PWM signalo generatorius su ekranu. LED ryškumo reguliavimas

Kai kuriais atvejais, pavyzdžiui, žibintuvėlių ar namų apšvietimo prietaisuose, reikia reguliuoti švytėjimo ryškumą. Atrodytų, nieko negali būti paprasčiau: tiesiog pakeiskite srovę per šviesos diodą, padidindami arba sumažindami. Tačiau šiuo atveju didelė dalis energijos bus išleista ribojančiam rezistoriui, o tai visiškai nepriimtina, kai maitinama atskirai nuo baterijų ar įkraunamų baterijų.

Be to, pasikeis šviesos diodų spalva: pavyzdžiui, srovei nukritus žemiau nominalios (daugumai šviesos diodų 20mA), balta spalva įgaus šiek tiek žalsvą atspalvį. Kai kuriais atvejais toks spalvos keitimas yra visiškai nereikalingas. Įsivaizduokite, kad šie šviesos diodai apšviečia televizoriaus ekraną arba kompiuterio monitorių.

Tokiais atvejais tai taikoma PWM – reguliavimas (impulso plotis). Jo reikšmė yra ta, kad jis periodiškai užsidega ir užgęsta. Tokiu atveju srovė išlieka nominali per visą blykstę, todėl švytėjimo spektras nėra iškraipomas. Jei šviesos diodas yra baltas, žali atspalviai neatsiras.

Be to, naudojant šį galios reguliavimo būdą, energijos nuostoliai yra minimalūs, grandinių su PWM valdymu efektyvumas yra labai didelis, siekiantis daugiau nei 90 proc.

PWM valdymo principas yra gana paprastas ir parodytas 1 pav. Skirtingas įjungimo ir užgesimo laiko santykis akimi suvokiamas taip: kaip filme – atskirai rodomi kadrai suvokiami kaip judantis vaizdas. Čia viskas priklauso nuo projekcijos dažnio, apie kurį bus kalbama šiek tiek vėliau.

1 pav. PWM reguliavimo principas

Paveikslėlyje parodytos PWM valdymo įrenginio (arba pagrindinio osciliatoriaus) išvesties signalų diagramos. Nulis ir vienas yra pažymėti: loginis vienetas (aukštas lygis) verčia šviesos diodą švyti, o loginis nulis (žemas lygis) užgęsta.

Nors viskas gali būti ir atvirkščiai, nes viskas priklauso nuo išėjimo jungiklio grandinės konstrukcijos - šviesos diodą galima įjungti žemu lygiu ir išjungti aukštu lygiu. Šiuo atveju fiziškai loginis turės žemą įtampos lygį, o loginis nulis – aukštą.

Kitaip tariant, loginis sukelia tam tikro įvykio ar proceso aktyvavimą (mūsų atveju šviesos diodo apšvietimą), o loginis nulis turėtų išjungti šį procesą. Tai yra, aukštas skaitmeninės mikroschemos išvesties lygis ne visada yra LOGINIS blokas, viskas priklauso nuo to, kaip sukurta konkreti grandinė. Tai tik informacijai. Tačiau kol kas manysime, kad raktas valdomas aukštu lygiu, o kitaip tiesiog negali būti.

Valdymo impulsų dažnis ir plotis

Reikėtų pažymėti, kad impulsų pasikartojimo periodas (arba dažnis) nesikeičia. Tačiau apskritai impulsų dažnis neturi įtakos švytėjimo ryškumui, todėl nėra jokių specialių reikalavimų dažnio stabilumui. Keičiasi tik teigiamo impulso trukmė (PLOTIS), dėl ko veikia visas impulso pločio moduliavimo mechanizmas.

Kontrolinių impulsų trukmė 1 paveiksle išreiškiama %%. Tai vadinamasis „užpildymo faktorius“ arba, angliškai kalbant, DUTY CYCLE. Jis išreiškiamas kaip kontrolinio impulso trukmės ir impulso pasikartojimo periodo santykis.

Rusų terminologijoje jis dažniausiai vartojamas „darbo koeficientas“ - pasikartojimo laikotarpio ir impulso laiko santykis A. Taigi, jei užpildymo koeficientas yra 50%, darbo ciklas bus lygus 2. Esminio skirtumo čia nėra, todėl galite naudoti bet kurią iš šių reikšmių, kuri jums patogesnė ir suprantamesnė.

Čia, žinoma, galėtume pateikti darbo ciklo ir DUTY CYCLE skaičiavimo formules, bet kad neapsunkintume pateikimo, apsieisime be formulių. Kaip paskutinė priemonė, Ohmo įstatymas. Nieko negalite padaryti: „Jei nežinote Ohmo dėsnio, likite namuose! Jei kam įdomu šios formulės, jas visada galima rasti internete.

PWM dažnis reguliatoriams

Kaip buvo pasakyta aukščiau, PWM impulsų dažnio stabilumui nėra jokių specialių reikalavimų: gerai, jis šiek tiek „plaukia“, bet tai gerai. Beje, PWM reguliatoriai turi panašų dažnio nestabilumą, kuris yra gana didelis, o tai netrukdo jų naudojimui daugelyje konstrukcijų. Šiuo atveju svarbu tik, kad šis dažnis nenukristų žemiau tam tikros vertės.

Koks turėtų būti dažnis ir koks jis gali būti nestabilus? Nepamirškite, kad kalbame apie reguliatorius. Filmų technologijoje yra terminas „kritinis mirgėjimo dažnis“. Tai dažnis, kuriuo atskiros viena po kitos rodomos nuotraukos suvokiamos kaip judantis vaizdas. Žmogaus akiai šis dažnis yra 48 Hz.

Būtent dėl ​​šios priežasties filmavimo dažnis filme buvo 24 kadrai/sek (televizijos standartas – 25 kadrai/sek). Norėdami padidinti šį dažnį iki kritinio, kino projektoriai naudoja dviejų ašmenų užraktą (užraktą), kuris du kartus perdengia kiekvieną rodomą kadrą.

Mėgėjiškuose siaurajuosčiuose 8 mm projektoriuose projekcijos dažnis siekė 16 kadrų/sek, taigi užraktas turėjo net tris ašmenis. Tiems patiems tikslams televizijoje tarnauja ir tai, kad vaizdas rodomas puskadrais: iš pradžių lyginės, o paskui neporinės vaizdo linijos. Rezultatas yra 50 Hz mirgėjimo dažnis.

LED veikimas PWM režimu susideda iš atskirų reguliuojamos trukmės blyksnių. Kad šiuos blyksnius akis suvoktų kaip nuolatinį švytėjimą, jų dažnis turi būti ne mažesnis už kritinį. Galite pakilti kiek norite, bet negalite leistis žemiau. Į šį veiksnį reikia atsižvelgti kuriant PWM reguliatoriai lempoms.

Beje, kaip ir įdomus faktas: mokslininkai kažkokiu būdu nustatė, kad kritinis dažnis bitės akims yra 800 Hz. Todėl bitė filmą ekrane matys kaip atskirų vaizdų seką. Kad ji matytų judantį vaizdą, projekcijos dažnį reikės padidinti iki aštuonių šimtų pusės kadrų per sekundę!

Jis naudojamas pačiam šviesos diodui valdyti. Pastaruoju metu šiam tikslui plačiausiai naudojami tie, kurie leidžia perjungti didelę galią (įprastų bipolinių tranzistorių naudojimas šiems tikslams laikomas tiesiog nepadoru).

Toks poreikis (galingas MOSFET - tranzistorius) kyla su daugybe šviesos diodų, pavyzdžiui, su, kurie bus aptarti šiek tiek vėliau. Jei galia yra maža - naudojant vieną ar du šviesos diodus, galite naudoti mažos galios jungiklius, o jei įmanoma, jungti šviesos diodus tiesiai prie mikroschemų išėjimų.

2 paveiksle parodyta PWM reguliatoriaus funkcinė schema. Diagramoje paprastai rodomas rezistorius R2 kaip valdymo elementas. Sukdami jo rankenėlę, galite pakeisti valdymo impulsų darbo ciklą, taigi ir šviesos diodų ryškumą, neviršijant reikiamų ribų.

2 pav. PWM reguliatoriaus funkcinė schema

Paveikslėlyje parodytos trys šviesos diodų grandinės, sujungtos nuosekliai su ribojančiais rezistoriais. Maždaug ta pati jungtis naudojama LED juostelėse. Kuo ilgesnė juosta, tuo daugiau šviesos diodų, tuo didesnė srovė.

Būtent tokiais atvejais reikės galingų, kurių leistina nutekėjimo srovė turėtų būti šiek tiek didesnė už juostos sunaudojamą srovę. Paskutinis reikalavimas patenkinamas gana nesunkiai: pavyzdžiui, tranzistorius IRL2505 turi apie 100A nutekėjimo srovę, 55V nutekėjimo įtampą, o jo dydis ir kaina yra gana patrauklūs naudoti įvairiose konstrukcijose.

PWM pagrindiniai generatoriai

Mikrovaldiklis gali būti naudojamas kaip pagrindinis PWM generatorius (dažniausiai pramoniniuose nustatymuose) arba grandinė, sudaryta iš mažos integracijos mikroschemų. Jei planuojate namuose pasigaminti nedidelį skaičių PWM reguliatorių ir neturite patirties kuriant mikrovaldiklio įrenginius, geriau pasigaminti reguliatorių naudojant tuo, kas šiuo metu yra po ranka.

Tai gali būti K561 serijos loginiai lustai, integruotas laikmatis, taip pat specializuoti lustai, skirti. Atlikdami šį vaidmenį, jūs netgi galite priversti jį veikti, ant jo surinkę reguliuojamą generatorių, bet tai, ko gero, yra „dėl meilės menui“. Todėl toliau bus nagrinėjamos tik dvi grandinės: labiausiai paplitusi 555 laikmačio ir UC3843 UPS valdiklyje.

Pagrindinė generatoriaus grandinė, pagrįsta 555 laikmačiu

3 pav. Pagrindinio generatoriaus grandinė

Ši grandinė yra įprastas kvadratinių bangų generatorius, kurio dažnis nustatomas kondensatoriumi C1. Kondensatorius įkraunamas per grandinę „Išėjimas - R2 - RP1-C1 - bendras laidas“. Tokiu atveju išėjime turi būti aukšto lygio įtampa, o tai reiškia, kad išėjimas yra prijungtas prie teigiamo maitinimo šaltinio poliaus.

Kondensatorius iškraunamas išilgai grandinės „C1 - VD2 - R2 - Išėjimas - bendras laidas“ tuo metu, kai išėjime yra žema įtampa - išėjimas prijungtas prie bendro laido. Būtent šis laiko kondensatoriaus įkrovimo ir iškrovimo kelių skirtumas užtikrina reguliuojamo pločio impulsų priėmimą.

Reikėtų pažymėti, kad diodai, net ir to paties tipo, turi skirtingus parametrus. Šiuo atveju tam tikrą vaidmenį vaidina jų elektrinė talpa, kuri keičiasi veikiant diodų įtampai. Todėl kartu su išėjimo signalo darbo ciklo pasikeitimu keičiasi ir jo dažnis.

Svarbiausia, kad jis netaptų mažesnis už kritinį dažnį, kuris buvo minėtas aukščiau. Priešingu atveju vietoj vienodo skirtingo ryškumo švytėjimo bus matomi atskiri blyksniai.

Apytiksliai (vėlgi kalti diodai) generatoriaus dažnį galima nustatyti pagal žemiau pateiktą formulę.

PWM generatoriaus dažnis laikmatyje 555.

Jei į formulę pakeisite kondensatoriaus talpą faradais ir varžą omais, rezultatas turėtų būti hercais Hz: nuo SI sistemos nėra jokio pabėgimo! Tai daroma prielaida, kad kintamo rezistoriaus RP1 slankiklis yra vidurinėje padėtyje (RP1/2 formulėje), kuri atitinka kvadratinės bangos išėjimo signalą. 2 paveiksle tai yra būtent ta dalis, kurioje impulso trukmė yra 50%, o tai atitinka signalą, kurio darbo ciklas yra 2.

Pagrindinis PWM generatorius UC3843 luste

Jo diagrama parodyta 4 paveiksle.

4 pav. UC3843 lusto PWM pagrindinio generatoriaus grandinė

UC3843 lustas yra PWM valdiklis, skirtas perjungti maitinimo šaltinius ir naudojamas, pavyzdžiui, ATX formato kompiuterių šaltiniuose. Šiuo atveju tipinė jo įtraukimo schema buvo šiek tiek pakeista siekiant supaprastinti. Norint valdyti išvesties impulso plotį, grandinės įvestis įvedama teigiamo poliškumo valdymo įtampa, o išėjime gaunamas impulsinis PWM signalas.

Paprasčiausiu atveju valdymo įtampa gali būti taikoma naudojant kintamąjį rezistorių, kurio varža 22...100KOhm. Jei reikia, valdymo įtampą galima gauti, pavyzdžiui, iš analoginio šviesos jutiklio, pagaminto ant fotorezistoriaus: kuo tamsesnė už lango, tuo šviesesnė patalpoje.

Reguliavimo įtampa taip paveikia PWM išėjimą, kad jai mažėjant išėjimo impulso plotis didėja, kas visai nenuostabu. Galų gale, pirminė mikroschemos UC3843 paskirtis yra stabilizuoti maitinimo įtampą: jei išėjimo įtampa krenta, o kartu ir reguliavimo įtampa, tada reikia imtis priemonių (padidinti išėjimo impulso plotį), kad išėjimas šiek tiek padidėtų. Įtampa.

Reguliavimo įtampa maitinimo šaltiniuose generuojama, kaip taisyklė, naudojant zenerio diodus. Dažniausiai tokie ar panašūs.

Esant diagramoje nurodytoms komponentų vertėms, generatoriaus dažnis yra apie 1 KHz ir, skirtingai nei generatorius ant 555 laikmačio, jis „neplaukia“, kai pasikeičia išėjimo signalo darbo ciklas - susirūpinimas dėl generatoriaus pastovumo. maitinimo šaltinių perjungimo dažnis.

Norint reguliuoti didelę galią, pavyzdžiui, LED juostelę, MOSFET tranzistoriaus pagrindinė pakopa turi būti prijungta prie išvesties, kaip parodyta 2 paveiksle.

Galėtume kalbėti daugiau apie PWM reguliatorius, bet dabar sustokime, o kitame straipsnyje apžvelgsime skirtingus šviesos diodų prijungimo būdus. Juk ne visi būdai vienodai geri, yra tokių, kurių reikėtų vengti, o jungiant šviesos diodus klaidų yra tiesiog labai daug.

Generatoriaus nuotrauka.

Ką gali padaryti šis generatorius? Pažvelkime į parametrus.

1. Darbinė įtampa: 3,3 - 30V;
2. Generavimo dažnis: 1Hz - 150KHz;
3. Dažnio generavimo tikslumas: 2%;
4. Apkrovos galia: 5…30mA;
5. Išėjimo signalo amplitudė lygi maitinimo įtampai;
6. Aplinkos temperatūra: -20 … +70 °C.

Gali būti rodomi tik 2 skaičiai iš 3 skaitmenų. Apatinėje eilutėje rodomas PWM darbo ciklas procentais, o viršutinėje eilutėje rodomas dažnis. Dažnis rodomas pagal šias taisykles:

• XXX, 1 Hz žingsnis, diapazonas 1 – 999 Hz;
• X.XX, žingsnis po 0,01 kHz, diapazone nuo 1,00 iki 9,99 kHz;
• XX.X, žingsnis 0,1 kHz; 10,0 - 99,9 kHz diapazone;
• X.X.X, 1 kHz žingsnis; 100 - 150 kHz diapazone.

Ekranas valdomas lustu HT1621B, ekranas yra universalus, jame yra simboliai, reikalingi termometrui, higrometrui, voltmetrui, ampermetrui ir vatmetrui pastatyti, tačiau mūsų atveju jie nenaudojami. Ekranas turi ryškiai mėlyną foninį apšvietimą. Beje, atkreipiu dėmesį, kad mano generatoriaus ekranas pasirodė apleistas, tarsi iš kažkur pašalintas.

Pagrindinis generatoriaus lustas yra STM8S003F3P6 mikrovaldiklis. O kadangi šis mikrovaldiklis turi EEPROM atmintį, išjungus nustatymai išsaugomi.

Generatorių galima valdyti dviem būdais: mygtukais ir per UART. Su mygtukais viskas aišku, viena mygtukų pora valdo dažnį, antra darbo ciklą. Bet su UART viskas daug įdomiau. Duomenų mainai turi vykti naudojant šiuos parametrus:

• 9600 bps Duomenų bitai: 8
• Stop bitas: 1
• Kontrolinis skaitmuo: nėra
• Srauto kontrolė: nėra

Norėdami nustatyti generavimo dažnį, turite siųsti tokį dažnį, koks jis rodomas ekrane, prieš dažnio reikšmę pridėdami raidę F. Pavyzdžiui, norėdami nustatyti dažnį iki 100 Hz, turite išsiųsti F100 105 kHz – F1.0.5, 10.5 kHz – F10.5 ir pan.

Norėdami nustatyti darbo ciklą, turite išsiųsti trijų skaitmenų darbo ciklo numerį, prieš jį pridėdami raidę D. Pavyzdžiui, D050, D100, D001.

Jei bus išsiųsta teisinga komanda, generatorius atsakys ŽEMYN, jei neteisingas - KRITIMAS. Bet yra vienas BET, aš niekada negalėjau sukonfigūruoti darbo su generatoriumi per UART.

Nusprendžiau išbandyti generatorių naudodamas loginį analizatorių. Taip atsitiko.

Dažnis 1 Hz, darbo ciklas 1%. Kaip matome, klaida vis dar nedidelė.

Dažnis 1 Hz, darbo ciklas 50%.

Dažnis 1 Hz, darbo ciklas 99%.

Dažnis 1 kHz, darbo ciklas 1%.

Dažnis 1 kHz, darbo ciklas 50%.

Dažnis 1 kHz, darbo ciklas 99%. Čia matome, kad kai darbo ciklas nustatytas į 99%, užpildymas iš tikrųjų yra 100%.

Dažnis 1 kHz, darbo ciklas 91%. Pradėjau mažinti darbo ciklą ir iki 92% užpildymas buvo 100%, o tik 91% padėtis pagerėjo.

Dažnis 50 kHz, darbo ciklas 1%. Kaip matote, tai tik 0,2%, o ne 1%.

Dažnis 50 kHz, darbo ciklas 50%. Čia jis skiriasi 1%.

Dažnis 50 kHz, darbo ciklas 99%. Ir čia vėlgi nuokrypis -1%.

Dažnis 100 kHz, darbo ciklas 1%. Bet čia dar nieko nėra.

Dažnis 100 kHz, darbo ciklas 2%. Ir esant 2% pasirodo signalas, bet iš tikrųjų užpildymas yra 0,4%.

Dažnis 100 kHz, darbo ciklas 50%. Nuokrypis yra beveik -2%.

Dažnis 100 kHz, darbo ciklas 99%. Ir čia beveik -1%.

Dažnis 150 kHz, darbo ciklas 1%. Vėl jokio signalo.

Dažnis 150 Hz, darbo ciklas 3%. Ir signalas pasirodo tik 3%, bet užpildymas yra 0,6%.

Dažnis 150 kHz, darbo ciklas 50%. Bet iš tikrųjų užpildymas yra 46,5%, skirtumas -3,5%.

Dažnis 150 kHz, darbo ciklas 99%. Ir yra klaida, bet tik 1,5%.

Imtis gana grubi, bet tyrimai dar nesibaigė. Nusprendžiau išmatuoti darbo ciklą esant skirtingais užpildymo lygiais (5% žingsniais) ir skirtingais dažniais (25000 Hz žingsniais) ir sudėti juos į lentelę.

Dirbant su daugybe skirtingų technologijų, dažnai kyla klausimas: kaip valdyti turimą galią? Ką daryti, jei jį reikia nuleisti ar pakelti? Atsakymas į šiuos klausimus yra PWM reguliatorius. kas jis toks? Kur jis naudojamas? O kaip tokį įrenginį surinkti pačiam?

Kas yra impulso pločio moduliavimas?

Neišsiaiškinus šio termino reikšmės, nėra prasmės tęsti. Taigi, impulso pločio moduliavimas yra apkrovai tiekiamos galios valdymo procesas, atliekamas keičiant impulsų darbo ciklą, kuris atliekamas pastoviu dažniu. Yra keletas impulsų pločio moduliavimo tipų:

1. Analoginis.

2. Skaitmeninis.

3. Dvejetainis (dviejų lygių).

4. Trejybė (trijų lygių).

Kas yra PWM reguliatorius?

Dabar, kai žinome, kas yra impulsų pločio moduliavimas, galime kalbėti apie pagrindinę straipsnio temą. PWM reguliatorius naudojamas maitinimo įtampai reguliuoti ir užkirsti kelią galingoms inercinėms apkrovoms automobiliuose ir motocikluose. Tai gali atrodyti sudėtinga ir geriausiai paaiškinama pavyzdžiu. Tarkime, reikia priversti salono apšvietimo lempas keisti savo ryškumą ne iš karto, o palaipsniui. Tas pats pasakytina apie šoninius žibintus, automobilio priekinius žibintus ar ventiliatorius. Šį norą galima įgyvendinti sumontavus tranzistoriaus įtampos reguliatorių (parametrinį arba kompensacinį). Tačiau esant didelei srovei, jis generuos itin didelę galią ir reikės įrengti papildomus didelius radiatorius arba priedą priverstinio aušinimo sistemos pavidalu, naudojant nedidelį ventiliatorių, pašalintą iš kompiuterio įrenginio. Kaip matote, šis kelias turi daug pasekmių, kurias reikės įveikti.

Tikras išsigelbėjimas iš šios situacijos buvo PWM reguliatorius, veikiantis galingais lauko efekto galios tranzistoriais. Jie gali atlaikyti dideles sroves (iki 160 amperų) tik su 12-15 V vartų įtampa. Reikėtų pažymėti, kad atviro tranzistoriaus varža yra gana maža, todėl galios sklaidos lygis gali būti žymiai sumažintas. Norėdami sukurti savo PWM valdiklį, jums reikės valdymo grandinės, kuri gali užtikrinti 12–15 V įtampos skirtumą tarp šaltinio ir vartų. Jei to nepavyks pasiekti, kanalo varža labai padidės, o galios išsklaidymas žymiai padidės. Ir dėl to tranzistorius gali perkaisti ir sugesti.

Gaminama daugybė PWM reguliatorių mikroschemų, kurios gali atlaikyti įvesties įtampos padidėjimą iki 25–30 V, nepaisant to, kad maitinimo šaltinis bus tik 7–14 V. Tai leis išvesties tranzistorių įjungti grandinėje kartu su bendru nutekėjimu. Tai, savo ruožtu, būtina norint prijungti apkrovą su bendru minusu. Pavyzdžiai yra šie pavyzdžiai: L9610, L9611, U6080B ... U6084B. Dauguma apkrovų nenaudoja daugiau nei 10 amperų srovės, todėl jos negali sukelti įtampos kritimo. Dėl to galite naudoti paprastas grandines be pakeitimų kaip papildomą įrenginį, kuris padidins įtampą. Ir būtent šie PWM reguliatorių pavyzdžiai bus aptariami straipsnyje. Jie gali būti pastatyti asimetrinio arba budėjimo multivibratoriaus pagrindu. Verta kalbėti apie PWM variklio greičio reguliatorių. Daugiau apie tai vėliau.

Schema Nr.1

Ši PWM valdiklio grandinė buvo surinkta naudojant CMOS lustų keitiklius. Tai stačiakampis impulsų generatorius, veikiantis 2 loginiais elementais. Diodų dėka čia atskirai keičiasi dažnio nustatymo kondensatoriaus iškrovimo ir įkrovimo laiko konstanta. Tai leidžia pakeisti išėjimo impulsų darbo ciklą ir dėl to apkrovoje esančios efektyvios įtampos vertę. Šioje grandinėje galima naudoti bet kokius invertuojančius CMOS elementus, taip pat NOR ir AND. Pavyzdžiui, K176PU2, K561LN1, K561LA7, K561LE5. Galite naudoti kitus tipus, tačiau prieš tai turėsite gerai pagalvoti, kaip teisingai sugrupuoti jų įvestis, kad jos galėtų atlikti priskirtas funkcijas. Schemos privalumai yra elementų prieinamumas ir paprastumas. Trūkumai yra modifikavimo sudėtingumas (beveik neįmanomas) ir netobulumas keičiant išėjimo įtampos diapazoną.

Schema Nr.2

Jis turi geresnes charakteristikas nei pirmasis pavyzdys, tačiau jį sunkiau įgyvendinti. Gali reguliuoti efektyviąją apkrovos įtampą 0-12V diapazone, iki kurios ji keičiasi nuo pradinės 8-12V vertės. Didžiausia srovė priklauso nuo lauko tranzistoriaus tipo ir gali pasiekti reikšmingas reikšmes. Atsižvelgiant į tai, kad išėjimo įtampa yra proporcinga valdymo įėjimui, ši grandinė gali būti naudojama kaip valdymo sistemos dalis (temperatūrai palaikyti).

Paplitimo priežastys

Kas traukia automobilių entuziastus prie PWM valdiklio? Pažymėtina, kad statant antrinius elektroninei įrangai norima padidinti efektyvumą. Dėl šios savybės šią technologiją galima rasti ir gaminant kompiuterių monitorius, ekranus telefonuose, nešiojamuose kompiuteriuose, planšetiniuose kompiuteriuose ir panašioje įrangoje, o ne tik automobiliuose. Taip pat reikėtų pažymėti, kad ši technologija yra labai nebrangi, kai naudojama. Be to, jei nuspręsite ne pirkti, o patys surinkti PWM valdiklį, galite sutaupyti pinigų tobulindami savo automobilį.

Išvada

Na, dabar jūs žinote, kas yra PWM galios reguliatorius, kaip jis veikia, ir netgi galite patys surinkti panašius įrenginius. Todėl, jei norite paeksperimentuoti su savo automobilio galimybėmis, apie tai galima pasakyti tik viena – darykite tai. Be to, jūs galite ne tik naudoti čia pateiktas diagramas, bet ir gerokai jas modifikuoti, jei turite atitinkamų žinių ir patirties. Bet net jei viskas nepavyks iš pirmo karto, galite įgyti labai vertingą dalyką - patirtį. Kas žino, kur jis gali praversti toliau ir koks bus jo buvimas.

Man reikėjo padaryti sraigto greičio reguliatorių. Nupūsti dūmus iš lituoklio ir išvėdinti veidą. Na, šiaip pramoga, supakuokite viską į minimalią kainą. Lengviausias būdas reguliuoti mažos galios nuolatinės srovės variklį, žinoma, yra su kintamu rezistoriumi, tačiau norint rasti variklį tokiai mažai vardinei vertei ir net reikiamai galiai, reikia įdėti daug pastangų, ir tai akivaizdžiai laimėjo nekainuoja dešimties rublių. Todėl mūsų pasirinkimas yra PWM + MOSFET.

paėmiau raktą IRF630. Kodėl šis MOSFET? Taip, aš ką tik iš kažkur jų gavau apie dešimt. Taigi aš jį naudoju, kad galėčiau įdiegti ką nors mažesnio ir mažai galios. Nes vargu ar srovė čia bus didesnė už amperą, bet IRF630 galintis traukti per save esant 9A. Bet bus galima padaryti visą kaskadą ventiliatorių sujungus juos prie vieno ventiliatoriaus - galios užteks :)

Dabar laikas galvoti, ką darysime PWM. Mintis tuoj pat sufleruoja – mikrovaldiklis. Paimkite šiek tiek Tiny12 ir padarykite tai ant jo. Šią mintį akimirksniu mečiau į šalį.

1. Jaučiuosi blogai išleidęs tokią vertingą ir brangią dalį kokiam nors gerbėjui. Surasiu įdomesnę užduotį mikrovaldikliui
2. Rašyti daugiau programinės įrangos tam yra dvigubai varginantis.
3. Maitinimo įtampa yra 12 voltų, nuleisti ją iki 5 voltų, kad būtų galima maitinti MK, paprastai yra tingu
4. IRF630 neatsidarys nuo 5 voltų, todėl čia taip pat tektų montuoti tranzistorių, kad jis tiektų didelį potencialą lauko vartams. Po velnių.

Lieka analoginė grandinė. Na, tai irgi nėra blogai. Tai nereikalauja jokio reguliavimo, mes nekuriame didelio tikslumo įrenginio. Detalės taip pat minimalios. Jums tereikia sugalvoti, ką daryti.

Op stiprintuvus galima iš karto išmesti. Faktas yra tas, kad bendrosios paskirties operaciniams stiprintuvams, kaip taisyklė, jau po 8–10 kHz, išėjimo įtampos riba jis pradeda smarkiai griūti, ir mums reikia trūkčioti lauko darbuotoją. Be to, viršgarsiniu dažniu, kad nebūtų girgždėti.

Op-stiprintuvai be tokio trūkumo kainuoja tiek, kad už šiuos pinigus galite nusipirkti keliolika šauniausių mikrovaldiklių. Į krosnį!

Lieka lyginamieji įrenginiai, jie neturi galimybės sklandžiai keisti išėjimo įtampą, jie gali palyginti dvi įtampas ir uždaryti išėjimo tranzistorių pagal palyginimo rezultatus, tačiau jie tai daro greitai ir neužblokuodami; charakteristikas. Rašiau po statinės dugną ir neradau jokių lygintuvų. Pasala! Tiksliau buvo LM339, bet tai buvo dideliame korpuse, o religija man neleidžia lituoti mikroschemos daugiau nei 8 kojoms tokiai paprastai užduočiai. Taip pat buvo gėda temptis į sandėlį. Ką daryti?

Ir tada aš prisiminiau tokį nuostabų dalyką kaip analoginis laikmatis - NE555. Tai savotiškas generatorius, kuriame galite nustatyti dažnį, impulso ir pauzės trukmę, naudodami rezistorių ir kondensatoriaus derinį. Kiek visokių niekšybių buvo padaryta su šiuo laikmačiu per daugiau nei trisdešimties metų istoriją... Iki šiol ši mikroschema, nepaisant garbingo amžiaus, spausdinama milijonais egzempliorių ir yra prieinama beveik kiekviename sandėlyje už keli rubliai. Pavyzdžiui, mūsų šalyje tai kainuoja apie 5 rublius. Išknisau po statinės dugną ir radau porą gabalų. APIE! Pamaišykime reikalus dabar.

Kaip tai veikia
Jei nesigilinsite į 555 laikmačio struktūrą, tai nėra sunku. Grubiai tariant, laikmatis stebi kondensatoriaus C1 įtampą, kurią jis pašalina iš išvesties. THR(THRESHOLD – slenkstis). Kai tik jis pasiekia maksimumą (kondensatorius įkraunamas), atsidaro vidinis tranzistorius. Kuris uždaro išėjimą DIS(IŠLAIDYMAS – iškrovimas) į žemę. Tuo pačiu metu prie išėjimo OUT pasirodo loginis nulis. Kondensatorius pradeda išsikrauti DIS ir kai įtampa ant jo tampa nuline (visiškas iškrovimas), sistema persijungs į priešingą būseną - 1 išėjime tranzistorius uždaromas. Kondensatorius vėl pradeda krauti ir viskas kartojasi iš naujo.
Kondensatoriaus C1 įkrovimas vyksta tokiu keliu: R4->viršutinis petys R1 ->D2“, ir iškrovimas pakeliui: D1 -> apatinė rankena R1 -> DIS. Sukant kintamąjį rezistorių R1, keičiame viršutinės ir apatinės svirties varžų santykį. Tai atitinkamai pakeičia impulso ilgio ir pauzės santykį.
Dažnis daugiausia nustatomas kondensatoriumi C1 ir taip pat šiek tiek priklauso nuo varžos R1 vertės.
Rezistorius R3 užtikrina, kad išėjimas būtų ištrauktas į aukštą lygį – taigi yra atviro kolektoriaus išėjimas. Kuris negali savarankiškai nustatyti aukšto lygio.

Galite įdiegti bet kokius diodus, laidininkai yra maždaug vienodos vertės, nuokrypiai per vieną eilę nedaro ypatingos įtakos darbo kokybei. Pvz C1 nustatytas 4,7 nanofaradas dažnis nukrenta iki 18 kHz, bet beveik nesigirdi, matyt mano klausa nebetobula :(

Įlindau į šiukšliadėžes, kurios pats apskaičiuoja NE555 laikmačio veikimo parametrus ir iš ten surinkau grandinę stabiliam režimui, kurio užpildymo koeficientas mažesnis nei 50%, ir vietoj R1 ir R2 įsuku kintamąjį rezistorių, su kuriuo Pakeičiau išėjimo signalo darbo ciklą. Tiesiog reikia atkreipti dėmesį į tai, kad DIS išėjimas (DISCHARGE) yra per vidinį laikmačio klavišą prijungtas prie žemės, todėl negalėjo būti prijungtas tiesiai prie potenciometro, nes sukant reguliatorių į kraštinę padėtį, šis kaištis atsidurtų ant Vcc. O kai atsidarys tranzistorius, įvyks natūralus trumpasis jungimas, o laikmatis su gražiu zilu skleis stebuklingus dūmus, ant kurių, kaip žinia, veikia visa elektronika. Kai tik dūmai palieka lustą, jis nustoja veikti. Viskas. Todėl imame ir pridedame dar vieną rezistorių vienam kiloomui. Tai nepakeis reguliavimo, bet apsaugos nuo perdegimo.

Ne anksčiau pasakyta, nei padaryta. Išgraviravau plokštę ir litavau komponentus:

Viskas paprasta iš apačios.
Čia aš pridedu antspaudą vietiniame „Sprint“ išdėstyme -

Ir tai yra variklio įtampa. Matomas nedidelis perėjimo procesas. Vamzdyną reikia pastatyti lygiagrečiai per pusę mikrofarado ir jis jį išlygins.

Kaip matote, dažnis plūduriuoja - tai suprantama, nes mūsų atveju veikimo dažnis priklauso nuo rezistorių ir kondensatoriaus, o kadangi jie keičiasi, dažnis plūduriuoja, bet tai nesvarbu. Visame valdymo diapazone jis niekada nepatenka į garsinį diapazoną. Ir visa konstrukcija kainavo 35 rublius, neskaitant kūno. Taigi – pelnas!

Impulso pločio moduliacija (PWM) – tai signalo konvertavimo būdas, kai impulso trukmė (darbo koeficientas) keičiasi, tačiau dažnis išlieka pastovus. Anglų kalba jis vadinamas PWM (impulso pločio moduliacija). Šiame straipsnyje mes išsamiai apžvelgsime, kas yra PWM, kur jis naudojamas ir kaip jis veikia.

Taikymo sritis

Tobulėjant mikrovaldiklių technologijai, PWM atsivėrė naujos galimybės. Šis principas tapo pagrindu elektroniniams įrenginiams, kuriems reikia ir reguliuoti išvesties parametrus, ir palaikyti juos tam tikrame lygyje. Impulso pločio moduliavimo metodas naudojamas šviesos ryškumui, variklių sukimosi greičiui keisti, taip pat valdant impulsinio tipo maitinimo šaltinių (PSU) galios tranzistorių.

Impulsinio pločio (PW) moduliacija aktyviai naudojama kuriant LED šviesumo valdymo sistemas. Dėl mažos inercijos šviesos diodas turi laiko persijungti (mirksėti ir užgesti) kelių dešimčių kHz dažniu. Jo veikimą impulsiniu režimu žmogaus akis suvokia kaip nuolatinį švytėjimą. Savo ruožtu ryškumas priklauso nuo impulso trukmės (atviros šviesos diodo būsenos) per vieną laikotarpį. Jei impulso laikas yra lygus pauzės laikui, tai yra, darbo ciklas yra 50%, tada šviesos diodo ryškumas bus pusė vardinės vertės. Populiarėjant 220 V LED lempoms, iškilo klausimas, kaip padidinti jų veikimo patikimumą esant nestabiliai įėjimo įtampai. Sprendimas buvo rastas universalios mikroschemos pavidalu – galios tvarkyklės, veikiančios impulso pločio arba impulsų dažnio moduliavimo principu. Išsamiai aprašyta viena iš šių tvarkyklių pagrįsta grandinė.

Tinklo įtampa, tiekiama į tvarkyklės lusto įvestį, nuolat lyginama su grandinės atskaitos įtampa, išėjime generuojant PWM (PWM) signalą, kurio parametrus nustato išoriniai rezistoriai. Kai kurios mikroschemos turi kaištį analoginiam arba skaitmeniniam valdymo signalui tiekti. Taigi impulsų tvarkyklės veikimą galima valdyti naudojant kitą PHI keitiklį. Įdomu tai, kad šviesos diodas gauna ne aukšto dažnio impulsus, o srovę, išlygintą induktoriaus, kuris yra privalomas tokių grandinių elementas.

Platus PWM naudojimas atsispindi visuose LCD skydeliuose su LED foniniu apšvietimu. Deja, LED monitoriuose dauguma PWB keitiklių veikia šimtų hercų dažniu, o tai neigiamai veikia kompiuterių vartotojų regėjimą.

Arduino mikrovaldiklis taip pat gali veikti PWM valdiklio režimu. Norėdami tai padaryti, iškvieskite funkciją AnalogWrite(), skliausteliuose nurodydami reikšmę nuo 0 iki 255. Nulis atitinka 0 V, o 255 – 5 V. Tarpinės vertės apskaičiuojamos proporcingai.

Plačiai paplitęs PWM principu veikiančių prietaisų paplitimas leido žmonijai atitolti nuo linijinio tipo transformatorių maitinimo šaltinių. Dėl to padidėja efektyvumas ir kelis kartus sumažėja maitinimo šaltinių svoris ir dydis.

PWM valdiklis yra neatsiejama šiuolaikinio perjungiamojo maitinimo dalis. Jis valdo galios tranzistoriaus, esančio impulsinio transformatoriaus pirminėje grandinėje, veikimą. Dėl grįžtamojo ryšio grandinės įtampa maitinimo šaltinio išėjime visada išlieka stabili. Mažiausias išėjimo įtampos nuokrypis aptinkamas per grįžtamąjį ryšį mikroschema, kuri akimirksniu pakoreguoja valdymo impulsų darbo ciklą. Be to, modernus PWM valdiklis išsprendžia daugybę papildomų užduočių, kurios padeda padidinti maitinimo patikimumą:

• suteikia keitiklio minkšto paleidimo režimą;
• riboja valdymo impulsų amplitudę ir darbo ciklą;
• kontroliuoja įėjimo įtampos lygį;
• apsaugo nuo trumpojo jungimo ir maitinimo jungiklio perkaitimo;
• jei reikia, perjungia įrenginį į budėjimo režimą.

PWM valdiklio veikimo principas

PWM valdiklio užduotis yra valdyti maitinimo jungiklį keičiant valdymo impulsus. Kai veikia perjungimo režimu, tranzistorius yra vienoje iš dviejų būsenų (visiškai atidarytas, visiškai uždarytas). Uždarytoje būsenoje srovė per p-n sandūrą neviršija kelių μA, o tai reiškia, kad galios sklaida linkusi į nulį. Atviroje būsenoje, nepaisant didelės srovės, pn sandūros varža yra itin maža, o tai taip pat lemia nereikšmingus šiluminius nuostolius. Didžiausias šilumos kiekis išsiskiria perėjimo iš vienos būsenos į kitą momentu. Tačiau dėl trumpo perėjimo laiko, palyginti su moduliavimo dažniu, galios nuostoliai perjungimo metu yra nereikšmingi.

Impulso pločio moduliavimas skirstomas į du tipus: analoginį ir skaitmeninį. Kiekvienas tipas turi savo privalumų ir gali būti įgyvendinamas skirtingais būdais kuriant grandinę.

Analoginis PWM

Analoginio PWM moduliatoriaus veikimo principas pagrįstas dviejų signalų, kurių dažniai skiriasi keliomis eilėmis, palyginimu. Palyginimo elementas yra operacinis stiprintuvas (komparatorius). Į vieną iš jo įėjimų tiekiama aukšto pastovaus dažnio pjūklinė įtampa, o į kitą – žemo dažnio kintamos amplitudės moduliacinė įtampa. Komparatorius lygina abi reikšmes ir išvestyje generuoja stačiakampius impulsus, kurių trukmę lemia dabartinė moduliuojančio signalo vertė. Šiuo atveju PWM dažnis yra lygus pjūklo signalo dažniui.

Skaitmeninis PWM

Impulso pločio moduliavimas skaitmeninėje interpretacijoje yra viena iš daugelio mikrovaldiklio (MCU) funkcijų. Veikdamas tik su skaitmeniniais duomenimis, MK gali generuoti aukštą (100%) arba žemą (0%) įtampos lygį savo išėjimuose. Tačiau daugeliu atvejų, norint efektyviai valdyti apkrovą, reikia pakeisti įtampą MC išėjime. Pavyzdžiui, reguliuoti variklio sūkius, keisti šviesos diodo ryškumą. Ką turėčiau daryti, kad gaučiau bet kokią įtampos vertę nuo 0 iki 100% mikrovaldiklio išvestyje?

Problema išspręsta naudojant impulsų pločio moduliavimo metodą ir taikant oversampling fenomeną, kai nurodytas perjungimo dažnis kelis kartus didesnis už valdomo įrenginio atsaką. Keičiant impulsų darbo ciklą, pasikeičia vidutinė išėjimo įtampos vertė. Paprastai visas procesas vyksta nuo dešimčių iki šimtų kHz, o tai leidžia sklandžiai reguliuoti. Techniškai tai įgyvendinama naudojant PWM valdiklį - specializuotą mikroschemą, kuri yra bet kurios skaitmeninės valdymo sistemos „širdis“. Aktyvus PWM pagrindu veikiančių valdiklių naudojimas yra dėl neabejotinų pranašumų:

• didelis signalo konvertavimo efektyvumas;
• darbo stabilumas;
• taupyti apkrovos sunaudotą energiją;
• žema kaina;
• didelis viso įrenginio patikimumas.

PWM signalą mikrovaldiklio kontaktuose galite priimti dviem būdais: technine ir programine įranga. Kiekvienas MK turi įmontuotą laikmatį, galintį generuoti PWM impulsus tam tikruose kontaktuose. Taip pasiekiamas aparatinės įrangos diegimas. PWM signalo priėmimas naudojant programinės įrangos komandas turi daugiau galimybių raiškos požiūriu ir leidžia naudoti didesnį kontaktų skaičių. Tačiau programinės įrangos metodas sukelia didelę MK apkrovą ir užima daug atminties.

Pažymėtina, kad skaitmeniniame PWM impulsų skaičius per laikotarpį gali būti skirtingas, o patys impulsai gali būti bet kurioje laikotarpio dalyje. Išvesties signalo lygis nustatomas pagal bendrą visų impulsų per periodą trukmę. Reikėtų suprasti, kad kiekvienas papildomas impulsas yra galios tranzistoriaus perėjimas iš atviros būsenos į uždarą būseną, dėl ko perjungimo metu padidėja nuostoliai.

PWM reguliatoriaus naudojimo pavyzdys

Viena iš paprasto PWM reguliatoriaus įdiegimo variantų jau buvo aprašyta anksčiau. Jis pagamintas mikroschemos pagrindu ir turi nedidelį diržą. Tačiau, nepaisant paprastos grandinės konstrukcijos, reguliatorius turi gana platų pritaikymo spektrą: šviesos diodų ryškumo valdymo grandinės, LED juostos, nuolatinės srovės variklių sukimosi greičio reguliavimas.

Taip pat skaitykite