PWM + filtro LC - valor de voltaje no lineal con ciclo de trabajo

Estoy experimentando con el filtro PWM y LC y creo que funciona correctamente cuando se trata de suavizar la señal, pero por alguna razón, el voltaje en la salida no es lineal con el ciclo de trabajo. Utilizo un inductor de 56uH y un condensador de 220uF (de 1 / (2 * PI * sqrt(L * C))1433Hz). La señal PWM tiene una frecuencia de 20kHz. El suavizado se ve así en el osciloscopio con 50mV/div:

salida de osciloscopio, 50mV/div

El problema es que el voltaje no aumenta linealmente con el ciclo de trabajo. Uso una salida de 5V de arduino con una resistencia de 1k con un LED, lo que me da un poco menos de 2V pasando por el LED. Después de conectar un inductor y un capacitor, el voltaje en el ciclo de trabajo del 100 % sigue siendo un poco menos de 2 V y cae correctamente a 0 para el 0 %. Pero lo que sucede en el medio es inesperado. El voltaje es casi máximo en aproximadamente el 33% del ciclo de trabajo y cambia solo un poco cuando sube al 100%.

¿Es algo normal? Si eso es correcto, ¿cómo calculo el voltaje según el ciclo de trabajo? Si eso no se espera, ¿qué debo buscar en mi circuito?

Aquí hay un esquema:

esquemático

Y también una descripción general de cómo lo conecto a arduino, por si acaso:

arduino con protoboard y conexiones

Esquema, por favor.
Lo siento, debería haberlo agregado en primer lugar. Ya está en la publicación.
¿La salida PWM es push-pull de la MCU?
@Andyaka No estoy seguro de lo que quieres decir con eso. El PWM es generado por arduino. La frecuencia se establece mediante la biblioteca de frecuencias PWM . Podría pegar una foto de un PWM sin filtrar, pero básicamente es lo que esperarías: onda cuadrada con una frecuencia de 20 kHz.

Respuestas (2)

Con la resistencia en serie con el inductor y su alcance a través del LED, obtendrá un voltaje creciente con un ciclo de trabajo creciente, luego el LED comienza a conducir a aproximadamente 2 o 3 voltios y no verá ningún aumento en el aumento de voltaje. Intente poner la resistencia en serie con el LED y mida a través de R y LED, no solo a través del LED: -

ingrese la descripción de la imagen aquí

Como puede ver, para elevar el voltaje a través del LED a aproximadamente 1,6 voltios, se requiere prácticamente cero corriente del pin MCU. Para elevarlo a 2 voltios se requieren 20 mA y eso rondará el límite de su dispositivo. Oye, incluso si pudiera suministrar 50 mA, el voltaje del LED aumentaría solo a unos 2,37 voltios. Mira esto si quieres más aclaraciones.

Además, asegúrese de que la salida de su MCU sea capaz de manejar el retroceso del inductor sin causar problemas. Normalmente se usa un diodo fly-back o una etapa push-pull de servicio más pesado.

Además, deshágase de esas imágenes de alcance sin sentido, sabemos que mostrarán un voltaje de CC debido al límite de 220uF, solo díganos cuál es el voltaje midiéndolo con un multímetro.

¡Gracias, ahora funciona correctamente! Perdón por el exceso de imágenes del osciloscopio, pensé que podría ser útil.
Con respecto al retroceso, en el circuito real usaré mosfets, por lo que será una historia un poco diferente. Primero quería verificar el filtrado sin mosfets para ver si funciona correctamente en un circuito más simple.
Intuitivamente, el inductor tiene una resistencia de CC de cero ohmios (o lo suficientemente cercana), por lo tanto, la salida de CC promedio es la misma que la entrada de CC promedio, incluso en condiciones de carga bastante severas. Obligado a trabajar!!

No puedo estar seguro sin ver el diagrama del circuito, pero parece que ha creado un circuito RC, que está atenuando el voltaje del circuito PWM.

Los LED funcionan en CC, por lo que lo que probablemente sucede (nuevamente, dependiendo del circuito) es que está cargando el capacitor y está normalizando el voltaje.

Sí. Al OP, mueva la resistencia para que esté directamente en serie con D1 e intente nuevamente. Tenga en cuenta que los diodos no son una buena carga para los reguladores de voltaje, porque comenzarán a conducir corrientes muy grandes una vez que se polaricen hacia adelante y usted intente aumentar el voltaje.
Moví la resistencia para estar en serie con D1 y no cambió nada. Tampoco estoy seguro de si está viendo un problema correcto: agregué algunas fotos más del osciloscopio para mostrar el problema real, la primera foto fue solo para mostrar que el suavizado funciona.
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