Shim la 555 cu feedback. Regulator PWM puternic

Un alt dispozitiv electronic cu aplicație largă.
Este un controler PWM (PWM) puternic cu control manual fluid. Funcționează la o tensiune constantă de 10-50V (este mai bine să nu depășești intervalul de 12-40V) și este potrivit pentru reglarea puterii diverșilor consumatori (lămpi, LED-uri, motoare, încălzitoare) cu un consum maxim de curent de 40A.

Trimis într-un plic căptușit standard




Carcasa este ținută împreună cu zăvoare care se rup ușor, așa că deschideți-o cu grijă.


În interiorul plăcii de circuite și a butonului de reglare scos


Placa de circuit imprimat este din fibră de sticlă cu două fețe, lipirea și instalarea sunt îngrijite. Conexiune printr-un bloc de borne puternic.




Fantele de ventilație din carcasă sunt ineficiente, deoarece... acoperit aproape complet de placa de circuit imprimat.


Când este asamblat, arată cam așa


Dimensiunile reale sunt puțin mai mari decât cele menționate: 123x55x40mm

Schema schematică a dispozitivului


Frecvența PWM declarată este de 12 kHz. Frecvența reală variază în intervalul 12-13 kHz la ajustarea puterii de ieșire.
Dacă este necesar, frecvența de funcționare PWM poate fi redusă prin lipirea condensatorului dorit în paralel cu C5 (capacitate inițială 1nF). Nu este indicat sa cresteti frecventa, deoarece pierderile de comutare vor crește.
Rezistorul variabil are un comutator încorporat în poziția cea mai din stânga care vă permite să opriți dispozitivul. Există, de asemenea, un LED roșu pe placă care se aprinde atunci când regulatorul funcționează.
Din anumite motive, marcajele de pe cipul controlerului PWM au fost șterse cu grijă, deși este ușor de ghicit că este un analog al NE555 :)
Intervalul de reglare este aproape de 5-100% declarat
Elementul CW1 arată ca un stabilizator de curent în corpul diodei, dar nu sunt sigur exact...
Ca și în cazul majorității regulatoarelor de putere, reglarea se realizează prin conductorul negativ. Nu există protecție la scurtcircuit.
Inițial nu există marcaje pe ansamblul mosfet-urilor și al diodelor, acestea sunt amplasate pe radiatoare individuale cu pastă termică.
Regulatorul poate funcționa la sarcină inductivă, deoarece La ieșire există un ansamblu de diode Schottky de protecție, care suprimă EMF de auto-inducție.
Un test cu un curent de 20A a arătat că caloriferele se încălzesc ușor și pot consuma mai mult, probabil până la 30A. Rezistența totală măsurată a canalelor deschise ale lucrătorilor de câmp este de numai 0,002 Ohm (scade 0,04V la un curent de 20A).
Dacă reduceți frecvența PWM, veți scoate toți cei 40A declarati. Scuze, nu pot verifica...

Circuitul de temporizator integrat NE555 (analog domestic al lui KR1006VI1) și-a găsit o aplicație largă în dispozitivele de control și în special în regulatoarele de viteză PWM pentru motoarele de curent continuu.

Există mai multe moduri de a regla viteza motoarelor cu curent continuu (DCM):
1. Reglarea reostatică.
2. Reglarea pulsului.
Utilizarea controlului reostatic al vitezei DPT duce la necesitatea instalării de reostate puternice care generează o cantitate mare de căldură. Cel mai economic mod poate fi considerat controlul vitezei PWM al DPT (Figura 1).

Figura 1.

Baza circuitului de control al vitezei motorului cu impuls este un multivibrator bazat pe temporizatorul NE555. Circuitul de mai sus vă permite să ajustați ciclul de funcționare al impulsurilor, determinat de raportul dintre timpul de încărcare și de descărcare al condensatorului C1.

Condensatorul C1 este încărcat prin următorul circuit: +12V - R1 - D1 - partea stângă a rezistenței P1 - C1 - GND. Circuitul de descărcare a condensatorului:: placa superioară C1 - partea dreaptă a rezistenței P1 - D2 - pinul 7 al temporizatorului - placa inferioară C1. Timpul de încărcare și descărcare este determinat de valoarea rezistenței active P1 din circuit (poziția motorului cu rezistență variabilă).

O altă opțiune pentru implementarea unui circuit de control al vitezei motorului de curent continuu este prezentată în Figura 2. O caracteristică distinctivă a acestui circuit este prezența diodei D4, care împiedică descărcarea condensatorului de sincronizare prin sarcină (motor).

Figura 2.

O modificare a ciclului de lucru al impulsului de control duce la o modificare a tensiunii la armătura motorului de curent continuu (Figura 3).

Figura 3.

Aspectul regulatorului de viteză PWM pentru un motor de curent continuu bazat pe cipul cronometru integrat NE555 este prezentat în Figura 4.

Figura 4.

O altă opțiune pentru implementarea principiului de control DPT discutat anterior poate fi următoarea schemă:

Figura 5.

În diagrama de mai sus, comutatorul tranzistorului este conectat la „firul pozitiv” al sursei de alimentare. Deschiderea tranzistorului în treapta de ieșire a circuitului va necesita o sursă de alimentare suplimentară. În circuitul de mai sus, funcția sa este îndeplinită de condensatorul C1. Deschiderea tranzistorului VT1 se realizează numai atunci când tranzistorul VT2 este deschis prin circuitul condensatorului C2. Tranzistorul de ieșire este oprit atunci când poarta sa este conectată la sursă (tranzistorul VT3 este deschis). Pornirea și oprirea tranzistorului de ieșire duce la ocolirea optocuplatorului OP1 și la oprirea/pornirea sarcinii.

Recent, a apărut nevoia de a regla curentul de încărcare în încărcător și, așa cum ar trebui să fie în astfel de cazuri, am căutat puțin pe Internet și am găsit o diagramă simplăRegulator PWM activat cronometru 555.

Acest regulator PWM este potrivit pentru reglarea:

Viteza motorului

Luminozitatea LED-urilor

Reglarea curentului din încărcător

Circuitul funcționează perfect în intervalul de până la 16V fără modificare. Tranzistorul cu efect de câmp practic nu se încălzește la sarcini de până la 7A, deci nu are nevoie de radiator.

Puteți utiliza orice diode, condensatoare de aproximativ aceeași valoare ca în diagramă. Abaterile de un ordin de mărime nu afectează în mod semnificativ funcționarea dispozitivului. La 4,7 nanofarad setati in C1, de exemplu, frecventa scade la 18 kHz, dar este aproape inaudibila.

Dacă după asamblarea circuitului, tranzistorul de control al cheii se încălzește, atunci cel mai probabil nu se deschide complet. Adică, există o cădere mare de tensiune pe tranzistor (este parțial deschis) și curentul curge prin el. Ca urmare, se disipează multă putere pentru încălzire. Este recomandabil să puneți în paralel circuitul la ieșire cu condensatori de mare capacitate, altfel va cânta și va fi prost reglat. Pentru a evita fluierul, selectați C1, fluierul provine adesea de la acesta.

Dacă trebuie să reglați fără probleme viteza unui motor electric sau luminozitatea unei lămpi, ar trebui să priviți spre controlul PWM. PWM este prescurtarea pentru numele lung și înfricoșător „modularea lățimii pulsului”. Care este acest nume groaznic, veți înțelege cu ușurință mai târziu din fotografiile ecranului osciloscopului, dar deocamdată să ne uităm la diagrama viitorului dispozitiv (regulator).

Schema este clasică, probabil că este imposibil de găsit autorul. În orice caz, îi mulțumim pentru acest circuit de încredere, testat în timp! Inima regulatorului este un generator asamblat pe un dispozitiv cunoscut sub o duzină de nume. Pentru început, ar trebui să luați un cip într-un pachet DIP, este mai ușor să-l lipiți pe o placă (de exemplu, folosim o placă fără lipire).

Colectăm elementele conform diagramei. S-a dovedit ceva de genul:

Acum, mai detaliat despre elementele circuitului:

Condensatorul C1 este elementul principal care stabilește frecvența de funcționare a noastră Regulator PWM. În acest caz, am instalat un condensator cu o capacitate de 10nF sau 0,001 μF (indicat pe carcasă prin numărul 102). În acest caz, frecvența generatorului va fi de aproximativ 35 kHz. Poate fi necesar să reduceți frecvența de funcționare a circuitului pentru a face acest lucru, trebuie să creșteți capacitatea condensatorului C1.

Dioda D3 este necesară pentru a „reseta” supratensiunile inductive inverse, de unde provin - nu vă gândiți la asta deocamdată, ne vom aminti de cursul de fizică școlar mai târziu... Principalul lucru, atenție - dioda trebuie să fie Schottky!!! O diodă redresoare simplă (nu rapidă) nu este capabilă să funcționeze de înaltă calitate la astfel de frecvențe și va merge rapid într-o altă lume, în Silicon Valley.

În ceea ce privește tranzistorul mosfet... Orice tranzistor care se potrivește cu valoarea dvs. actuală va fi bine. Nu este nevoie să încercați să instalați un tranzistor cu o rezervă de curent de cinci ori, rețineți că, cu cât mosfetul este mai puternic, cu atât este mai mare capacitatea porții și, în consecință, cu atât este nevoie de încărcare mai mult timp; Când poarta este încărcată pentru o perioadă lungă de timp, tranzistorul funcționează într-un mod tranzitoriu greu și începe să provoace încălzirea globală pe pământ, cu toate acestea, aceasta se termină rapid cu moartea tranzistorului. În acest caz, este necesar să se reducă frecvența generatorului prin creșterea capacității C1.

Circuitul este operațional cu o sursă de alimentare de la 5 la 18 volți pentru tensiuni mai mari, este necesar să se reducă tensiunea de alimentare a cipului temporizatorului, de exemplu, printr-un circuit integrat.

În acest manual, vă voi arăta cum să creați un controler simplu PWM (Pulse Width Modulation) folosind un cip 555, un cronometru și alte câteva componente. Este foarte simplu și circuitele lui NE555 funcționează bine pentru controlul LED-urilor, becurilor, servomotoarelor sau motoarelor DC.

Controlerul meu 555 PWM poate schimba doar ciclul de lucru de la 10% la 90%.

Pasul 1: Ce este PWM

Modularea lățimii de impuls (PWM) a unui semnal sau a unei surse de alimentare implică modularea ciclului său de funcționare fie pentru a transmite informații printr-un canal de comunicație, fie pentru a controla puterea trimisă. Cea mai simplă metodă de generare a unui semnal PWM necesită doar o formă de undă cu dinte de ferăstrău sau triunghi (generată cu ușurință folosind un oscilator simplu) și un comparator.

Atunci când valoarea semnalului de referință (undă sinusoidală verde din Figura 2) este mai mare decât semnalul de modulație (albastru), semnalul PWM (magenta) este în starea înaltă, altfel este în starea scăzută. Dar în PWM-ul meu nu voi folosi un comparator.

Pasul 2: Tipuri PWM

Există trei tipuri de PWM:

1. Centrul ondulației poate fi fixat în mijlocul ferestrei de timp, iar ambele margini ale pulsului sunt mutate pentru a comprima sau extinde lățimea.
2. Marginea anterioară a ondulației poate fi menținută la marginea anterioară a ferestrei de timp, iar marginea posterior va fi modulată.
3. Marginea de coadă a pulsației poate fi fixată, în timp ce marginea anterioară va fi modulată.

Trei tipuri de semnale PWM (albastru): modulație la marginea anterioară (rândul de sus), modularea la marginea de sus (rândul din mijloc) și ondularea mijlocie (ambele margini modulate, rândul de jos). Liniile verzi sunt semnalele dinți de ferăstrău utilizate pentru a genera semnale PWM folosind metoda intersecției.

Pasul 3: Cum ne poate ajuta PWM?

Nutriţie:
PWM poate fi utilizat pentru a reduce cantitatea totală de putere furnizată la sarcină fără pierderile suportate în mod obișnuit la limitarea sursei de alimentare prin mijloace rezistive. Acest lucru se datorează faptului că puterea medie furnizată este proporțională cu ciclul de modulație.

La o rată de modulație suficient de mare, filtrele electronice pasive pot fi utilizate pentru a netezi trenul de impulsuri și a restabili semnalul analogic mediu.

Sistemele de control al puterii PWM de înaltă frecvență sunt ușor de implementat folosind comutatoare cu stare solidă. Stările de pornire/oprire a modulației discrete sunt utilizate pentru a controla starea comutatorului (comutatorilor), care controlează tensiunea în mod corespunzător. Principalul avantaj al acestui sistem este că întrerupătoarele sunt fie oprite și nu au flux de curent, fie pornite și (ideal) nu au pierderi de tensiune în jurul lor. Produsul curentului și al tensiunii la un moment dat determină puterea disipată de comutator, deci (ideal) nu se disipează deloc puterea.

În realitate, comutatoarele semiconductoare nu sunt ideale, dar este totuși posibil să construiești controlere de înaltă performanță cu ele.

PWM este adesea folosit pentru a controla fluxul de energie electrică către un alt dispozitiv, cum ar fi controlul vitezei motoarelor electrice, reglarea volumului amplificatoarelor audio de clasa D sau reglarea luminozității surselor de lumină și multe alte aplicații electronice de putere. De exemplu, variatoarele de lumină pentru uz casnic folosesc un anumit tip de control PWM.

Dimmerele de lumină de acasă includ de obicei circuite electronice care suprimă curentul la anumite porțiuni ale fiecărui ciclu de tensiune de rețea de curent alternativ. Ajustarea luminozității luminii emise de o sursă de lumină este pur și simplu o chestiune de ajustare a tensiunii (sau fazei) în ciclul AC în care variatorul începe să aplice curent electric sursei de lumină (de exemplu, folosind un comutator electronic, cum ar fi un triac). În acest caz, ciclul de lucru PWM este determinat de frecvența tensiunii de rețea (50 Hz sau 60 Hz în funcție de țară). Aceste tipuri destul de simple de variatoare pot fi utilizate eficient cu surse de lumină inertă (sau cu răspuns relativ lent), cum ar fi lămpile incandescente, de exemplu, pentru care modularea suplimentară a energiei electrice furnizate cauzată de variator provoacă doar variații suplimentare minore în lumina emisa.

Cu toate acestea, unele alte surse de lumină, cum ar fi LED-urile, se aprind și se opresc foarte repede și par să pâlpâie dacă vin cu tensiune joasă. Efectele de pâlpâire reproductibile de la astfel de surse de răspuns rapid pot fi reduse prin creșterea frecvenței de comutare. Dacă fluctuațiile luminii sunt suficient de rapide, sistemul vizual uman nu le mai poate înregistra, iar ochiul percepe intensitatea medie a timpului fără pâlpâire (vezi pragul de fuziune a pâlpâirii).

Reglarea tensiunii:
PWM este, de asemenea, utilizat în regulatoarele de tensiune eficiente. Prin comutarea tensiunii la sarcină cu ciclul de funcționare corespunzător, ieșirea va aproxima tensiunea la nivelul dorit. Zgomotul de comutare este de obicei filtrat de un inductor și un condensator.

O metodă măsoară tensiunea de ieșire. Când este sub tensiunea dorită, pornește comutatorul. Când tensiunea de ieșire este mai mare decât tensiunea dorită, se oprește întrerupătorul.

Controlerele de viteză ale ventilatorului computerului folosesc de obicei PWM, deoarece este mult mai eficient decât un potențiometru.

PWM este uneori folosit în sinteza audio, în special în sinteza subtractivă, deoarece produce un efect sonor asemănător cu un cor sau cu oscilatorii ușor detonați care cântă împreună. (PWM este de fapt echivalent cu diferența dintre două unde dinți de ferăstrău.) Relația dintre nivelurile înalte și cele scăzute este de obicei modulată de un oscilator de joasă frecvență sau LFO.

O nouă clasă de amplificatoare audio bazate pe principiul PWM a devenit populară. Denumite „amplificatoare de clasă D”, aceste amplificatoare produc echivalentul PWM al unui semnal de intrare analogic, care este alimentat difuzorului printr-o rețea de filtru adecvată pentru a bloca purtătorul și a restabili semnalul audio original. Aceste amplificatoare se caracterizează prin cifre de eficiență foarte bune (aproximativ 90%) și dimensiuni compacte/greutate redusă pentru puteri mari de ieșire.

Din punct de vedere istoric, o formă brută de PWM a fost folosită pentru a reproduce sunetul digital PCM pe un difuzor pentru computer, care este capabil să producă doar două niveluri de sunet. Determinând cu atenție durata impulsurilor și bazându-ne pe proprietățile fizice de filtrare ale difuzorului (răspuns în frecvență limitat, auto-inductanță etc.), este posibil să se obțină reproduceri aproximative ale mostrelor mono PCM, deși la o calitate foarte scăzută, și cu rezultate foarte diferite între implementări.

În vremuri mai recente, a fost introdusă tehnica de codificare digitală Digital Stream, care utilizează o formă generalizată de modulare a lățimii pulsului numită modulare a densității pulsului la o rată de eșantionare suficient de mare (de obicei de ordinul MHz) pentru a acoperi toate frecvențele acustice cu suficientă acuratețe. Această metodă este utilizată în format SACD, iar reproducerea semnalului audio codificat este în esență aceeași cu metoda folosită la amplificatoarele de clasă D.

Difuzor: Folosind PWM, arcul (plasma) poate fi modulat și, dacă se află în raza de auz, poate fi folosit ca difuzor. Acest tip de difuzor este folosit într-un sistem de sunet Hi-Fi ca tweeter.

Cool, nu-i așa?

Pasul 4: Componentele necesare

Este un circuit simplu cu un singur cip, astfel încât nu veți avea nevoie de multe componente

• NE555, LM555 sau 7555 (cmos)
• Recomand să folosiți două diode 1n4148, dar vor funcționa și diodele din seria 1n40xx
• Potențiometru 100K
• Condensator verde 100nf
• Condensator ceramic 220pf
• PCB
• Tranzistor semiconductor

Pasul 5: Construirea dispozitivului

Doar urmați diagrama și plasați toate piesele pe aspect. Verificați de două ori locația fiecărei componente înainte de a porni dispozitivul. Dacă doriți să controlați și să controlați eficient luminozitatea unei surse de lumină sau a unui motor, puteți pune doar un tranzistor de putere la ieșire, dar dacă doriți să controlați doar sursa de lumină sau motorul, atunci este recomandat să puneți un condensator condensator. , de exemplu, 2200uf. Dacă instalați acest condensator și porniți motorul la o sarcină de 40%, motorul va fi cu 60% mai eficient la aceeași viteză și cuplu.

Există două videoclipuri aici care arată cum funcționează PWM-ul meu. În primul se poate observa că ventilatorul începe să se rotească la un ciclu de lucru de 90%. Pe al doilea, puteți vedea că LED-urile clipesc și ventilatorul funcționează la 80%.