디스플레이가 있는 PWM 신호 발생기. LED 밝기 조정

예를 들어 손전등이나 가정용 조명 장치에서는 빛의 밝기를 조정해야 하는 경우도 있습니다. 이보다 더 간단한 것은 없을 것 같습니다. LED를 통해 전류를 변경하여 높이거나 낮추면 됩니다. 그러나이 경우 에너지의 상당 부분이 제한 저항에 소비되며 이는 배터리 또는 충전식 배터리와 독립적으로 전원을 공급할 때 완전히 허용되지 않습니다.

또한 LED 색상도 변경됩니다. 예를 들어 전류가 정격(대부분의 LED의 경우 20mA) 아래로 떨어지면 흰색이 약간 녹색을 띕니다. 어떤 경우에는 이러한 색상 변경이 완전히 불필요합니다. TV 화면이나 컴퓨터 모니터를 비추는 이러한 LED를 상상해 보십시오.

이런 경우에는 적용됩니다 PWM - 조절(펄스 폭). 그 의미는 주기적으로 불이 켜졌다가 꺼진다는 것입니다. 이 경우 전류는 플래시 전체에서 공칭으로 유지되므로 글로우 스펙트럼이 왜곡되지 않습니다. LED가 흰색이면 녹색 음영이 나타나지 않습니다.

또한 이러한 전력 조절 방법을 사용하면 에너지 손실이 최소화되고 PWM 제어를 사용하는 회로의 효율이 90% 이상으로 매우 높아집니다.

PWM 제어의 원리는 매우 간단하며 그림 1에 나와 있습니다. 켜진 상태와 꺼진 상태의 시간 비율이 서로 다르기 때문에 눈에는 다음과 같이 인식됩니다. 영화에서와 같이 별도로 표시되는 프레임은 움직이는 이미지로 인식됩니다. 여기서 모든 것은 투영 빈도에 따라 달라지며 이에 대해서는 나중에 논의하겠습니다.

그림 1. PWM 조정 원리

그림은 PWM 제어 장치(또는 마스터 발진기)의 출력 신호 다이어그램을 보여줍니다. 0과 1이 지정됩니다. 논리적 1(높은 수준)은 LED를 빛나게 하고, 논리적 0(낮은 수준)은 LED를 꺼지게 합니다.

모든 것이 반대일 수도 있지만 모든 것이 출력 스위치의 회로 설계에 따라 달라지므로 LED는 낮은 레벨에서 켜지고 높은 레벨에서 꺼질 수 있습니다. 이 경우 물리적으로 논리적인 것은 낮은 전압 레벨을 갖고, 논리적인 0은 높은 전압 레벨을 갖게 됩니다.

즉, 논리 값은 일부 이벤트나 프로세스(이 경우 LED 조명)를 활성화하고 논리 값 0은 이 프로세스를 비활성화해야 합니다. 즉, 디지털 마이크로회로 출력의 높은 레벨은 항상 논리 단위가 아니며, 모두 특정 회로가 어떻게 구축되었는지에 따라 달라집니다. 이것은 단지 정보를 위한 것입니다. 그러나 지금은 키가 높은 수준에서 제어되며 다른 방법으로는 제어할 수 없다고 가정하겠습니다.

제어 펄스의 주파수 및 폭

펄스 반복 주기(또는 주파수)는 변경되지 않고 유지된다는 점에 유의해야 합니다. 그러나 일반적으로 펄스 주파수는 글로우의 밝기에 영향을 미치지 않으므로 주파수 안정성에 대한 특별한 요구 사항은 없습니다. 이 경우에는 양의 펄스 변화의 지속 시간(WIDTH)만 변경되며 이로 인해 펄스 폭 변조의 전체 메커니즘이 작동합니다.

그림 1의 제어 펄스 지속 시간은 %%로 표시됩니다. 이는 소위 "채우기 비율" 또는 영어 용어로 DUTY CYCLE입니다. 이는 제어 펄스의 지속 시간과 펄스 반복 주기의 비율로 표현됩니다.

러시아어 용어에서는 일반적으로 사용됩니다. "듀티 팩터" - 펄스 시간에 대한 반복 기간의 비율ㅏ. 따라서 채우기 비율이 50%이면 듀티 사이클은 2와 같습니다. 여기에는 근본적인 차이가 없으므로 이러한 값 중 더 편리하고 이해하기 쉬운 값을 사용할 수 있습니다.

물론 여기에서는 듀티 사이클과 듀티 사이클을 계산하는 공식을 제공할 수 있지만 프레젠테이션을 복잡하게 하지 않기 위해 공식 없이 수행하겠습니다. 최후의 수단으로 옴의 법칙이 적용됩니다. 이에 대해 당신이 할 수 있는 일은 아무것도 없습니다. “옴의 법칙을 모르면 집에 있으세요!” 누구든지 이 공식에 관심이 있다면 인터넷에서 언제든지 찾을 수 있습니다.

조광기용 PWM 주파수

위에서 말했듯이 PWM 펄스 주파수의 안정성에 대한 특별한 요구 사항은 없습니다. 약간 "부동"하지만 괜찮습니다. 그건 그렇고, PWM 레귤레이터는 비슷한 주파수 불안정성을 가지며 이는 상당히 커서 많은 설계에서의 사용을 방해하지 않습니다. 이 경우 이 주파수가 특정 값 아래로 떨어지지 않는 것이 중요합니다.

주파수는 어느 정도여야 하며, 얼마나 불안정할 수 있습니까? 우리가 조광기에 대해 이야기하고 있다는 것을 잊지 마십시오. 영화 기술에는 "임계 깜박임 주파수"라는 용어가 있습니다. 이는 차례로 표시된 개별 사진이 움직이는 이미지로 인식되는 빈도입니다. 인간의 눈의 경우 이 주파수는 48Hz입니다.

이러한 이유로 필름의 촬영 빈도는 24프레임/초(텔레비전 표준은 25프레임/초)였습니다. 이 주파수를 중요한 주파수로 높이기 위해 필름 프로젝터는 표시되는 각 프레임을 두 번 겹치는 2날 셔터(셔터)를 사용합니다.

아마추어 협폭 필름 8mm 프로젝터의 투사 빈도는 16프레임/초였으므로 셔터에는 최대 3개의 블레이드가 있었습니다. 텔레비전의 동일한 목표는 이미지가 절반 프레임으로 표시된다는 사실에 의해 제공됩니다. 먼저 이미지의 짝수 라인과 홀수 라인이 표시됩니다. 결과는 50Hz의 깜박임 주파수입니다.

PWM 모드의 LED 작동은 조정 가능한 지속 시간의 개별 깜박임으로 구성됩니다. 이러한 섬광이 눈에 연속적인 빛으로 인식되기 위해서는 그 빈도가 중요한 것 이상이어야 합니다. 원하는만큼 높이 올라갈 수 있지만 더 낮아질 수는 없습니다. 생성할 때 이 요소를 고려해야 합니다. 램프용 PWM 레귤레이터.

그건 그렇고, 흥미로운 사실은 과학자들이 벌의 눈에 대한 임계 주파수가 800Hz라는 것을 어떻게든 결정했다는 것입니다. 따라서 벌은 화면의 영화를 일련의 개별 이미지로 보게 됩니다. 그녀가 움직이는 이미지를 보려면 투사 빈도를 초당 800프레임으로 높여야 합니다!

LED 자체를 제어하는데 사용됩니다. 최근 이 목적을 위해 가장 널리 사용되는 것은 상당한 전력을 전환할 수 있는 것입니다(이러한 목적을 위해 기존 바이폴라 트랜지스터를 사용하는 것은 단순히 음란한 것으로 간주됩니다).

이러한 요구(강력한 MOSFET-트랜지스터)는 예를 들어 나중에 설명할 LED와 같은 다수의 LED에서 발생합니다. 전력이 낮은 경우 - 하나 또는 두 개의 LED를 사용할 때 저전력 스위치를 사용할 수 있으며 가능하면 LED를 미세 회로의 출력에 직접 연결하십시오.

그림 2는 PWM 조정기의 기능 다이어그램을 보여줍니다. 이 다이어그램은 일반적으로 저항 R2를 제어 요소로 표시합니다. 손잡이를 돌려 제어 펄스의 듀티 사이클을 변경하고 결과적으로 LED의 밝기를 필요한 한도 내에서 변경할 수 있습니다.

그림 2. PWM 레귤레이터의 기능 다이어그램

그림은 제한 저항과 직렬로 연결된 3개의 LED 체인을 보여줍니다. LED 스트립에도 거의 동일한 연결이 사용됩니다. 스트립이 길수록 LED 수가 많아지고 전류 소비도 커집니다.

이러한 경우에는 강력한 전류가 필요하며 허용되는 드레인 전류는 테이프에서 소비하는 전류보다 약간 커야 합니다. 마지막 요구 사항은 아주 쉽게 충족됩니다. 예를 들어 IRL2505 트랜지스터는 약 100A의 드레인 전류, 55V의 드레인 전압을 가지며 크기와 가격은 다양한 설계에 사용하기에 매우 매력적입니다.

PWM 마스터 생성기

마이크로컨트롤러는 마스터 PWM 생성기(대부분 산업 환경에서)로 사용하거나 집적도가 낮은 마이크로 회로로 만들어진 회로로 사용할 수 있습니다. 집에서 소수의 PWM 레귤레이터를 만들 계획이고 마이크로 컨트롤러 장치를 만든 경험이 없다면 현재 사용 가능한 것을 사용하여 레귤레이터를 만드는 것이 좋습니다.

이는 K561 시리즈의 논리 칩, 통합 타이머 및 특수 칩이 될 수 있습니다. 이 역할에서는 조정 가능한 발전기를 조립하여 작동하게 할 수도 있지만 이는 아마도 "예술에 대한 사랑"일 것입니다. 따라서 아래에서는 555 타이머의 가장 일반적인 회로와 UC3843 UPS 컨트롤러의 두 회로만 고려합니다.

555 타이머 기반의 마스터 발진기 회로

그림 3. 마스터 발진기 회로

이 회로는 주파수가 커패시터 C1에 의해 설정되는 기존 구형파 발생기입니다. 커패시터는 "출력 - R2 - RP1- C1 - 공통 와이어" 회로를 통해 충전됩니다. 이 경우 출력에는 높은 전압이 존재해야 하며, 이는 출력이 전원의 양극에 연결된다는 의미입니다.

커패시터는 출력에 낮은 레벨의 전압이 있을 때 "C1 - VD2 - R2 - 출력 - 공통 와이어" 회로를 따라 방전됩니다. 출력은 공통 와이어에 연결됩니다. 조정 가능한 폭의 펄스 수신을 보장하는 것은 타이밍 커패시터의 충전 및 방전 경로의 차이입니다.

동일한 유형의 다이오드라도 매개변수가 다르다는 점에 유의해야 합니다. 이 경우 다이오드의 전압에 따라 변화하는 전기 용량이 중요한 역할을 합니다. 따라서 출력 신호의 듀티 사이클이 변경됨에 따라 주파수도 변경됩니다.

가장 중요한 것은 바로 위에서 언급한 임계 주파수보다 낮아지지 않는다는 것입니다. 그렇지 않으면 밝기가 다른 균일한 빛 대신 개별 플래시가 표시됩니다.

대략적으로 (역시 다이오드가 책임이 있습니다) 발전기의 주파수는 아래 공식에 의해 결정될 수 있습니다.

타이머 555의 PWM 생성기 주파수.

커패시터의 커패시턴스(패럿)와 저항(옴)을 공식에 ​​대체하면 결과는 헤르츠(Hz) 단위여야 합니다. SI 시스템에서 벗어날 수 없습니다! 이는 가변 저항 RP1 슬라이더가 구형파 출력 신호에 해당하는 중간 위치(RP1/2 공식에서)에 있다고 가정합니다. 그림 2에서 이는 펄스 지속 시간이 50%인 부분으로, 듀티 사이클이 2인 신호와 동일합니다.

UC3843 칩의 마스터 PWM 생성기

그 다이어그램은 그림 4에 나와 있습니다.

그림 4. UC3843 칩의 PWM 마스터 발진기 회로

UC3843 칩은 전원 공급 장치 스위칭을 위한 PWM 컨트롤러이며 ATX 형식 컴퓨터 소스 등에 사용됩니다. 이 경우, 포함을 위한 일반적인 방식이 단순화를 위해 약간 변경되었습니다. 출력 펄스의 폭을 제어하기 위해 양극의 제어 전압이 회로의 입력에 적용되고 출력에서 ​​펄스 PWM 신호가 얻어집니다.

가장 간단한 경우, 저항이 22~100KOhm인 가변 저항기를 사용하여 제어 전압을 적용할 수 있습니다. 필요한 경우 예를 들어 포토레지스터에 만들어진 아날로그 광 센서에서 제어 전압을 얻을 수 있습니다. 창 밖이 어두울수록 실내는 더 밝아집니다.

조정 전압은 감소하면 출력 펄스의 폭이 증가하는 방식으로 PWM 출력에 영향을 미치며 이는 전혀 놀라운 일이 아닙니다. 결국 UC3843 마이크로 회로의 원래 목적은 전원 공급 장치의 전압을 안정화하는 것입니다. 출력 전압이 떨어지고 이에 따라 조정 전압이 떨어지면 출력을 약간 높이기 위해 조치를 취해야 합니다(출력 펄스 폭 증가). 전압.

전원 공급 장치의 조정 전압은 일반적으로 제너 다이오드를 사용하여 생성됩니다. 대부분 이것 또는 이와 유사한 것입니다.

다이어그램에 표시된 구성 요소 정격을 사용하면 발생기의 주파수는 약 1KHz이며 555 타이머의 발생기와 달리 출력 신호의 듀티 사이클이 변경될 때 "부동"하지 않습니다. 스위칭 전원 공급 장치의 주파수.

예를 들어 LED 스트립과 같은 상당한 전력을 조절하려면 그림 2와 같이 MOSFET 트랜지스터의 주요 스테이지를 출력에 연결해야 합니다.

PWM 조정기에 대해 더 자세히 이야기할 수 있지만 지금은 여기서 멈추고 다음 기사에서는 LED를 연결하는 다양한 방법을 살펴보겠습니다. 결국 모든 방법이 똑같이 좋은 것은 아니며 피해야 할 방법도 있으며 LED를 연결할 때 실수가 많이 있습니다.

발전기 사진.

이 발전기는 무엇을 할 수 있나요? 매개변수를 살펴보겠습니다.

1. 작동 전압: 3.3 - 30V;
2. 생성 주파수: 1Hz - 150KHz;
3. 주파수 생성 정확도: 2%;
4. 부하 전력: 5…30mA;
5. 출력 신호의 진폭은 공급 전압과 같습니다.
6. 주변 온도: -20 ~ +70°C.

3자리 숫자 2개만 표시할 수 있습니다. 아래쪽 줄에는 PWM 듀티 사이클이 백분율로 표시되고 위쪽 줄에는 주파수가 표시됩니다. 빈도는 다음 규칙에 따라 표시됩니다.

• XXX, 1Hz 단계, 범위 1 – 999Hz;
• X.XX, 0.01kHz 단위, 범위 1.00 - 9.99kHz;
• XX.X, 0.1kHz 단위; 10.0 - 99.9kHz 범위;
• X.X.X, 1kHz 단계; 100~150kHz 범위.

디스플레이는 HT1621B 칩으로 제어되며 디스플레이는 범용이며 온도계, 습도계, 전압계, 전류계 및 전력계를 만드는 데 필요한 기호가 포함되어 있지만 우리의 경우에는 사용되지 않습니다. 디스플레이에는 밝은 파란색 백라이트가 있습니다. 그건 그렇고, 내 발전기의 디스플레이가 마치 어딘가에서 제거된 것처럼 초라한 것으로 나타났습니다.

발전기의 주요 칩은 STM8S003F3P6 마이크로 컨트롤러입니다. 그리고 이 마이크로컨트롤러에는 EEPROM 메모리가 있으므로 꺼지면 설정이 저장됩니다.

버튼과 UART를 통해 생성기를 제어할 수 있습니다. 버튼으로 모든 것이 명확해지며 한 쌍의 버튼은 주파수를 제어하고 두 번째 버튼은 듀티 사이클을 제어합니다. 그러나 UART를 사용하면 모든 것이 훨씬 더 흥미로워집니다. 데이터 교환은 다음 매개변수를 사용하여 이루어져야 합니다.

• 9600bps 데이터 비트: 8
• 정지 비트: 1
• 확인 숫자: 없음
• 흐름 제어: 없음

생성 주파수를 설정하려면 주파수 값 앞에 문자 F를 추가하여 디스플레이에 표시되는 주파수를 보내야 합니다. 예를 들어 주파수를 100Hz로 설정하려면 F100을 보내야 합니다. 105kHz - F1.0.5, 10.5kHz - F10.5 등.

듀티 사이클을 설정하려면 앞에 문자 D를 추가하여 3자리 듀티 사이클 번호를 전송해야 합니다. 예를 들어 D050, D100, D001입니다.

올바른 명령이 전송되면 발전기는 DOWN으로 응답하고, 잘못된 명령인 경우 FALL로 응답합니다. 하지만 한 가지가 있지만 UART를 통해 생성기로 작업을 구성할 수 없었습니다.

나는 로직 분석기를 사용하여 생성기를 테스트하기로 결정했습니다. 이것이 일어난 일입니다.

주파수 1Hz, 듀티 사이클 1%. 보시다시피 오류는 여전히 작습니다.

주파수 1Hz, 듀티 사이클 50%.

주파수 1Hz, 듀티 사이클 99%.

주파수 1kHz, 듀티 사이클 1%.

주파수 1kHz, 듀티 사이클 50%.

주파수 1kHz, 듀티 사이클 99%. 여기서는 듀티 사이클을 99%로 설정하면 채우기가 실제로 100%임을 알 수 있습니다.

주파수 1kHz, 듀티 사이클 91%. 듀티 사이클을 줄이기 시작했고 최대 92%까지 충전량이 100%였으며 91%에서만 상황이 개선되었습니다.

주파수 50kHz, 듀티 사이클 1%. 보시다시피 1%가 아니라 0.2%에 불과합니다.

주파수 50kHz, 듀티 사이클 50%. 여기서는 1% 차이가 납니다.

주파수 50kHz, 듀티 사이클 99%. 그리고 여기서도 편차는 -1%입니다.

주파수 100kHz, 듀티 사이클 1%. 하지만 여기에는 아직 아무것도 없습니다.

주파수 100kHz, 듀티 사이클 2%. 2%에서는 신호가 나타나지만 실제로는 0.4%로 채워져 있습니다.

주파수 100kHz, 듀티 사이클 50%. 편차는 거의 -2%입니다.

주파수 100kHz, 듀티 사이클 99%. 그리고 여기서는 거의 -1%입니다.

주파수 150kHz, 듀티 사이클 1%. 또 신호가 없습니다.

주파수 150Hz, 듀티 사이클 3%. 그리고 신호는 3%에서만 나타나는데 충전량은 0.6%입니다.

주파수 150kHz, 듀티 사이클 50%. 하지만 실제 충전량은 46.5%로 -3.5%의 차이가 난다.

주파수 150kHz, 듀티 사이클 99%. 그리고 오류가 있지만 1.5%에 불과합니다.

샘플은 상당히 거칠지만 연구가 아직 끝나지 않았습니다. 나는 다양한 충전율(5% 단계)과 다양한 주파수(25000Hz 단계)에서 듀티 사이클을 측정하고 이를 표에 표시하기로 결정했습니다.

다양한 기술을 사용하여 작업할 때 사용 가능한 전력을 어떻게 관리할 것인가라는 질문이 자주 제기됩니다. 낮추거나 올려야 할 경우 어떻게 해야 합니까? 이러한 질문에 대한 답은 PWM 레귤레이터입니다. 그는 같은 것입니다? 어디에 사용되나요? 그리고 그러한 장치를 직접 조립하는 방법은 무엇입니까?

펄스 폭 변조란 무엇입니까?

이 용어의 의미를 명확히하지 않고 계속하는 것은 의미가 없습니다. 따라서 펄스 폭 변조는 일정한 주파수에서 수행되는 펄스의 듀티 사이클을 수정하여 수행되는 부하에 공급되는 전력을 제어하는 ​​프로세스입니다. 펄스 폭 변조에는 여러 가지 유형이 있습니다.

1. 아날로그.

2. 디지털.

3. 바이너리(2레벨).

4. 삼위일체(3개 수준).

PWM 레귤레이터란 무엇입니까?

이제 펄스 폭 변조가 무엇인지 알았으므로 기사의 주요 주제에 대해 이야기할 수 있습니다. PWM 레귤레이터는 공급 전압을 조절하고 자동차와 오토바이의 강력한 관성 부하를 방지하는 데 사용됩니다. 이는 복잡하게 들릴 수 있으며 예를 들어 설명하는 것이 가장 좋습니다. 실내 조명 램프의 밝기를 즉시 변경하지 않고 점진적으로 변경해야 한다고 가정해 보겠습니다. 측면 조명, 자동차 헤드라이트 또는 팬에도 동일하게 적용됩니다. 이러한 요구는 트랜지스터 전압 조정기(파라미터 또는 보상)를 설치하여 실현할 수 있습니다. 그러나 전류가 크면 매우 높은 전력을 생성하므로 대형 라디에이터를 추가로 설치하거나 컴퓨터 장치에서 제거된 소형 팬을 사용하는 강제 냉각 시스템 형태로 추가해야 합니다. 보시다시피, 이 길은 극복해야 할 많은 결과를 수반합니다.

이 상황에서 진정한 구원은 강력한 전계 효과 전력 트랜지스터에서 작동하는 PWM 조정기였습니다. 12~15V 게이트 전압만으로 고전류(최대 160A)를 전환할 수 있습니다. 개방형 트랜지스터의 저항은 매우 낮으며 이로 인해 전력 손실 수준을 크게 줄일 수 있습니다. 자신만의 PWM 레귤레이터를 만들려면 12~15V 범위 내에서 소스와 게이트 사이의 전압 차이를 제공할 수 있는 제어 회로가 필요합니다. 이를 달성할 수 없으면 채널 저항이 크게 증가하고 전력 소모도 크게 증가합니다. 그리고 이로 인해 트랜지스터가 과열되어 고장날 수 있습니다.

전원 공급 장치가 7-14V에 불과함에도 불구하고 입력 전압이 25-30V 수준으로 증가하는 것을 견딜 수 있는 모든 범위의 PWM 조정기용 미세 회로가 생산됩니다. 이렇게 하면 출력 트랜지스터가 공통 드레인과 함께 회로에서 켜질 수 있습니다. 이는 부하를 공통 마이너스와 연결하는 데 필요합니다. 예에는 L9610, L9611, U6080B ... U6084B 샘플이 포함됩니다. 대부분의 부하는 10A 이상의 전류를 소비하지 않으므로 전압 강하를 일으킬 수 없습니다. 결과적으로 전압을 높이는 추가 장치 형태로 수정 없이 간단한 회로를 사용할 수 있습니다. 그리고 이 기사에서 논의할 것은 바로 이러한 PWM 레귤레이터 샘플입니다. 비대칭 또는 대기 멀티바이브레이터를 기반으로 구축할 수 있습니다. PWM 엔진 속도 컨트롤러에 대해 이야기해 볼 가치가 있습니다. 이에 대해서는 나중에 자세히 설명합니다.

계획 번호 1

이 PWM 컨트롤러 회로는 CMOS 칩 인버터를 사용하여 조립되었습니다. 2개의 논리 요소에서 작동하는 직사각형 펄스 발생기입니다. 다이오드 덕분에 여기에서는 주파수 설정 커패시터의 방전 및 충전 시상수가 별도로 변경됩니다. 이를 통해 출력 펄스의 듀티 사이클과 결과적으로 부하에 존재하는 유효 전압 값을 변경할 수 있습니다. 이 회로에서는 NOR 및 AND뿐만 아니라 모든 반전 CMOS 요소를 사용할 수 있습니다. 예로는 K176PU2, K561LN1, K561LA7, K561LE5가 있습니다. 다른 유형을 사용할 수도 있지만 그 전에 입력이 할당된 기능을 수행할 수 있도록 입력을 올바르게 그룹화하는 방법에 대해 신중하게 생각해야 합니다. 이 계획의 장점은 요소의 접근성과 단순성입니다. 단점은 수정이 어렵고(거의 불가능), 출력 전압 범위 변경과 관련된 불완전성입니다.

계획 번호 2

첫 번째 샘플보다 특성은 좋지만 구현이 더 어렵습니다. 유효 부하 전압을 0~12V 범위에서 조절할 수 있으며 초기 값은 8~12V에서 변경됩니다. 최대 전류는 전계 효과 트랜지스터의 유형에 따라 다르며 상당한 값에 도달할 수 있습니다. 출력 전압이 제어 입력에 비례한다는 점을 고려하면 이 회로는 제어 시스템의 일부로 사용될 수 있습니다(온도 수준 유지).

확산 이유

자동차 매니아를 PWM 컨트롤러로 끌어들이는 이유는 무엇입니까? 전자 장비용 2차 장비를 구성할 때 효율성을 높이려는 요구가 있다는 점에 유의해야 합니다. 이 특성 덕분에 이 기술은 자동차뿐만 아니라 컴퓨터 모니터, 휴대폰 디스플레이, 노트북, 태블릿 및 유사 장비 제조에서도 찾아볼 수 있습니다. 또한 이 기술을 사용하면 비용이 상당히 저렴하다는 점에 유의해야 합니다. 또한 구매하지 않고 직접 PWM 컨트롤러를 조립하기로 결정한 경우 자동차를 개선할 때 비용을 절약할 수 있습니다.

결론

이제 여러분은 PWM 전력 조정기가 무엇인지, 어떻게 작동하는지 알게 되었으며 유사한 장치를 직접 조립할 수도 있습니다. 따라서 자동차의 기능을 실험하고 싶다면 이에 대해 말할 수 있는 것은 단 한 가지입니다. 또한 여기에 제시된 다이어그램을 사용할 수 있을 뿐만 아니라 적절한 지식과 경험이 있으면 다이어그램을 크게 수정할 수도 있습니다. 하지만 처음에 모든 것이 잘 풀리지 않더라도 매우 귀중한 경험, 즉 경험을 얻을 수 있습니다. 다음에 그것이 어디에 도움이 될지, 그리고 그 존재가 얼마나 중요한지 누가 알겠습니까?

프로펠러용 속도 컨트롤러를 만들어야 했습니다. 납땜 인두에서 연기를 날려 버리고 얼굴을 환기 시키십시오. 글쎄, 재미삼아 모든 것을 최저 가격으로 포장하세요. 물론 저전력 DC 모터를 조절하는 가장 쉬운 방법은 가변 저항을 사용하는 것이지만 이렇게 작은 공칭 값과 심지어 필요한 전력에 맞는 모터를 찾으려면 많은 노력이 필요하며 분명히 승리했습니다. 10루블도 안 든다. 따라서 우리의 선택은 PWM + MOSFET입니다.

나는 열쇠를 가져갔다 IRF630. 왜 이게? MOSFET? 네, 방금 어디선가 10개 정도 얻었어요. 그래서 사용하게 되니 좀 더 작고 저전력인걸 설치할 수 있게 되더라구요. 왜냐하면 여기의 전류는 암페어보다 높을 것 같지 않지만 IRF630 9A 이하에서 자체적으로 통과할 수 있습니다. 그러나 팬을 하나의 팬에 연결하면 팬 전체를 계단식으로 만들 수 있습니다. 충분한 전력입니다. :)

이제 우리가 무엇을 할 것인지 생각할 시간이다 PWM. 생각은 즉시 마이크로 컨트롤러를 암시합니다. Tiny12를 가져와서 사용해 보세요. 나는 이 생각을 즉시 제쳐두었다.

1. 이런 귀중하고 비싼 부분을 어떤 팬에게 소비한다는 게 안타깝네요. 마이크로컨트롤러에 대한 더 흥미로운 작업을 찾아보겠습니다.
2. 이를 위해 더 많은 소프트웨어를 작성하는 것은 두 배로 실망스럽습니다.
3. 공급 전압은 12V이므로 MK에 5V로 전력을 공급하기 위해 낮추는 것은 일반적으로 게으른 것입니다.
4. IRF630 5V에서는 열리지 않으므로 필드 게이트에 높은 전위를 공급할 수 있도록 여기에 트랜지스터도 설치해야 합니다. 젠장.

남은 것은 아날로그 회로이다. 뭐, 그것도 나쁘지 않네요. 조정이 필요하지 않으며 고정밀 장치를 만드는 것이 아닙니다. 세부 사항도 최소화됩니다. 당신은 무엇을 해야할지 알아 내면됩니다.

연산 증폭기는 완전히 폐기될 수 있습니다. 사실은 일반적으로 이미 8-10kHz 이후의 범용 연산 증폭기의 경우 출력 전압 제한급격히 무너지기 시작하고 현장 직원을 잡아야합니다. 또한 삐걱 거리지 않도록 초음속 주파수로.

그러한 단점이 없는 연산 증폭기는 비용이 너무 많이 들기 때문에 이 돈으로 가장 멋진 마이크로 컨트롤러를 수십 개 구입할 수 있습니다. 용광로 속으로!

비교기는 출력 전압을 원활하게 변경하는 능력이 없습니다. 두 전압을 비교하고 비교 결과에 따라 출력 트랜지스터를 닫을 수 있지만 차단하지 않고 신속하게 수행합니다. 특성. 배럴 바닥을 뒤져봤지만 비교 대상을 찾을 수 없었습니다. 매복! 더 정확하게는 그랬다. LM339, 그러나 그것은 큰 경우였으며 나의 종교에서는 그러한 간단한 작업을 위해 다리가 8개 이상인 미세 회로를 납땜하는 것을 허용하지 않습니다. 창고로 끌려가는 것도 부끄러운 일이었습니다. 무엇을 해야 할까요?

그러다가 나는 다음과 같은 놀라운 일을 기억했습니다. 아날로그 타이머 - NE555. 저항과 커패시터의 조합을 사용하여 주파수, 펄스 및 일시 정지 기간을 설정할 수 있는 일종의 생성기입니다. 30년이 넘는 역사 동안 이 타이머에 대해 얼마나 많은 쓰레기가 만들어졌습니까? 지금까지 이 마이크로 회로는 오랜 세월에도 불구하고 수백만 부씩 인쇄되었으며 거의 ​​모든 창고에서 1달러의 가격으로 구입할 수 있습니다. 몇 루블. 예를 들어 우리나라에서는 약 5 루블입니다. 나는 통 바닥을 뒤져 몇 조각을 발견했습니다. 에 대한! 지금 당장 상황을 뒤섞어 봅시다.

작동 원리
555 타이머의 구조를 깊이 파고들지 않는다면 어렵지 않습니다. 대략적으로 말하면 타이머는 커패시터 C1의 전압을 모니터링하여 출력에서 ​​제거합니다. 목요일(임계값 - 임계값). 최대치(콘덴서가 충전됨)에 도달하자마자 내부 트랜지스터가 열립니다. 출력을 닫는다 DIS(방전 - 방전)을 접지합니다. 동시에 출구에서는 밖으로논리적 0이 나타납니다. 커패시터가 다음을 통해 방전되기 시작합니다. DIS전압이 0이되면 (완전 방전) 시스템이 반대 상태로 전환됩니다. 출력 1에서 트랜지스터가 닫힙니다. 커패시터가 다시 충전되기 시작하고 모든 것이 다시 반복됩니다.
커패시터 C1의 전하는 다음 경로를 따릅니다. R4->어깨 위쪽 R1->D2", 그리고 그 과정에서 방전이 발생합니다. D1 -> 아래팔 R1 -> DIS. 가변 저항 R1을 켜면 상단 암과 하단 암의 저항 비율이 변경됩니다. 따라서 펄스 길이와 일시 중지의 비율이 변경됩니다.
주파수는 주로 커패시터 C1에 의해 설정되며 저항 R1의 값에 따라 약간씩 달라집니다.
저항 R3은 출력이 높은 레벨로 당겨지도록 보장하므로 오픈 컬렉터 출력이 있습니다. 독립적으로 높은 수준을 설정할 수 없습니다.

모든 다이오드를 설치할 수 있으며 도체의 값은 거의 동일하며 한 자릿수 이내의 편차는 작업 품질에 특별히 영향을 미치지 않습니다. 예를 들어 C1에 설정된 4.7나노패럿에서는 주파수가 18kHz로 떨어지지만 거의 들리지 않습니다. 분명히 내 청력은 더 이상 완벽하지 않습니다.

나는 NE555 타이머의 작동 매개변수를 자체적으로 계산하고 거기에서 회로를 조립하여 채우기 비율이 50% 미만인 불안정 모드를 위해 빈을 파고 R1 및 R2 대신 가변 저항을 조였습니다. 출력 신호의 듀티 사이클을 변경했습니다. DIS 출력(DISCHARGE)이 내부 타이머 키를 통해 이루어진다는 사실만 주의하면 됩니다. 접지에 연결되어 있으므로 전위차계에 직접 연결할 수 없습니다., 왜냐하면 조정기를 극단적인 위치로 비틀면 이 핀이 Vcc에 고정됩니다. 그리고 트랜지스터가 열리면 자연적인 단락이 발생하고 아름다운 zilch가 있는 타이머는 아시다시피 모든 전자 장치가 작동하는 마법의 연기를 방출합니다. 연기가 칩에서 빠져나오자마자 작동이 멈춥니다. 그게 다야. 따라서 1킬로옴에 대해 다른 저항을 추가합니다. 규제에는 차이가 없지만 소진을 방지할 수 있습니다.

말하자마자 실행되었습니다. 보드를 에칭하고 구성 요소를 납땜했습니다.

아래에서는 모든 것이 간단합니다.
여기에 기본 Sprint 레이아웃에 인장을 첨부합니다.

그리고 이것이 엔진의 전압입니다. 작은 전환 과정이 보입니다. 도관을 0.5 마이크로패럿에 평행하게 배치해야 매끄럽게 됩니다.

보시다시피, 주파수는 부동합니다. 우리의 경우 작동 주파수는 저항과 커패시터에 따라 달라지고 변경되기 때문에 주파수가 부동하기 때문에 이해할 수 있지만 이는 중요하지 않습니다. 전체 제어 범위에서 절대 가청 범위에 들어가지 않습니다. 그리고 전체 구조 비용은 본체를 제외하고 35 루블입니다. 그래서-이익!

펄스 폭 변조(PWM)는 펄스 지속 시간(듀티 팩터)이 변경되지만 주파수는 일정하게 유지되는 신호 변환 방법입니다. 영어 용어로는 PWM(펄스 폭 변조)이라고 합니다. 이 기사에서는 PWM이 무엇인지, 어디에 사용되는지, 어떻게 작동하는지 자세히 살펴보겠습니다.

적용분야

마이크로컨트롤러 기술의 발전으로 PWM에 새로운 기회가 열렸습니다. 이 원리는 출력 매개변수를 조정하고 이를 특정 수준으로 유지해야 하는 전자 장치의 기초가 되었습니다. 펄스폭 변조 방식은 빛의 밝기, 모터의 회전 속도를 변경하고 펄스형 전원 공급 장치(PSU)의 전력 트랜지스터를 제어하는 ​​데 사용됩니다.

펄스폭(PW) 변조는 LED 밝기 제어 시스템 구축에 적극적으로 사용됩니다. 낮은 관성으로 인해 LED는 수십 kHz의 주파수에서 전환(깜박이고 꺼짐)할 시간이 있습니다. 펄스 모드에서의 작동은 인간의 눈에 지속적인 빛으로 인식됩니다. 결과적으로 밝기는 한 기간 동안 펄스 지속 시간(LED의 개방 상태)에 따라 달라집니다. 펄스 시간이 일시 중지 시간과 같을 경우, 즉 듀티 사이클이 50%이면 LED 밝기는 공칭 값의 절반이 됩니다. 220V LED 램프가 대중화되면서 불안정한 입력 전압으로 작동 신뢰성을 높이는 문제가 제기되었습니다. 해결책은 펄스 폭 또는 펄스 주파수 변조 원리에 따라 작동하는 전력 드라이버인 범용 마이크로 회로의 형태로 발견되었습니다. 이러한 드라이버 중 하나를 기반으로 하는 회로에 대해 자세히 설명합니다.

드라이버 칩의 입력에 공급되는 주전원 전압은 회로 내 기준 전압과 지속적으로 비교되어 출력에서 ​​PWM(PWM) 신호를 생성하며, 그 매개변수는 외부 저항기에 의해 설정됩니다. 일부 마이크로회로에는 아날로그 또는 디지털 제어 신호를 공급하기 위한 핀이 있습니다. 따라서, 펄스 드라이버의 동작은 다른 PHI 변환기를 이용하여 제어될 수 있다. LED가 고주파 펄스를 수신하지 않고 이러한 회로의 필수 요소인 인덕터에 의해 평활화된 전류를 수신한다는 점이 흥미롭습니다.

PWM의 대규모 사용은 LED 백라이트를 사용하는 모든 LCD 패널에 반영됩니다. 불행하게도 LED 모니터에서 대부분의 PWB 변환기는 수백 헤르츠의 주파수에서 작동하므로 PC 사용자의 시력에 부정적인 영향을 미칩니다.

Arduino 마이크로컨트롤러는 PWM 컨트롤러 모드에서도 작동할 수 있습니다. 이렇게 하려면 AnalogWrite() 함수를 호출하여 0부터 255까지의 값을 괄호 안에 표시합니다. 0은 0V에 해당하고 255는 5V에 해당합니다. 중간 값은 비례하여 계산됩니다.

PWM 원리로 작동하는 장치가 널리 확산됨에 따라 인류는 선형 변압기 전원 공급 장치에서 벗어날 수 있게 되었습니다. 그 결과 효율성이 향상되고 전원 공급 장치의 무게와 크기가 몇 배 감소합니다.

PWM 컨트롤러는 최신 스위칭 전원 공급 장치의 필수적인 부분입니다. 펄스 변압기의 1차 회로에 위치한 전력 트랜지스터의 작동을 제어합니다. 피드백 회로가 있기 때문에 전원 공급 장치 출력의 전압은 항상 안정적으로 유지됩니다. 출력 전압의 가장 작은 편차는 마이크로 회로의 피드백을 통해 감지되어 제어 펄스의 듀티 사이클을 즉시 수정합니다. 또한 최신 PWM 컨트롤러는 전원 공급 장치의 신뢰성을 높이는 데 도움이 되는 여러 가지 추가 작업을 해결합니다.

• 변환기에 소프트 스타트 모드를 제공합니다.
• 제어 펄스의 진폭과 듀티 사이클을 제한합니다.
• 입력 전압 레벨을 제어합니다.
• 전원 스위치의 단락 및 과열로부터 보호합니다.
• 필요한 경우 장치를 대기 모드로 전환합니다.

PWM 컨트롤러의 작동 원리

PWM 컨트롤러의 임무는 제어 펄스를 변경하여 전원 스위치를 제어하는 ​​것입니다. 스위칭 모드에서 작동할 때 트랜지스터는 두 가지 상태(완전 개방, 완전 폐쇄) 중 하나에 있습니다. 닫힌 상태에서 p-n 접합을 통과하는 전류는 수 μA를 초과하지 않습니다. 이는 전력 손실이 0이 되는 경향이 있음을 의미합니다. 개방 상태에서는 높은 전류에도 불구하고 pn 접합의 저항이 매우 낮아서 열 손실도 미미합니다. 한 상태에서 다른 상태로 전환되는 순간 가장 많은 양의 열이 방출됩니다. 그러나 변조 주파수에 비해 천이 시간이 짧기 때문에 스위칭 시 전력 손실은 미미합니다.

펄스 폭 변조는 아날로그와 디지털의 두 가지 유형으로 구분됩니다. 각 유형에는 고유한 장점이 있으며 다양한 회로 방식으로 구현될 수 있습니다.

아날로그 PWM

아날로그 PWM 변조기의 작동 원리는 주파수가 몇 배나 다른 두 신호를 비교하는 것을 기반으로 합니다. 비교소자는 연산증폭기(비교기)이다. 입력 중 하나에는 일정 주파수가 높은 톱니파 전압이 공급되고, 다른 입력에는 가변 진폭의 저주파 변조 전압이 공급됩니다. 비교기는 두 값을 비교하고 출력에서 ​​직사각형 펄스를 생성하며, 지속 시간은 변조 신호의 현재 값에 의해 결정됩니다. 이 경우, PWM 주파수는 톱니파 신호의 주파수와 같습니다.

디지털 PWM

디지털 해석의 펄스 폭 변조는 마이크로컨트롤러(MCU)의 많은 기능 중 하나입니다. 디지털 데이터로만 작동하는 MK는 출력에서 ​​높은(100%) 또는 낮은(0%) 전압 레벨을 생성할 수 있습니다. 그러나 대부분의 경우 부하를 효과적으로 제어하려면 MC 출력의 전압을 변경해야 합니다. 예를 들어 엔진 속도를 조정하고 LED 밝기를 변경합니다. 마이크로컨트롤러 출력에서 ​​0~100% 범위의 전압 값을 얻으려면 어떻게 해야 합니까?

이 문제는 지정된 스위칭 주파수가 제어 대상 장치의 응답보다 몇 배 더 높을 때 펄스 폭 변조 방법과 오버샘플링 현상을 사용하여 해결됩니다. 펄스의 듀티 사이클을 변경하면 출력 전압의 평균값이 변경됩니다. 일반적으로 전체 프로세스는 수십 ~ 수백 kHz의 주파수에서 발생하므로 원활한 조정이 가능합니다. 기술적으로 이는 모든 디지털 제어 시스템의 "심장"인 특수 마이크로 회로인 PWM 컨트롤러를 사용하여 구현됩니다. PWM 기반 컨트롤러를 적극적으로 사용하는 것은 부인할 수 없는 장점 때문입니다.

• 높은 신호 변환 효율;
• 작업 안정성;
• 부하에 의해 소비되는 에너지를 절약합니다.
• 저렴한 비용;
• 전체 장치의 높은 신뢰성.

하드웨어와 소프트웨어라는 두 가지 방법으로 마이크로컨트롤러 핀에서 PWM 신호를 수신할 수 있습니다. 각 MK에는 특정 핀에서 PWM 펄스를 생성할 수 있는 타이머가 내장되어 있습니다. 이것이 하드웨어 구현이 달성되는 방식입니다. 소프트웨어 명령을 사용하여 PWM 신호를 수신하면 해상도 측면에서 더 많은 가능성이 있으며 더 많은 수의 핀을 사용할 수 있습니다. 그러나 소프트웨어 방식은 MK에 높은 부하를 초래하고 많은 메모리를 차지합니다.

디지털 PWM에서는 주기당 펄스 수가 다를 수 있으며 펄스 자체가 주기의 어느 부분에나 위치할 수 있다는 점은 주목할 만합니다. 출력 신호 레벨은 주기당 모든 펄스의 총 지속 시간에 의해 결정됩니다. 각각의 추가 펄스는 전력 트랜지스터가 개방 상태에서 폐쇄 상태로 전환되는 것이며, 이로 인해 스위칭 중 손실이 증가한다는 점을 이해해야 합니다.

PWM 레귤레이터 사용 예

간단한 PWM 조정기를 구현하기 위한 옵션 중 하나는 이미 앞에서 설명했습니다. 마이크로 회로를 기반으로 제작되었으며 작은 하네스가 있습니다. 그러나 회로의 단순한 설계에도 불구하고 조정기는 LED 밝기 제어 회로, LED 스트립, DC 모터의 회전 속도 조정 등 상당히 광범위한 응용 분야를 가지고 있습니다.

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