<2ms

響應(yīng)周期：三周期響應(yīng)

建立時(shí)間：<200us

工作溫度： -40°C to 125°C

二、描述

GP8101C是一個(gè)PWM信號(hào)轉(zhuǎn)模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換器，相當(dāng)于一個(gè)PWM信號(hào)輸入，模擬信號(hào)輸出的DAC。此芯片可以將占空比為0%到100%的PWM信號(hào)線性轉(zhuǎn)換成0-10.05V的模擬電壓，并且輸出滿(mǎn)量程電壓精度小于0.2%。

三、應(yīng)用

· 馬達(dá)調(diào)速：將 MCU PWM 信號(hào)轉(zhuǎn)換為 0-10V 調(diào)速信號(hào)，控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)器或調(diào)速模塊。

· LED 調(diào)光：實(shí)現(xiàn) PWM 到模擬調(diào)光電壓的轉(zhuǎn)換，適合需要模擬調(diào)光輸入的照明驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。

· 變頻器與伺服調(diào)速：輸出標(biāo)準(zhǔn) 0-10V 控制信號(hào)，便于與工業(yè)驅(qū)動(dòng)設(shè)備連接。

· 工業(yè)模擬信號(hào)隔離：配合光耦或隔離電源實(shí)現(xiàn)控制側(cè)與輸出側(cè)隔離，提高系統(tǒng)安全性。

· 電源控制：用于電源模塊、電壓控制接口或模擬給定信號(hào)輸出。

四、外圍電路

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下圖為標(biāo)準(zhǔn)推薦電路，與GP8101和GP8101S有所不同

注意：

1、V5V為內(nèi)部穩(wěn)壓LDO輸出，端口上必須接大于1uF的電容

2、EN端口默認(rèn)上拉，內(nèi)部上拉，接地關(guān)閉輸出；外部可接2.7-5.5V電平用于使能。

3、VOUT作為板間接口使用時(shí)，輸出加10Ω保護(hù)電阻及單向TVS，推薦型號(hào)SMBJ12A或SMBJ15A。

4、與GP8101和GP8101S在輸出端口上的區(qū)別是輸出無(wú)需外接電容即可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定。

5、輸出的10Ω電阻的保護(hù)電阻，建議使用0805及以上封裝進(jìn)行端口防護(hù)，可以不用。

6、如果接電機(jī)或變頻器控制，干擾特別大的場(chǎng)合需要在基礎(chǔ)電路的基礎(chǔ)上增加抗干擾電路，π型濾波（共模電感（mH級(jí)），兩側(cè)電容1uF），常規(guī)電機(jī)及變頻器場(chǎng)景可以使用推薦電路，為防止地干擾，地線上可以增加一個(gè)熱敏電阻MZ11-10A200 。

7、TVS選擇單向，例如SMBJ15A。

注意：該圖為PWM和輸出之間的關(guān)系

五、方案價(jià)值總結(jié)

GP8101C 面向 PWM 轉(zhuǎn) 0-10V 模擬電壓輸出場(chǎng)景，能夠幫助工程師用更少的外圍器件、更簡(jiǎn)單的電路結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、線性、低溫漂的模擬電壓輸出。相比傳統(tǒng) RC 濾波加運(yùn)放方案，GP8101C 在精度、一致性、響應(yīng)速度、溫漂控制和量產(chǎn)穩(wěn)定性方面更具優(yōu)勢(shì)。

對(duì)于馬達(dá)調(diào)速、LED 調(diào)光、變頻器、伺服調(diào)速、工業(yè)模擬信號(hào)隔離及電源控制等應(yīng)用，GP8101C 可以作為 MCU PWM 輸出與工業(yè)模擬控制接口之間的高效橋梁，幫助產(chǎn)品快速實(shí)現(xiàn) 0-10V 標(biāo)準(zhǔn)模擬信號(hào)輸出。

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