Gjenerator i sinjalit PWM me ekran. Rregullimi i ndriçimit LED

Në disa raste, për shembull, në elektrik dore ose në pajisjet e ndriçimit të shtëpisë, bëhet e nevojshme të rregulloni shkëlqimin e shkëlqimit. Duket se asgjë nuk mund të jetë më e thjeshtë: thjesht ndryshoni rrymën përmes LED, duke rritur ose ulur . Por në këtë rast, një pjesë e konsiderueshme e energjisë do të shpenzohet në rezistencën kufizuese, e cila është plotësisht e papranueshme kur fuqizohet në mënyrë të pavarur nga bateritë ose bateritë e rikarikueshme.

Përveç kësaj, ngjyra e LED-ve do të ndryshojë: për shembull, ngjyra e bardhë do të ketë një nuancë pak të gjelbër kur rryma bie nën nominale (për shumicën e LED-ve 20 mA). Në disa raste, një ndryshim i tillë në ngjyrë është krejtësisht i panevojshëm. Imagjinoni këto LED që ndriçojnë një ekran TV ose monitor kompjuteri.

Në këto raste zbatohet PWM - rregullimi (gjerësia e pulsit). Kuptimi i tij është se ndizet dhe fiket periodikisht. Në këtë rast, rryma mbetet nominale gjatë gjithë blicit, kështu që spektri i shkëlqimit nuk shtrembërohet. Nëse LED është i bardhë, atëherë hijet e gjelbra nuk do të shfaqen.

Përveç kësaj, me këtë metodë të rregullimit të energjisë, humbjet e energjisë janë minimale, efikasiteti i qarqeve me kontroll PWM është shumë i lartë, duke arritur më shumë se 90 përqind.

Parimi i kontrollit të PWM është mjaft i thjeshtë dhe është paraqitur në Figurën 1. Raporti i ndryshëm i kohës së gjendjes së ndezur dhe të shuar perceptohet nga syri si: si në një film - kornizat e shfaqura veçmas perceptohen si imazh në lëvizje. Këtu gjithçka varet nga frekuenca e projeksionit, e cila do të diskutohet pak më vonë.

Figura 1. Parimi i rregullimit të PWM

Figura tregon diagramet e sinjaleve në daljen e pajisjes së kontrollit PWM (ose oshilatorit kryesor). Zero dhe një janë caktuar: një logjike (niveli i lartë) bën që LED të shkëlqejë, një zero logjike (nivel i ulët) e bën atë të fiket.

Edhe pse gjithçka mund të jetë anasjelltas, pasi gjithçka varet nga modeli i qarkut të çelësit të daljes - LED mund të ndizet në një nivel të ulët dhe të fiket në një nivel të lartë. Në këtë rast, fizikisht një logjik do të ketë një nivel tensioni të ulët, dhe një zero logjike do të ketë një nivel të tensionit të lartë.

Me fjalë të tjera, një logjik shkakton aktivizimin e një ngjarje ose procesi (në rastin tonë, ndriçimi i një LED), dhe një zero logjike duhet ta çaktivizojë këtë proces. Kjo do të thotë, niveli i lartë në daljen e një mikroqarku dixhital nuk është gjithmonë një njësi LOGJIKE, gjithçka varet nga mënyra se si është ndërtuar qarku specifik. Kjo është vetëm për informacion. Por tani për tani do të supozojmë se çelësi kontrollohet në një nivel të lartë dhe thjesht nuk mund të jetë ndryshe.

Frekuenca dhe gjerësia e pulseve të kontrollit

Duhet të theksohet se periudha e përsëritjes së pulsit (ose frekuenca) mbetet e pandryshuar. Por, në përgjithësi, frekuenca e pulsit nuk ndikon në shkëlqimin e shkëlqimit, prandaj, nuk ka kërkesa të veçanta për stabilitetin e frekuencës. Ndryshon vetëm kohëzgjatja (WIDTH), në këtë rast, e pulsit pozitiv, për shkak të së cilës funksionon i gjithë mekanizmi i modulimit të gjerësisë së pulsit.

Kohëzgjatja e pulseve të kontrollit në figurën 1 është shprehur në %%. Ky është i ashtuquajturi "faktori i mbushjes" ose, në terminologjinë angleze, DUTY CYCLE. Shprehet si raport i kohëzgjatjes së pulsit të kontrollit me periudhën e përsëritjes së pulsit.

Në terminologjinë ruse përdoret zakonisht "faktori i detyrës" - raporti i periudhës së përsëritjes me kohën e pulsit A. Kështu, nëse faktori i mbushjes është 50%, atëherë cikli i punës do të jetë i barabartë me 2. Këtu nuk ka asnjë ndryshim thelbësor, prandaj, mund të përdorni ndonjë nga këto vlera, cilado që është më e përshtatshme dhe e kuptueshme për ju.

Këtu, natyrisht, mund të japim formula për llogaritjen e ciklit të punës dhe DUTY CYCLE, por për të mos e komplikuar prezantimin, do të bëjmë pa formula. Si mjet i fundit, ligji i Ohm-it. Nuk mund të bëni asgjë për këtë: "Nëse nuk e dini ligjin e Ohmit, qëndroni në shtëpi!" Nëse dikush është i interesuar për këto formula, ato mund të gjenden gjithmonë në internet.

Frekuenca PWM për dimmer

Siç u tha pak më lart, nuk ka kërkesa të veçanta për stabilitetin e frekuencës së pulsit PWM: mirë, "noton" pak, por kjo është në rregull. Nga rruga, rregullatorët PWM kanë paqëndrueshmëri të ngjashme të frekuencës, e cila është mjaft e madhe, gjë që nuk ndërhyn në përdorimin e tyre në shumë modele. Në këtë rast, është e rëndësishme vetëm që kjo frekuencë të mos bjerë nën një vlerë të caktuar.

Cila duhet të jetë frekuenca dhe sa e paqëndrueshme mund të jetë? Mos harroni se po flasim për dimmers. Në teknologjinë e filmit ekziston një term "frekuenca kritike e dridhjeve". Kjo është frekuenca në të cilën fotografitë individuale të shfaqura njëra pas tjetrës perceptohen si një imazh në lëvizje. Për syrin e njeriut, kjo frekuencë është 48 Hz.

Është për këtë arsye që frekuenca e xhirimit në film ishte 24 korniza/sek (standardi i televizionit është 25 korniza/sek). Për të rritur këtë frekuencë në një frekuencë kritike, projektuesit e filmit përdorin një grilë (kapen) me dy tehe që mbivendos dy herë çdo kornizë të shfaqur.

Në projektorët amatorë me film të ngushtë 8 mm, frekuenca e projektimit ishte 16 korniza/sek, kështu që grila kishte deri në tre tehe. Të njëjtat synime në televizion i shërben edhe fakti që imazhi shfaqet në gjysmëkorniza: fillimisht çift, e më pas vijat tek të imazhit. Rezultati është një frekuencë dridhjeje prej 50 Hz.

Funksionimi LED në modalitetin PWM përbëhet nga ndezje individuale me kohëzgjatje të rregullueshme. Në mënyrë që këto ndezje të perceptohen nga syri si një shkëlqim i vazhdueshëm, frekuenca e tyre duhet të jetë jo më e vogël se ajo kritike. Mund të shkosh aq lart sa të duash, por nuk mund të shkosh më poshtë. Ky faktor duhet të merret parasysh gjatë krijimit Rregullatorët PWM për llambat.

Nga rruga, vetëm si një fakt interesant: shkencëtarët kanë përcaktuar disi se frekuenca kritike për syrin e një blete është 800 Hz. Prandaj, bleta do ta shohë filmin në ekran si një sekuencë imazhesh individuale. Në mënyrë që ajo të shohë një imazh në lëvizje, frekuenca e projeksionit do të duhet të rritet në tetëqind gjysmë korniza për sekondë!

Për të kontrolluar vetë LED-in, përdoret. Kohët e fundit, më të përdorurat për këtë qëllim janë ato që lejojnë kalimin e fuqisë së konsiderueshme (përdorimi i transistorëve bipolarë konvencionalë për këto qëllime konsiderohet thjesht i pahijshëm).

Një nevojë e tillë (një MOSFET i fuqishëm - transistor) lind me një numër të madh LED, për shembull, me, të cilat do të diskutohen pak më vonë. Nëse fuqia është e ulët - kur përdorni një ose dy LED, mund të përdorni çelsat me fuqi të ulët, dhe nëse është e mundur, lidhni LED-të drejtpërdrejt në daljet e mikroqarqeve.

Figura 2 tregon diagramin funksional të një rregullatori PWM. Diagrami në mënyrë konvencionale tregon rezistencën R2 si një element kontrolli. Duke rrotulluar dorezën e tij, mund të ndryshoni ciklin e punës së pulseve të kontrollit dhe, rrjedhimisht, ndriçimin e LED-ve, brenda kufijve të kërkuar.

Figura 2. Diagrami funksional i një rregullatori PWM

Figura tregon tre zinxhirë LED të lidhur në seri me rezistorë kufizues. Përafërsisht e njëjta lidhje përdoret në shiritat LED. Sa më i gjatë të jetë shiriti, aq më shumë LED, aq më i madh është konsumi aktual.

Është në këto raste që do të kërkohen ato të fuqishme, rryma e lejueshme e kullimit të së cilës duhet të jetë pak më e madhe se rryma e konsumuar nga kaseta. Kërkesa e fundit plotësohet mjaft lehtë: për shembull, transistori IRL2505 ka një rrymë kullimi prej rreth 100A, një tension kullimi prej 55 V, ndërsa dimensionet dhe çmimi i tij janë mjaft tërheqës për përdorim në dizajne të ndryshme.

Gjeneratorë master PWM

Një mikrokontrollues mund të përdoret si një gjenerator kryesor PWM (më shpesh në mjediset industriale), ose një qark i bërë në mikroqarqe me integrim të ulët. Nëse planifikoni të bëni një numër të vogël rregullatorësh PWM në shtëpi dhe nuk ka përvojë në krijimin e pajisjeve mikrokontrolluese, atëherë është më mirë të bëni një rregullator duke përdorur atë që është aktualisht në dispozicion.

Këto mund të jenë çipa logjikë të serisë K561, një kohëmatës i integruar, si dhe çipa të specializuar të krijuar për të. Në këtë rol, madje mund ta bëni atë të funksionojë duke montuar një gjenerator të rregullueshëm mbi të, por kjo, ndoshta, është "për dashurinë ndaj artit". Prandaj, vetëm dy qarqe do të konsiderohen më poshtë: më i zakonshmi në kohëmatësin 555 dhe në kontrolluesin UC3843 UPS.

Qarku kryesor oshilator i bazuar në kohëmatësin 555

Figura 3. Qarku kryesor i oshilatorit

Ky qark është një gjenerator konvencional me valë katrore, frekuenca e të cilit përcaktohet nga kondensatori C1. Kondensatori ngarkohet përmes qarkut "Dalja - R2 - RP1- C1 - tela e zakonshme". Në këtë rast, një tension i nivelit të lartë duhet të jetë i pranishëm në dalje, që do të thotë se dalja është e lidhur me polin pozitiv të burimit të energjisë.

Kondensatori shkarkohet përgjatë qarkut "C1 - VD2 - R2 - Dalja - tela e përbashkët" në një kohë kur ka një tension të nivelit të ulët në dalje - dalja është e lidhur me telin e përbashkët. Është ky ndryshim në shtigjet e ngarkimit dhe shkarkimit të kondensatorit të kohës që siguron marrjen e pulseve me një gjerësi të rregullueshme.

Duhet të theksohet se diodat, madje edhe të të njëjtit lloj, kanë parametra të ndryshëm. Në këtë rast, kapaciteti i tyre elektrik luan një rol, i cili ndryshon nën ndikimin e tensionit në dioda. Prandaj, së bashku me një ndryshim në ciklin e detyrës së sinjalit të daljes, ndryshon edhe frekuenca e tij.

Gjëja kryesore është që ajo të mos bëhet më e vogël se frekuenca kritike, e cila u përmend më lart. Përndryshe, në vend të një shkëlqimi të njëtrajtshëm me shkëlqim të ndryshëm, do të jenë të dukshme ndezjet individuale.

Përafërsisht (përsëri, fajin e kanë diodat), frekuenca e gjeneratorit mund të përcaktohet nga formula e treguar më poshtë.

Frekuenca e gjeneratorit PWM në kohëmatësin 555.

Nëse zëvendësoni kapacitetin e kondensatorit në farad dhe rezistencën në Ohms në formulë, atëherë rezultati duhet të jetë në herc Hz: nuk ka shpëtim nga sistemi SI! Kjo supozon se rrëshqitësi i rezistencës së ndryshueshme RP1 është në pozicionin e mesëm (në formulën RP1/2), që korrespondon me një sinjal dalës të valës katrore. Në figurën 2, kjo është pikërisht pjesa ku kohëzgjatja e pulsit është 50%, e cila është e barabartë me një sinjal me një cikël pune prej 2.

Gjeneratori kryesor PWM në çipin UC3843

Diagrami i tij është paraqitur në Figurën 4.

Figura 4. Qarku i oshilatorit kryesor PWM në çipin UC3843

Çipi UC3843 është një kontrollues PWM për ndërrimin e furnizimeve me energji elektrike dhe përdoret, për shembull, në burimet kompjuterike të formatit ATX. Në këtë rast, skema tipike për përfshirjen e saj është ndryshuar pak drejt thjeshtimit. Për të kontrolluar gjerësinë e pulsit të daljes, një tension kontrolli i polaritetit pozitiv aplikohet në hyrjen e qarkut, dhe një sinjal pulsi PWM merret në dalje.

Në rastin më të thjeshtë, tensioni i kontrollit mund të aplikohet duke përdorur një rezistencë të ndryshueshme me një rezistencë prej 22 ... 100 KOhm. Nëse është e nevojshme, tensioni i kontrollit mund të merret, për shembull, nga një sensor analog i dritës i bërë në një fotorezistor: sa më i errët të jetë jashtë dritares, aq më i ndritshëm është në dhomë.

Tensioni rregullues ndikon në daljen PWM në atë mënyrë që kur zvogëlohet, gjerësia e pulsit të daljes rritet, gjë që nuk është aspak befasuese. Në fund të fundit, qëllimi origjinal i mikroqarkut UC3843 është të stabilizojë tensionin e furnizimit me energji elektrike: nëse tensioni i daljes bie, dhe bashkë me të tensioni rregullues, atëherë duhet të merren masa (rritja e gjerësisë së pulsit të daljes) për të rritur paksa daljen. tensionit.

Tensioni rregullues në furnizimin me energji gjenerohet, si rregull, duke përdorur dioda zener. Më shpesh kjo ose të ngjashme.

Me vlerësimet e komponentëve të treguar në diagram, frekuenca e gjeneratorit është rreth 1 KHz, dhe ndryshe nga gjeneratori në kohëmatësin 555, ai nuk "lundron" kur ndryshon cikli i detyrës së sinjalit të daljes - shqetësim për qëndrueshmërinë e frekuenca e ndërprerjes së furnizimit me energji elektrike.

Për të rregulluar fuqi të konsiderueshme, për shembull, një shirit LED, një fazë kyçe në një tranzistor MOSFET duhet të lidhet me daljen, siç tregohet në Figurën 2.

Mund të flasim më shumë për rregullatorët PWM, por le të ndalemi këtu për momentin dhe në artikullin tjetër do të shikojmë mënyra të ndryshme për të lidhur LED. Në fund të fundit, jo të gjitha metodat janë njësoj të mira, ka disa që duhet të shmangen, dhe thjesht ka shumë gabime kur lidhni LED.

Foto e gjeneratorit.

Çfarë mund të bëjë ky gjenerator? Le të hedhim një vështrim në parametrat.

1. Tensioni i funksionimit: 3.3 - 30V;
2. Frekuenca e gjenerimit: 1Hz - 150KHz;
3. Saktësia e gjenerimit të frekuencës: 2%;
4. Fuqia e ngarkesës: 5…30mA;
5. Amplituda e sinjalit të daljes është e barabartë me tensionin e furnizimit;
6. Temperatura e ambientit: -20 … +70 °C.

Mund të shfaqen vetëm 2 numra me 3 shifra secili. Vija e poshtme tregon ciklin e punës PWM si përqindje, dhe rreshti i sipërm tregon frekuencën. Frekuenca shfaqet sipas rregullave të mëposhtme:

• XXX, hapi 1Hz, diapazoni 1 – 999Hz;
• X.XX, hap në 0,01 kHz, në intervalin 1,00 - 9,99 kHz;
• XX.X, hap në 0,1 kHz; në intervalin 10.0 - 99.9 kHz;
• X.X.X, hapi 1 kHz; në intervalin 100 - 150 kHz.

Ekrani kontrollohet nga çipi HT1621B, ekrani është universal, përmban simbolet e nevojshme për të ndërtuar një termometër, higrometër, voltmetër, ampermetër dhe vatmetër, por në rastin tonë ato nuk përdoren. Ekrani ka një dritë të pasme blu të ndritshme. Nga rruga, vërej se ekrani në gjeneratorin tim doli të ishte i dobët, sikur të ishte hequr nga diku.

Çipi kryesor i gjeneratorit është mikrokontrolluesi STM8S003F3P6. Dhe meqenëse ky mikrokontrollues ka memorie EEPROM, cilësimet ruhen kur fiken.

Gjeneratori mund të kontrollohet në dy mënyra: butona dhe nëpërmjet UART. Gjithçka është e qartë me butonat, një palë butona kontrollon frekuencën, e dyta ciklin e punës. Por me UART gjithçka është shumë më interesante. Shkëmbimi i të dhënave duhet të bëhet me parametrat e mëposhtëm:

• 9600 bps Bitë të dhënash: 8
• Stop bit: 1
• Shifra e kontrollit: asnjë
• Kontrolli i rrjedhës: asnjë

Për të vendosur frekuencën e gjenerimit, duhet të dërgoni frekuencën ashtu siç shfaqet në ekran duke shtuar shkronjën F përpara vlerës së frekuencës, për shembull, për të vendosur frekuencën në 100 Hz, duhet të dërgoni F100 105 kHz - F1.0.5, për 10.5 kHz - F10 .5 e kështu me radhë.

Për të vendosur ciklin e punës, duhet të dërgoni një numër treshifror të ciklit të punës duke shtuar shkronjën D përpara tij. Për shembull, D050, D100, D001.

Nëse dërgohet një komandë e saktë, gjeneratori do të përgjigjet DOWN, nëse është i pasaktë - FALL. Por ka një POR, nuk kam qenë kurrë në gjendje të konfiguroj punën me gjeneratorin përmes UART.

Vendosa të testoj gjeneratorin duke përdorur një analizues logjik. Kjo është ajo që ndodhi.

Frekuenca 1 Hz, cikli i punës 1%. Siç mund ta shohim, gabimi është ende i vogël.

Frekuenca 1 Hz, cikli i punës 50%.

Frekuenca 1 Hz, cikli i punës 99%.

Frekuenca 1 kHz, cikli i punës 1%.

Frekuenca 1 kHz, cikli i punës 50%.

Frekuenca 1 kHz, cikli i punës 99%. Këtu shohim se me ciklin e punës të vendosur në 99%, mbushja është në të vërtetë 100%.

Frekuenca 1 kHz, cikli i punës 91%. Fillova të zvogëloj ciklin e punës, dhe deri në 92% mbushja ishte 100%, dhe vetëm në 91% situata u përmirësua.

Frekuenca 50 kHz, cikli i punës 1%. Siç mund ta shihni, është vetëm 0.2% në vend të 1%.

Frekuenca 50 kHz, cikli i punës 50%. Këtu ndryshon me 1%.

Frekuenca 50 kHz, cikli i punës 99%. Dhe këtu përsëri devijimi është -1%.

Frekuenca 100 kHz, cikli i punës 1%. Por këtu nuk ka asgjë akoma.

Frekuenca 100 kHz, cikli i punës 2%. Dhe në 2% shfaqet sinjali, por në fakt mbushja është 0.4%.

Frekuenca 100 kHz, cikli i punës 50%. Devijimi është pothuajse -2%.

Frekuenca 100 kHz, cikli i punës 99%. Dhe këtu është pothuajse -1%.

Frekuenca 150 kHz, cikli i punës 1%. Sërish asnjë sinjal.

Frekuenca 150 Hz, cikli i punës 3%. Dhe sinjali shfaqet vetëm në 3%, por mbushja është 0.6%.

Frekuenca 150 kHz, cikli i punës 50%. Por në fakt, mbushja është 46,5%, një diferencë prej -3,5%.

Frekuenca 150 kHz, cikli i punës 99%. Dhe ka një gabim, por vetëm 1.5%.

Mostra është mjaft e përafërt, por kërkimi nuk ka përfunduar ende. Vendosa të mas ciklin e punës në cikle të ndryshme pune (hapa 5%) dhe në frekuenca të ndryshme (hapa 25000 Hz) dhe t'i vendos ato në një tabelë.

Kur punoni me shumë teknologji të ndryshme, shpesh shtrohet pyetja: si të menaxhoni fuqinë që është në dispozicion? Çfarë duhet të bëni nëse duhet të ulet ose të ngrihet? Përgjigja për këto pyetje është një rregullator PWM. Çfarë është ai? Ku përdoret? Dhe si ta montoni vetë një pajisje të tillë?

Çfarë është modulimi i gjerësisë së pulsit?

Pa sqaruar kuptimin e këtij termi, nuk ka kuptim të vazhdohet. Pra, modulimi i gjerësisë së pulsit është procesi i kontrollit të fuqisë që i jepet ngarkesës, i kryer duke modifikuar ciklin e punës së impulseve, i cili kryhet me një frekuencë konstante. Ekzistojnë disa lloje të modulimit të gjerësisë së pulsit:

1. Analog.

2. Dixhitale.

3. Binar (dy nivele).

4. Trini (tre nivele).

Çfarë është një rregullator PWM?

Tani që e dimë se çfarë është modulimi i gjerësisë së pulsit, mund të flasim për temën kryesore të artikullit. Një rregullator PWM përdoret për të rregulluar tensionin e furnizimit dhe për të parandaluar ngarkesat e fuqishme inerciale në automobila dhe motoçikleta. Kjo mund të duket e ndërlikuar dhe shpjegohet më së miri me një shembull. Le të themi se duhet të bëni që llambat e brendshme të ndriçimit të ndryshojnë shkëlqimin e tyre jo menjëherë, por gradualisht. E njëjta gjë vlen edhe për dritat anësore, fenerët e makinave ose tifozët. Kjo dëshirë mund të realizohet duke instaluar një rregullator të tensionit të tranzitorit (parametrik ose kompensues). Por me një rrymë të madhe, do të gjenerojë fuqi jashtëzakonisht të lartë dhe do të kërkojë instalimin e radiatorëve të mëdhenj shtesë ose një shtesë në formën e një sistemi ftohjeje të detyruar duke përdorur një tifoz të vogël të hequr nga pajisja kompjuterike. Siç mund ta shihni, kjo rrugë sjell shumë pasoja që do të duhet të kapërcehen.

Shpëtimi i vërtetë nga kjo situatë ishte rregullatori PWM, i cili funksionon në transistorë të fuqishëm të fuqisë me efekt në terren. Ata mund të ndërrojnë rryma të larta (deri në 160 Amper) vetëm me tension të portës 12-15 V. Duhet të theksohet se rezistenca e një transistori të hapur është mjaft e ulët, dhe falë kësaj, niveli i shpërndarjes së energjisë mund të reduktohet ndjeshëm. Për të krijuar rregullatorin tuaj PWM, do t'ju duhet një qark kontrolli që mund të sigurojë një ndryshim të tensionit midis burimit dhe portës brenda intervalit 12-15 V. Nëse kjo nuk mund të arrihet, rezistenca e kanalit do të rritet shumë dhe shpërndarja e energjisë do të rritet ndjeshëm. Dhe kjo, nga ana tjetër, mund të shkaktojë që transistori të mbinxehet dhe të dështojë.

Një gamë e tërë mikroqarqesh prodhohen për rregullatorët PWM që mund të përballojnë një rritje të tensionit të hyrjes në një nivel prej 25-30 V, pavarësisht nga fakti se furnizimi me energji elektrike do të jetë vetëm 7-14 V. Kjo do të lejojë që transistori i daljes të ndizet në qark së bashku me kullimin e përbashkët. Kjo, nga ana tjetër, është e nevojshme për të lidhur një ngarkesë me një minus të përbashkët. Shembujt përfshijnë mostrat e mëposhtme: L9610, L9611, U6080B ... U6084B. Shumica e ngarkesave nuk tërheqin më shumë se 10 amps rrymë, kështu që ato nuk mund të shkaktojnë ulje të tensionit. Dhe si rezultat, ju mund të përdorni qarqe të thjeshta pa modifikim në formën e një njësie shtesë që do të rrisë tensionin. Dhe janë pikërisht këto mostra të rregullatorëve PWM që do të diskutohen në artikull. Ato mund të ndërtohen në bazë të një multivibrator asimetrik ose gatishmërie. Vlen të flasim për kontrolluesin e shpejtësisë së motorit PWM. Më shumë për këtë më vonë.

Skema nr. 1

Ky qark kontrollues PWM u montua duke përdorur invertorët e çipit CMOS. Është një gjenerator pulsi drejtkëndor që funksionon në 2 elementë logjikë. Falë diodave, këtu ndryshon veçmas konstanta kohore e shkarkimit dhe ngarkimit të kondensatorit të përcaktimit të frekuencës. Kjo ju lejon të ndryshoni ciklin e punës së impulseve të daljes, dhe si rezultat, vlerën e tensionit efektiv që është i pranishëm në ngarkesë. Në këtë qark, është e mundur të përdoret çdo element CMOS invertues, si dhe shembujt NOR dhe AND përfshijnë K176PU2, K561LN1, K561LA7, K561LE5. Mund të përdorni lloje të tjera, por para kësaj do t'ju duhet të mendoni me kujdes se si t'i gruponi saktë hyrjet e tyre në mënyrë që ata të mund të kryejnë funksionalitetin e caktuar. Përparësitë e skemës janë aksesueshmëria dhe thjeshtësia e elementeve. Disavantazhet - vështirësi (pothuajse e pamundur) modifikimi dhe papërsosmëri në lidhje me ndryshimin e diapazonit të tensionit të daljes.

Skema nr 2

Ka karakteristika më të mira se kampioni i parë, por është më i vështirë për t'u zbatuar. Mund të rregullojë tensionin efektiv të ngarkesës në intervalin 0-12 V, në të cilin ai ndryshon nga një vlerë fillestare prej 8-12 V. Rryma maksimale varet nga lloji i transistorit me efekt në terren dhe mund të arrijë vlera të konsiderueshme. Duke pasur parasysh që tensioni i daljes është proporcional me hyrjen e kontrollit, ky qark mund të përdoret si pjesë e një sistemi kontrolli (për të ruajtur nivelin e temperaturës).

Arsyet e përhapjes

Çfarë i tërheq entuziastët e makinave te një kontrollues PWM? Duhet të theksohet se ekziston një dëshirë për të rritur efikasitetin kur ndërtohen ato sekondare për pajisjet elektronike. Falë kësaj veçorie, kjo teknologji mund të gjendet edhe në prodhimin e monitorëve kompjuterikë, ekraneve në telefona, laptopë, tabletë dhe pajisje të ngjashme, dhe jo vetëm në makina. Duhet të theksohet gjithashtu se kjo teknologji është shumë e lirë kur përdoret. Gjithashtu, nëse vendosni të mos blini, por të montoni vetë një kontrollues PWM, mund të kurseni para kur përmirësoni makinën tuaj.

konkluzioni

Epo, tani e dini se çfarë është një rregullator i fuqisë PWM, si funksionon dhe madje mund të montoni vetë pajisje të ngjashme. Prandaj, nëse doni të eksperimentoni me aftësitë e makinës suaj, ka vetëm një gjë për të thënë për këtë - bëjeni. Për më tepër, ju jo vetëm që mund të përdorni diagramet e paraqitura këtu, por edhe t'i modifikoni ndjeshëm ato nëse keni njohuritë dhe përvojën e duhur. Por edhe nëse gjithçka nuk funksionon herën e parë, mund të fitoni një gjë shumë të vlefshme - përvojë. Kush e di se ku mund të jetë i dobishëm më pas dhe sa e rëndësishme do të jetë prania e tij.

Më duhej të bëja një kontrollues shpejtësie për helikën. Për të larguar tymin nga saldatori dhe për të ajrosur fytyrën. Epo, thjesht për argëtim, paketoni gjithçka në një çmim minimal. Mënyra më e lehtë për të rregulluar një motor DC me fuqi të ulët, natyrisht, është me një rezistencë të ndryshueshme, por për të gjetur një motor për një vlerë nominale kaq të vogël, madje edhe fuqinë e kërkuar, duhet shumë përpjekje, dhe padyshim që fitoi nuk kushton dhjetë rubla. Prandaj, zgjedhja jonë është PWM + MOSFET.

Mora çelësin IRF630. Pse ky MOSFET? Po, sapo mora rreth dhjetë prej tyre nga diku. Kështu që unë e përdor atë, që të mund të instaloj diçka më të vogël dhe me fuqi të ulët. Sepse rryma këtu nuk ka gjasa të jetë më shumë se një amper, por IRF630 i aftë të tërhiqet përmes vetes nën 9A. Por do të jetë e mundur të krijoni një kaskadë të tërë tifozësh duke i lidhur me një tifoz - fuqi e mjaftueshme :)

Tani është koha të mendojmë se çfarë do të bëjmë PWM. Mendimi sugjeron menjëherë veten - një mikrokontrollues. Merrni pak Tiny12 dhe bëjeni me të. E hodha menjëherë këtë mendim.

1. Ndihem keq që shpenzoj një pjesë kaq të vlefshme dhe të shtrenjtë për një lloj tifozi. Do të gjej një detyrë më interesante për mikrokontrolluesin
2. Shkrimi i më shumë softuerëve për këtë është dyfish zhgënjyes.
3. Tensioni i furnizimit atje është 12 volt, ulja e tij për të fuqizuar MK në 5 volt është përgjithësisht dembel
4. IRF630 nuk do të hapet nga 5 volt, kështu që do t'ju duhet të instaloni edhe një tranzistor këtu në mënyrë që të furnizojë një potencial të lartë në portën e fushës. qij atë.

Ajo që mbetet është qarku analog. Epo, as kjo nuk është keq. Nuk kërkon ndonjë rregullim, ne nuk po bëjmë një pajisje me precizion të lartë. Detajet janë gjithashtu minimale. Ju vetëm duhet të kuptoni se çfarë të bëni.

Përforcuesit operativë mund të hidhen plotësisht. Fakti është se për op-amps për qëllime të përgjithshme, tashmë pas 8-10 kHz, si rregull, kufiri i tensionit në dalje ajo fillon të shembet ashpër, dhe ne duhet të shtyjmë punonjësin e fushës. Për më tepër, në një frekuencë supersonike, në mënyrë që të mos kërcitni.

Op-amps pa një pengesë të tillë kushtojnë aq shumë sa që me këto para mund të blini një duzinë nga mikrokontrolluesit më të lezetshëm. Në furrë!

Krahasuesit nuk kanë aftësinë e një op-amp për të ndryshuar pa probleme tensionin e daljes, ata mund të krahasojnë vetëm dy tensione dhe të mbyllin tranzitorin e daljes në bazë të rezultateve të krahasimit, por ata e bëjnë atë shpejt dhe pa bllokuar karakteristikat; . Kërkova në fund të fuçisë dhe nuk gjeta asnjë krahasues. Pritë! Më saktë ishte LM339, por ishte në një rast të madh, dhe feja ime nuk më lejon të bashkoj një mikroqark për më shumë se 8 këmbë për një detyrë kaq të thjeshtë. Ishte gjithashtu turp të tërhiqja zvarrë veten në depo. Çfarë duhet bërë?

Dhe pastaj m'u kujtua një gjë kaq e mrekullueshme si kohëmatës analog - NE555. Është një lloj gjeneratori ku mund të përdorni një kombinim të rezistorëve dhe një kondensatori për të vendosur frekuencën, si dhe kohëzgjatjen e pulsit dhe pauzës. Sa mutacione të ndryshme janë bërë në këtë kohëmatës gjatë historisë së tij më shumë se tridhjetëvjeçare... Deri më tani, ky mikrocircuit, pavarësisht nga mosha e tij e nderuar, është printuar në miliona kopje dhe është i disponueshëm në pothuajse çdo depo për një çmim prej një pak rubla. Për shembull, në vendin tonë kushton rreth 5 rubla. Kërkova në fund të fuçisë dhe gjeta disa copa. RRETH! Le t'i trazojmë gjërat tani.

Si funksionon kjo
Nëse nuk zhyteni thellë në strukturën e kohëmatësit 555, nuk është e vështirë. Përafërsisht, kohëmatësi monitoron tensionin në kondensatorin C1, të cilin e heq nga dalja THR(prag - prag). Sapo të arrijë maksimumin (kondensuesi është i ngarkuar), hapet transistori i brendshëm. Që mbyll daljen DIS(SHKARKOJE - shkarkim) në tokë. Në të njëjtën kohë, në dalje JASHTË shfaqet një zero logjike. Kondensatori fillon të shkarkohet përmes DIS dhe kur voltazhi në të bëhet zero (shkarkimi i plotë), sistemi do të kalojë në gjendjen e kundërt - në daljen 1, transistori është i mbyllur. Kondensatori fillon të ngarkohet përsëri dhe gjithçka përsëritet përsëri.
Ngarkesa e kondensatorit C1 ndjek rrugën: " R4-> shpatulla e sipërme R1 ->D2", dhe shkarkimi gjatë rrugës: D1 -> krahu i poshtëm R1 -> DIS. Kur kthejmë rezistencën e ndryshueshme R1, ne ndryshojmë raportin e rezistencave të krahëve të sipërm dhe të poshtëm. E cila, në përputhje me rrethanat, ndryshon raportin e gjatësisë së pulsit me pauzën.
Frekuenca vendoset kryesisht nga kondensatori C1 dhe gjithashtu varet pak nga vlera e rezistencës R1.
Rezistenca R3 siguron që dalja të tërhiqet në një nivel të lartë - kështu që ka një dalje me kolektor të hapur. E cila nuk është në gjendje të vendosë në mënyrë të pavarur një nivel të lartë.

Ju mund të instaloni çdo diodë, përçuesit kanë përafërsisht të njëjtën vlerë, devijimet brenda një rendi të madhësisë nuk ndikojnë veçanërisht në cilësinë e punës. Në 4.7 nanofarad të vendosur në C1, për shembull, frekuenca bie në 18 kHz, por është pothuajse e padëgjueshme, me sa duket dëgjimi im nuk është më i përsosur :(

Unë gërmova në kazanët, i cili vetë llogarit parametrat e funksionimit të kohëmatësit NE555 dhe mblodha një qark prej andej, për modalitetin e stabilizuar me një faktor mbushjeje më të vogël se 50%, dhe vidhos në një rezistencë të ndryshueshme në vend të R1 dhe R2, me të cilin Ndryshova ciklin e funksionimit të sinjalit të daljes. Thjesht duhet t'i kushtoni vëmendje faktit që dalja DIS (DISCHARGE) është përmes çelësit të kohëmatësit të brendshëm i lidhur me tokën, kështu që nuk mund të lidhej drejtpërdrejt me potenciometrin, sepse kur e kthen rregullatorin në pozicionin e tij ekstrem, kjo kunj do të ulej në Vcc. Dhe kur të hapet tranzistori, do të ketë një qark të shkurtër natyror dhe kohëmatësi me një zilch të bukur do të lëshojë tym magjik, mbi të cilin, siç e dini, funksionon e gjithë elektronika. Sapo tymi largohet nga çipi, ai ndalon së punuari. Kjo është ajo. Prandaj, marrim dhe shtojmë një rezistencë tjetër për një kilogram-ohm. Nuk do të bëjë ndryshim në rregullim, por do të mbrojë nga djegia.

E thënë më shpejt se sa bëhet. E gdheva tabelën dhe bashkova përbërësit:

Gjithçka është e thjeshtë nga poshtë.
Këtu po bashkangjit një vulë, në Sprint Layout -

Dhe ky është voltazhi në motor. Një proces i vogël tranzicioni është i dukshëm. Ju duhet ta vendosni kanalin paralelisht në gjysmë mikrofarad dhe ai do ta lëmojë atë.

Siç mund ta shihni, frekuenca noton - kjo është e kuptueshme, pasi frekuenca jonë e funksionimit varet nga rezistorët dhe kondensatori, dhe meqenëse ato ndryshojnë, frekuenca noton, por kjo nuk ka rëndësi. Gjatë gjithë diapazonit të kontrollit, ai kurrë nuk hyn në diapazonin e dëgjimit. Dhe e gjithë struktura kushtoi 35 rubla, pa llogaritur trupin. Pra - fitim!

Modulimi i gjerësisë së pulsit (PWM) është një metodë e konvertimit të sinjalit në të cilën kohëzgjatja e pulsit (faktori i detyrës) ndryshon, por frekuenca mbetet konstante. Në terminologjinë angleze quhet PWM (pulse-width modulation). Në këtë artikull do të shikojmë në detaje se çfarë është PWM, ku përdoret dhe si funksionon.

Fusha e zbatimit

Me zhvillimin e teknologjisë së mikrokontrolluesve, janë hapur mundësi të reja për PWM. Ky parim është bërë baza për pajisjet elektronike që kërkojnë si rregullimin e parametrave të daljes ashtu edhe ruajtjen e tyre në një nivel të caktuar. Metoda e modulimit të gjerësisë së pulsit përdoret për të ndryshuar shkëlqimin e dritës, shpejtësinë e rrotullimit të motorëve, si dhe për të kontrolluar tranzitorin e fuqisë së furnizimeve me energji të tipit puls (PSU).

Modulimi i gjerësisë së pulsit (PW) përdoret në mënyrë aktive në ndërtimin e sistemeve të kontrollit të ndriçimit LED. Për shkak të inercisë së ulët, LED ka kohë të ndizet (ndizet dhe fiket) në një frekuencë prej disa dhjetëra kHz. Funksionimi i tij në modalitetin e pulsit perceptohet nga syri i njeriut si një shkëlqim i vazhdueshëm. Nga ana tjetër, shkëlqimi varet nga kohëzgjatja e pulsit (gjendja e hapur e LED) gjatë një periudhe. Nëse koha e pulsit është e barabartë me kohën e pauzës, domethënë cikli i punës është 50%, atëherë shkëlqimi i LED do të jetë gjysma e vlerës nominale. Me popullarizimin e llambave LED 220 V, u ngrit pyetja e rritjes së besueshmërisë së funksionimit të tyre me një tension të paqëndrueshëm të hyrjes. Zgjidhja u gjet në formën e një mikroqarku universal - një drejtues fuqie që funksionon në parimin e gjerësisë së pulsit ose modulimit të frekuencës së pulsit. Një qark i bazuar në një nga këta drejtues përshkruhet në detaje.

Tensioni i rrjetit i furnizuar në hyrjen e çipit drejtues krahasohet vazhdimisht me tensionin e referencës në qark, duke gjeneruar një sinjal PWM (PWM) në dalje, parametrat e të cilit vendosen nga rezistorët e jashtëm. Disa mikroqarqe kanë një kunj për furnizimin e një sinjali kontrolli analog ose dixhital. Kështu, funksionimi i drejtuesit të pulsit mund të kontrollohet duke përdorur një konvertues tjetër PHI. Shtë interesante që LED nuk merr impulse me frekuencë të lartë, por një rrymë të zbutur nga induktori, i cili është një element i detyrueshëm i qarqeve të tilla.

Përdorimi në shkallë të gjerë i PWM reflektohet në të gjitha panelet LCD me ndriçim LED. Fatkeqësisht, në monitorët LED, shumica e konvertuesve PWB funksionojnë me një frekuencë prej qindra Hertz, gjë që ndikon negativisht në vizionin e përdoruesve të PC.

Mikrokontrolluesi Arduino mund të funksionojë gjithashtu në modalitetin e kontrolluesit PWM. Për ta bërë këtë, thirrni funksionin AnalogWrite(), duke treguar në kllapa vlerën nga 0 në 255. Zero korrespondon me 0V dhe 255 me 5V. Vlerat e ndërmjetme llogariten proporcionalisht.

Përhapja e gjerë e pajisjeve që funksionojnë në parimin PWM i ka lejuar njerëzimit të largohet nga furnizimet me energji të transformatorëve të tipit linear. Rezultati është një rritje e efikasitetit dhe një reduktim disa herë në peshën dhe madhësinë e furnizimit me energji elektrike.

Një kontrollues PWM është një pjesë integrale e një furnizimi me energji komutuese moderne. Ai kontrollon funksionimin e një tranzistor të fuqisë të vendosur në qarkun primar të transformatorit të pulsit. Për shkak të pranisë së një qarku reagimi, voltazhi në daljen e furnizimit me energji mbetet gjithmonë i qëndrueshëm. Devijimi më i vogël i tensionit të daljes zbulohet përmes reagimit nga një mikroqark, i cili korrigjon menjëherë ciklin e punës së pulseve të kontrollit. Për më tepër, një kontrollues modern PWM zgjidh një numër detyrash shtesë që ndihmojnë në rritjen e besueshmërisë së furnizimit me energji elektrike:

• siguron një modalitet të butë të fillimit për konvertuesin;
• kufizon amplituda dhe ciklin e punës së pulseve të kontrollit;
• kontrollon nivelin e tensionit të hyrjes;
• mbron nga qarqet e shkurtra dhe mbitemperatura e çelësit të rrymës;
• nëse është e nevojshme, e kalon pajisjen në modalitetin e gatishmërisë.

Parimi i funksionimit të një kontrolluesi PWM

Detyra e kontrolluesit PWM është të kontrollojë çelësin e energjisë duke ndryshuar pulset e kontrollit. Kur funksionon në modalitetin e ndërrimit, transistori është në një nga dy gjendjet (plotësisht i hapur, plotësisht i mbyllur). Në gjendje të mbyllur, rryma përmes kryqëzimit p-n nuk kalon disa μA, që do të thotë se shpërndarja e fuqisë tenton në zero. Në gjendje të hapur, pavarësisht nga rryma e lartë, rezistenca e kryqëzimit pn është jashtëzakonisht e ulët, gjë që gjithashtu çon në humbje të parëndësishme termike. Sasia më e madhe e nxehtësisë lirohet në momentin e kalimit nga një gjendje në tjetrën. Por për shkak të kohës së shkurtër të tranzicionit në krahasim me frekuencën e modulimit, humbjet e fuqisë gjatë ndërrimit janë të parëndësishme.

Modulimi i gjerësisë së pulsit ndahet në dy lloje: analoge dhe dixhitale. Çdo lloj ka avantazhet e veta dhe mund të zbatohet në mënyra të ndryshme në projektimin e qarkut.

PWM analoge

Parimi i funksionimit të një modulatori analog PWM bazohet në krahasimin e dy sinjaleve, frekuencat e të cilëve ndryshojnë me disa rend të madhësisë. Elementi i krahasimit është një përforcues operacional (krahasues). Një tension i dhëmbëzuar sharrë me një frekuencë të lartë konstante furnizohet në njërën nga hyrjet e tij dhe një tension modulues me frekuencë të ulët me amplitudë të ndryshueshme furnizohet në tjetrin. Krahasuesi krahason të dy vlerat dhe gjeneron impulse drejtkëndëshe në dalje, kohëzgjatja e të cilave përcaktohet nga vlera aktuale e sinjalit modulues. Në këtë rast, frekuenca PWM është e barabartë me frekuencën e sinjalit të sharrës.

PWM dixhitale

Modulimi i gjerësisë së pulsit në interpretimin dixhital është një nga funksionet e shumta të një mikrokontrollues (MCU). Duke funksionuar ekskluzivisht me të dhëna dixhitale, MK mund të gjenerojë një nivel tensioni të lartë (100%) ose të ulët (0%) në daljet e tij. Sidoqoftë, në shumicën e rasteve, për të kontrolluar në mënyrë efektive ngarkesën, voltazhi në daljen MC duhet të ndryshohet. Për shembull, rregullimi i shpejtësisë së motorit, ndryshimi i shkëlqimit të LED. Çfarë duhet të bëj për të marrë ndonjë vlerë të tensionit në intervalin nga 0 në 100% në daljen e mikrokontrolluesit?

Çështja zgjidhet duke përdorur metodën e modulimit të gjerësisë së pulsit dhe duke përdorur fenomenin e marrjes së mostrave të tepërta, kur frekuenca e caktuar e kalimit është disa herë më e lartë se përgjigja e pajisjes së kontrolluar. Duke ndryshuar ciklin e punës së impulseve, vlera mesatare e tensionit të daljes ndryshon. Si rregull, i gjithë procesi ndodh në një frekuencë prej dhjetëra deri në qindra kHz, gjë që lejon rregullimin e qetë. Teknikisht, kjo zbatohet duke përdorur një kontrollues PWM - një mikroqark i specializuar që është "zemra" e çdo sistemi kontrolli dixhital. Përdorimi aktiv i kontrollorëve të bazuar në PWM është për shkak të avantazheve të tyre të pamohueshme:

• efikasitet i lartë i konvertimit të sinjalit;
• stabiliteti i punës;
• kursimi i energjisë së konsumuar nga ngarkesa;
• kosto e ulët;
• besueshmëri e lartë e të gjithë pajisjes.

Mund të merrni një sinjal PWM në kunjat e mikrokontrolluesit në dy mënyra: harduer dhe softuer. Çdo MK ka një kohëmatës të integruar që është i aftë të gjenerojë pulse PWM në kunja të caktuara. Kështu arrihet zbatimi i harduerit. Marrja e një sinjali PWM duke përdorur komandat e softuerit ka më shumë mundësi për sa i përket rezolucionit dhe ju lejon të përdorni një numër më të madh kunjash. Sidoqoftë, metoda e softuerit çon në një ngarkesë të lartë në MK dhe merr shumë memorie.

Vlen të përmendet se në PWM dixhitale numri i pulseve për periudhë mund të jetë i ndryshëm, dhe vetë pulset mund të vendosen në çdo pjesë të periudhës. Niveli i sinjalit të daljes përcaktohet nga kohëzgjatja totale e të gjitha impulseve për periudhë. Duhet të kuptohet se çdo impuls shtesë është një kalim i tranzistorit të fuqisë nga një gjendje e hapur në një gjendje të mbyllur, gjë që çon në një rritje të humbjeve gjatë ndërrimit.

Shembull i përdorimit të një rregullatori PWM

Një nga opsionet për zbatimin e një rregullatori të thjeshtë PWM është përshkruar tashmë më herët. Është ndërtuar mbi bazën e një mikroqarku dhe ka një parzmore të vogël. Por, pavarësisht nga qarku i prostatës, rregullatori ka një gamë mjaft të gjerë aplikimesh: qarqe për kontrollin e ndriçimit të LED-ve, shirita LED, rregullimin e shpejtësisë së rrotullimit të motorëve DC.

Lexoni gjithashtu