เครื่องกำเนิดสัญญาณ PWM พร้อมจอแสดงผล การปรับความสว่างของ LED

ในบางกรณี เช่น ในไฟฉายหรืออุปกรณ์ให้แสงสว่างภายในบ้าน จำเป็นต้องปรับความสว่างของแสงที่เรืองแสง ดูเหมือนว่าไม่มีอะไรจะง่ายไปกว่านี้อีกแล้ว: เพียงแค่เปลี่ยนกระแสผ่าน LED เพิ่มขึ้นหรือลดลง . แต่ในกรณีนี้ พลังงานส่วนสำคัญจะถูกใช้ไปกับตัวต้านทานจำกัด ซึ่งยอมรับไม่ได้โดยสิ้นเชิงเมื่อใช้พลังงานโดยอิสระจากแบตเตอรี่หรือแบตเตอรี่แบบชาร์จไฟได้

นอกจากนี้ สีของ LED จะเปลี่ยนไป: ตัวอย่างเช่น สีขาวจะมีโทนสีเขียวเล็กน้อยเมื่อกระแสไฟลดลงต่ำกว่าค่าที่กำหนด (สำหรับ LED ส่วนใหญ่ 20mA) ในบางกรณีการเปลี่ยนสีนั้นไม่จำเป็นเลย ลองนึกภาพไฟ LED เหล่านี้ส่องสว่างหน้าจอทีวีหรือจอคอมพิวเตอร์

ในกรณีเหล่านี้จะมีผลใช้บังคับ PWM - การควบคุม (ความกว้างพัลส์)- ความหมายของมันคือมันจะสว่างขึ้นและดับลงเป็นระยะ ในกรณีนี้ กระแสไฟจะยังคงเป็นค่าปกติตลอดทั้งแฟลช ดังนั้นสเปกตรัมแสงจึงไม่ผิดเพี้ยน หาก LED เป็นสีขาว เฉดสีเขียวจะไม่ปรากฏขึ้น

นอกจากนี้ ด้วยวิธีการควบคุมพลังงานนี้ การสูญเสียพลังงานมีน้อยมาก ประสิทธิภาพของวงจรที่มีการควบคุม PWM จะสูงมาก โดยสูงถึงมากกว่า 90 เปอร์เซ็นต์

หลักการควบคุม PWM นั้นค่อนข้างง่าย และแสดงในรูปที่ 1 อัตราส่วนที่แตกต่างกันของเวลาของสถานะที่สว่างและดับนั้นจะถูกรับรู้ด้วยตาเป็น: เช่นเดียวกับในภาพยนตร์ - เฟรมที่แสดงแยกกันจะถูกมองว่าเป็นภาพเคลื่อนไหว ที่นี่ทุกอย่างขึ้นอยู่กับความถี่ของการฉายภาพซึ่งจะกล่าวถึงในภายหลัง

รูปที่ 1. หลักการควบคุม PWM

รูปนี้แสดงไดอะแกรมของสัญญาณที่เอาต์พุตของอุปกรณ์ควบคุม PWM (หรือออสซิลเลเตอร์หลัก) มีการกำหนดศูนย์และหนึ่งไว้: ค่าตรรกะ (ระดับสูง) ทำให้ LED สว่างขึ้น ค่าศูนย์ตรรกะ (ระดับต่ำ) ทำให้ดับลง

แม้ว่าทุกอย่างจะเป็นอย่างอื่นได้ เนื่องจากทุกอย่างขึ้นอยู่กับการออกแบบวงจรของสวิตช์เอาท์พุต - LED สามารถเปิดได้ที่ระดับต่ำและปิดที่ระดับสูง ในกรณีนี้ ทางกายภาพ โลจิคัลจะมีระดับแรงดันไฟฟ้าต่ำ และศูนย์โลจิคัลจะมีระดับแรงดันไฟฟ้าสูง

กล่าวอีกนัยหนึ่ง ตรรกะทำให้เกิดการเปิดใช้งานเหตุการณ์หรือกระบวนการบางอย่าง (ในกรณีของเรา การส่องสว่างของ LED) และศูนย์ตรรกะควรปิดการใช้งานกระบวนการนี้ นั่นคือระดับสูงที่เอาต์พุตของไมโครวงจรดิจิทัลนั้นไม่ได้เป็นหน่วย LOGICAL เสมอไป ทุกอย่างขึ้นอยู่กับวิธีสร้างวงจรเฉพาะ นี่เป็นเพียงเพื่อเป็นข้อมูล แต่สำหรับตอนนี้ เราจะถือว่าคีย์ได้รับการควบคุมในระดับสูง และไม่สามารถเป็นอย่างอื่นได้

ความถี่และความกว้างของพัลส์ควบคุม

ควรสังเกตว่าระยะเวลาการทำซ้ำของพัลส์ (หรือความถี่) ยังคงไม่เปลี่ยนแปลง แต่โดยทั่วไปแล้ว ความถี่พัลส์จะไม่ส่งผลต่อความสว่างของแสง ดังนั้นจึงไม่มีข้อกำหนดพิเศษสำหรับความเสถียรของความถี่ ในกรณีนี้ เฉพาะระยะเวลา (WIDTH) ของการเปลี่ยนแปลงพัลส์เชิงบวก เนื่องจากกลไกทั้งหมดของการปรับความกว้างพัลส์ทำงาน

ระยะเวลาของพัลส์ควบคุมในรูปที่ 1 แสดงเป็น %% นี่คือสิ่งที่เรียกว่า "ปัจจัยการเติม" หรือในคำศัพท์ภาษาอังกฤษ DUTY CYCLE โดยจะแสดงเป็นอัตราส่วนของระยะเวลาของพัลส์ควบคุมต่อระยะเวลาการเกิดซ้ำของพัลส์

ในคำศัพท์ภาษารัสเซียมักใช้ “ปัจจัยหน้าที่” - อัตราส่วนของระยะเวลาการทำซ้ำต่อเวลาพัลส์ก. ดังนั้น หากรอบการทำงานอยู่ที่ 50% รอบการทำงานจะเท่ากับ 2 ไม่มีความแตกต่างพื้นฐานที่นี่ ดังนั้น คุณสามารถใช้ค่าใด ๆ เหล่านี้ได้ แล้วแต่ว่าจะสะดวกและเข้าใจได้สำหรับคุณมากกว่า

แน่นอนว่าเราสามารถให้สูตรในการคำนวณ Duty Cycle และ DUTY CYCLE ได้ แต่เพื่อไม่ให้การนำเสนอซับซ้อน เราจะดำเนินการโดยไม่มีสูตร ทางเลือกสุดท้ายคือกฎของโอห์ม คุณไม่สามารถทำอะไรกับเรื่องนี้ได้: “ถ้าคุณไม่รู้กฎของโอห์ม ให้อยู่บ้าน!” หากใครสนใจสูตรเหล่านี้ก็สามารถหาดูได้ทางอินเทอร์เน็ตเสมอ

ความถี่ PWM สำหรับเครื่องหรี่

ดังที่กล่าวไว้ข้างต้น ไม่มีข้อกำหนดพิเศษสำหรับความเสถียรของความถี่พัลส์ PWM: มัน "ลอย" เล็กน้อย แต่ก็ไม่เป็นไร อย่างไรก็ตามตัวควบคุม PWM มีความไม่เสถียรของความถี่ที่คล้ายกันซึ่งมีขนาดค่อนข้างใหญ่ซึ่งไม่รบกวนการใช้งานในหลาย ๆ การออกแบบ ในกรณีนี้ สิ่งสำคัญคือความถี่นี้ไม่ต่ำกว่าค่าที่กำหนดเท่านั้น

ความถี่ควรเป็นเท่าใด และไม่เสถียรเพียงใด? อย่าลืมว่าเรากำลังพูดถึงเครื่องหรี่ไฟ ในเทคโนโลยีภาพยนตร์มีคำว่า "ความถี่การสั่นไหววิกฤต" นี่คือความถี่ที่แต่ละภาพที่แสดงทีละภาพจะถูกมองว่าเป็นภาพเคลื่อนไหว สำหรับสายตามนุษย์ ความถี่นี้คือ 48Hz

ด้วยเหตุนี้ความถี่ในการถ่ายภาพบนแผ่นฟิล์มจึงอยู่ที่ 24 เฟรม/วินาที (มาตรฐานโทรทัศน์คือ 25 เฟรม/วินาที) ในการเพิ่มความถี่นี้ไปสู่ความถี่วิกฤต เครื่องฉายภาพยนตร์จะใช้ชัตเตอร์แบบสองใบมีด (ชัตเตอร์) ซึ่งซ้อนทับกันสองครั้งในแต่ละเฟรมที่แสดง

ในโปรเจ็กเตอร์ฟิล์มแคบสมัครเล่น 8 มม. ความถี่ในการฉายภาพคือ 16 เฟรม/วินาที ดังนั้นชัตเตอร์จึงมีใบมีดมากถึงสามใบ เป้าหมายเดียวกันในโทรทัศน์นั้นเกิดจากการที่ภาพแสดงเป็นครึ่งเฟรม: เส้นคู่แรกและเส้นคี่ของภาพ ผลลัพธ์ที่ได้คือความถี่การสั่นไหวที่ 50Hz

การทำงานของ LED ในโหมด PWM ประกอบด้วยไฟแฟลชแต่ละตัวที่มีระยะเวลาที่ปรับได้ เพื่อให้ดวงตารับรู้ถึงแสงวาบเหล่านี้เป็นแสงต่อเนื่อง ความถี่ของแสงเหล่านั้นจะต้องไม่ต่ำกว่าค่าวิกฤต คุณสามารถไปสูงได้เท่าที่คุณต้องการ แต่คุณไม่สามารถไปต่ำลงได้ ควรคำนึงถึงปัจจัยนี้เมื่อสร้าง ตัวควบคุม PWM สำหรับหลอดไฟ.

อย่างไรก็ตาม เช่นเดียวกับข้อเท็จจริงที่น่าสนใจ นักวิทยาศาสตร์ได้ระบุแล้วว่าความถี่วิกฤตสำหรับตาผึ้งคือ 800Hz ดังนั้นผึ้งจะมองเห็นภาพยนตร์บนหน้าจอเป็นลำดับภาพแต่ละภาพ เพื่อให้เธอเห็นภาพเคลื่อนไหว ความถี่ในการฉายภาพจะต้องเพิ่มขึ้นเป็นแปดร้อยครึ่งเฟรมต่อวินาที!

ใช้เพื่อควบคุม LED เอง เมื่อเร็ว ๆ นี้สิ่งที่ใช้กันอย่างแพร่หลายเพื่อจุดประสงค์นี้คือสิ่งที่อนุญาตให้เปลี่ยนพลังงานที่สำคัญ (การใช้ทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์ธรรมดาเพื่อจุดประสงค์เหล่านี้ถือว่าไม่เหมาะสม)

ความต้องการดังกล่าว (ทรานซิสเตอร์ MOSFET อันทรงพลัง) เกิดขึ้นกับ LED จำนวนมากซึ่งจะมีการหารือในภายหลัง หากพลังงานต่ำ - เมื่อใช้ LED หนึ่งหรือสองตัว คุณสามารถใช้สวิตช์ไฟต่ำได้ และหากเป็นไปได้ ให้เชื่อมต่อ LED เข้ากับเอาต์พุตของวงจรไมโครโดยตรง

รูปที่ 2 แสดงแผนภาพการทำงานของตัวควบคุม PWM แผนภาพแสดงตัวต้านทาน R2 ตามอัตภาพเป็นองค์ประกอบควบคุม ด้วยการหมุนปุ่ม คุณสามารถเปลี่ยนรอบการทำงานของพัลส์ควบคุม และส่งผลให้ความสว่างของ LED ภายในขีดจำกัดที่กำหนด

รูปที่ 2 แผนภาพการทำงานของตัวควบคุม PWM

รูปนี้แสดงสายโซ่ LED สามเส้นที่ต่ออนุกรมกันโดยมีตัวต้านทานจำกัด แถบ LED ใช้การเชื่อมต่อเดียวกันโดยประมาณ ยิ่งแถบยาว ไฟ LED ยิ่งมาก การสิ้นเปลืองกระแสไฟก็จะยิ่งมากขึ้น

ในกรณีเหล่านี้จำเป็นต้องใช้อุปกรณ์ที่ทรงพลังซึ่งกระแสไฟระบายที่อนุญาตควรมากกว่ากระแสไฟที่ใช้โดยเทปเล็กน้อย ข้อกำหนดสุดท้ายนั้นค่อนข้างง่าย: ตัวอย่างเช่น ทรานซิสเตอร์ IRL2505 มีกระแสเดรนประมาณ 100A และมีแรงดันเดรนที่ 55V ในขณะที่ขนาดและราคาค่อนข้างน่าสนใจสำหรับใช้ในการออกแบบต่างๆ

เครื่องกำเนิดไฟฟ้าหลักแบบ PWM

ไมโครคอนโทรลเลอร์สามารถใช้เป็นเครื่องกำเนิด PWM หลัก (ส่วนใหญ่มักจะอยู่ในการตั้งค่าทางอุตสาหกรรม) หรือวงจรที่สร้างบนวงจรไมโครที่มีการบูรณาการต่ำ หากคุณวางแผนที่จะสร้างตัวควบคุม PWM จำนวนน้อยที่บ้านและไม่มีประสบการณ์ในการสร้างอุปกรณ์ไมโครคอนโทรลเลอร์ จะเป็นการดีกว่าถ้าสร้างตัวควบคุมโดยใช้สิ่งที่มีอยู่ในปัจจุบัน

สิ่งเหล่านี้อาจเป็นชิปลอจิคัลของซีรีส์ K561 ซึ่งเป็นตัวจับเวลาในตัวรวมถึงชิปเฉพาะที่ออกแบบมาสำหรับ ในบทบาทนี้ คุณสามารถทำให้มันทำงานได้ด้วยการประกอบเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบปรับได้ไว้บนนั้น แต่บางที นี่อาจจะเป็น "สำหรับความรักในศิลปะ" ดังนั้นด้านล่างจะพิจารณาเพียงสองวงจร: วงจรที่พบบ่อยที่สุดในตัวจับเวลา 555 และบนตัวควบคุม UPS UC3843

วงจรออสซิลเลเตอร์หลักตามตัวจับเวลา 555

รูปที่ 3 วงจรออสซิลเลเตอร์หลัก

วงจรนี้เป็นเครื่องกำเนิดคลื่นสี่เหลี่ยมธรรมดาซึ่งความถี่ถูกกำหนดโดยตัวเก็บประจุ C1 ตัวเก็บประจุถูกชาร์จผ่านวงจร "เอาต์พุต - R2 - RP1- C1 - สายสามัญ" ในกรณีนี้ ต้องมีแรงดันไฟฟ้าระดับสูงอยู่ที่เอาต์พุต ซึ่งหมายความว่าเอาต์พุตนั้นเชื่อมต่อกับขั้วบวกของแหล่งพลังงาน

ตัวเก็บประจุจะถูกปล่อยประจุตามวงจร “C1 - VD2 - R2 - เอาต์พุต - สายสามัญ” ในแต่ละครั้งที่มีแรงดันไฟฟ้าระดับต่ำที่เอาต์พุต - เอาต์พุตเชื่อมต่อกับสายสามัญ ความแตกต่างในเส้นทางประจุและคายประจุของตัวเก็บประจุเวลาทำให้มั่นใจได้ว่าจะได้รับพัลส์ที่มีความกว้างที่ปรับได้

ควรสังเกตว่าไดโอดแม้จะเป็นประเภทเดียวกันก็มีพารามิเตอร์ต่างกัน ในกรณีนี้ความจุไฟฟ้ามีบทบาทซึ่งเปลี่ยนแปลงภายใต้อิทธิพลของแรงดันไฟฟ้าที่ไดโอด ดังนั้นเมื่อมีการเปลี่ยนแปลงรอบการทำงานของสัญญาณเอาท์พุตความถี่ของมันก็เปลี่ยนแปลงไปด้วย

สิ่งสำคัญคือมันไม่น้อยไปกว่าความถี่วิกฤตที่กล่าวไว้ข้างต้น มิฉะนั้น แทนที่จะเป็นแสงที่สม่ำเสมอและมีความสว่างต่างกัน แฟลชแต่ละดวงจะมองเห็นได้

ประมาณ (อีกครั้งที่ต้องตำหนิไดโอด) ความถี่ของเครื่องกำเนิดสามารถกำหนดได้จากสูตรที่แสดงด้านล่าง

ความถี่เครื่องกำเนิด PWM บนตัวจับเวลา 555

หากคุณเปลี่ยนความจุของตัวเก็บประจุเป็นฟารัดและความต้านทานเป็นโอห์มเป็นสูตร ผลลัพธ์ควรเป็นเฮิรตซ์ Hz: ไม่มีทางหนีจากระบบ SI ได้! โดยถือว่าแถบเลื่อน RP1 ของตัวต้านทานผันแปรอยู่ในตำแหน่งตรงกลาง (ในสูตร RP1/2) ซึ่งสอดคล้องกับสัญญาณเอาท์พุตคลื่นสี่เหลี่ยม ในรูปที่ 2 นี่คือส่วนที่ระยะเวลาพัลส์คือ 50% ซึ่งเทียบเท่ากับสัญญาณที่มีรอบการทำงานเป็น 2

เครื่องกำเนิด Master PWM บนชิป UC3843

แผนภาพแสดงไว้ในรูปที่ 4

รูปที่ 4. วงจรของออสซิลเลเตอร์หลัก PWM บนชิป UC3843

ชิป UC3843 เป็นตัวควบคุม PWM สำหรับการสลับแหล่งจ่ายไฟ และใช้ เช่น ในแหล่งคอมพิวเตอร์รูปแบบ ATX ในกรณีนี้ รูปแบบทั่วไปสำหรับการรวมมีการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยไปสู่การทำให้เข้าใจง่าย ในการควบคุมความกว้างของพัลส์เอาท์พุต อินพุตของวงจรจะใช้แรงดันไฟฟ้าควบคุมขั้วบวก และรับสัญญาณพัลส์ PWM ที่เอาต์พุต

ในกรณีที่ง่ายที่สุด สามารถใช้แรงดันไฟฟ้าควบคุมได้โดยใช้ตัวต้านทานแบบปรับค่าได้ซึ่งมีความต้านทาน 22...100KOhm หากจำเป็น สามารถรับแรงดันไฟฟ้าควบคุมได้จากเซ็นเซอร์วัดแสงแบบอะนาล็อกที่สร้างบนโฟโตรีซีสเตอร์: ยิ่งด้านนอกหน้าต่างมืดเท่าไรก็ยิ่งสว่างมากขึ้นเท่านั้นในห้อง

แรงดันไฟฟ้าควบคุมส่งผลต่อเอาต์พุต PWM ในลักษณะที่เมื่อลดลงความกว้างของพัลส์เอาต์พุตจะเพิ่มขึ้นซึ่งไม่น่าแปลกใจเลย ท้ายที่สุดแล้วจุดประสงค์ดั้งเดิมของวงจรไมโคร UC3843 คือการรักษาแรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายไฟให้คงที่: หากแรงดันเอาต์พุตลดลงและแรงดันไฟฟ้าควบคุมก็จะต้องดำเนินการวัด (เพิ่มความกว้างพัลส์เอาต์พุต) เพื่อเพิ่มเอาต์พุตเล็กน้อย แรงดันไฟฟ้า.

ตามกฎแล้วแรงดันไฟฟ้าควบคุมในแหล่งจ่ายไฟจะถูกสร้างขึ้นโดยใช้ซีเนอร์ไดโอด ส่วนใหญ่มักเป็นสิ่งนี้หรือคล้ายกัน

ด้วยการจัดอันดับส่วนประกอบที่ระบุในแผนภาพ ความถี่ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจะอยู่ที่ประมาณ 1 KHz และไม่เหมือนกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าบนตัวจับเวลา 555 ตรงที่จะไม่ "ลอย" เมื่อรอบการทำงานของสัญญาณเอาท์พุตเปลี่ยนไป - คำนึงถึงความคงที่ของ ความถี่ของการจ่ายไฟแบบสวิตชิ่ง

ในการควบคุมพลังงานที่สำคัญ เช่น แถบ LED สเตจหลักบนทรานซิสเตอร์ MOSFET ควรเชื่อมต่อกับเอาต์พุต ดังแสดงในรูปที่ 2

เราสามารถพูดคุยเพิ่มเติมเกี่ยวกับตัวควบคุม PWM ได้ แต่ขอหยุดอยู่แค่นั้นก่อน และในบทความถัดไป เราจะดูวิธีต่างๆ ในการเชื่อมต่อ LED ท้ายที่สุดแล้วไม่ใช่ทุกวิธีที่จะดีเท่ากัน แต่ก็มีบางวิธีที่ควรหลีกเลี่ยงและมีข้อผิดพลาดมากมายเมื่อเชื่อมต่อ LED

รูปถ่ายของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า

เครื่องกำเนิดไฟฟ้านี้สามารถทำอะไรได้บ้าง? ลองมาดูพารามิเตอร์กัน

1. แรงดันไฟฟ้า: 3.3 - 30V;
2. ความถี่ในการสร้าง: 1Hz - 150KHz;
3. ความแม่นยำในการสร้างความถี่: 2%;
4. กำลังโหลด: 5…30mA;
5. ความกว้างของสัญญาณเอาท์พุตเท่ากับแรงดันไฟฟ้า
6. อุณหภูมิแวดล้อม: -20 … +70 °C

สามารถแสดงตัวเลข 3 หลักได้เพียง 2 ตัวเท่านั้น บรรทัดล่างสุดจะแสดงรอบการทำงานของ PWM เป็นเปอร์เซ็นต์ และบรรทัดบนสุดจะแสดงความถี่ ความถี่จะแสดงตามกฎต่อไปนี้:

• XXX, สเต็ป 1Hz, ช่วง 1 – 999Hz;
• X.XX ขั้นละ 0.01 kHz ในช่วง 1.00 - 9.99 kHz;
• XX.X ก้าวเป็น 0.1 kHz; ในช่วง 10.0 - 99.9 kHz;
• X.X.X, สเต็ป 1 kHz; ในช่วง 100 - 150 kHz

จอแสดงผลควบคุมโดยชิป HT1621B จอแสดงผลเป็นแบบสากลประกอบด้วยสัญลักษณ์ที่จำเป็นในการสร้างเทอร์โมมิเตอร์ ไฮโกรมิเตอร์ โวลต์มิเตอร์ แอมมิเตอร์ และวัตต์มิเตอร์ แต่ในกรณีของเราไม่ได้ใช้ จอแสดงผลมีแสงไฟสีฟ้าสดใส อย่างไรก็ตาม ฉันสังเกตว่าจอแสดงผลบนเครื่องกำเนิดไฟฟ้าของฉันดูโทรมราวกับว่ามันถูกลบออกจากที่ไหนสักแห่ง

ชิปหลักของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าคือไมโครคอนโทรลเลอร์ STM8S003F3P6 และเนื่องจากไมโครคอนโทรลเลอร์นี้มีหน่วยความจำ EEPROM การตั้งค่าจึงถูกบันทึกเมื่อปิด

คุณสามารถควบคุมเครื่องกำเนิดได้สองวิธี: ปุ่มและผ่าน UART ทุกอย่างชัดเจนด้วยปุ่มต่างๆ ปุ่มหนึ่งคู่ควบคุมความถี่ ปุ่มที่สองคือรอบการทำงาน แต่ด้วย UART ทุกอย่างน่าสนใจยิ่งขึ้นมาก การแลกเปลี่ยนข้อมูลต้องเกิดขึ้นด้วยพารามิเตอร์ต่อไปนี้:

• บิตข้อมูล 9600 bps: 8
• บิตหยุด: 1
• ตรวจสอบหลัก: ไม่มี
• การควบคุมการไหล: ไม่มี

ในการตั้งค่าความถี่ในการสร้าง คุณต้องส่งความถี่ตามที่แสดงบนจอแสดงผลโดยเพิ่มตัวอักษร F หน้าค่าความถี่ ตัวอย่างเช่น หากต้องการตั้งค่าความถี่เป็น 100 Hz คุณต้องส่ง F100 105 kHz - F1.0.5 สำหรับ 10.5 kHz - F10 .5 เป็นต้น

หากต้องการกำหนดรอบการทำงาน คุณต้องส่งหมายเลขรอบการทำงานสามหลักโดยเพิ่มตัวอักษร D นำหน้า ตัวอย่างเช่น D050, D100, D001

หากมีการส่งคำสั่งที่ถูกต้อง เครื่องกำเนิดไฟฟ้าจะตอบสนองหากคำสั่งไม่ถูกต้อง - FALL แต่มีอย่างหนึ่ง แต่ฉันไม่สามารถกำหนดค่าการทำงานกับตัวสร้างผ่าน UART ได้

ฉันตัดสินใจทดสอบตัวสร้างโดยใช้ตัววิเคราะห์ลอจิก นี่คือสิ่งที่เกิดขึ้น

ความถี่ 1 เฮิร์ตซ์ รอบการทำงาน 1% ดังที่เราเห็นข้อผิดพลาดยังคงมีอยู่เล็กน้อย

ความถี่ 1 เฮิรตซ์ รอบการทำงาน 50%

ความถี่ 1 เฮิรตซ์ รอบการทำงาน 99%

ความถี่ 1 kHz, รอบการทำงาน 1%

ความถี่ 1 kHz รอบการทำงาน 50%

ความถี่ 1 kHz รอบการทำงาน 99% ต่อไปนี้เราจะเห็นว่าเมื่อตั้งรอบการทำงานไว้ที่ 99% การเติมจะเป็น 100% จริงๆ

ความถี่ 1 kHz รอบการทำงาน 91% ฉันเริ่มลดรอบการทำงานและมากถึง 92% ของการเติมคือ 100% และสถานการณ์ดีขึ้นเพียง 91% เท่านั้น

ความถี่ 50 kHz รอบการทำงาน 1% อย่างที่คุณเห็น มีเพียง 0.2% แทนที่จะเป็น 1%

ความถี่ 50 kHz รอบการทำงาน 50% นี่มันแตกต่าง 1%

ความถี่ 50 kHz รอบการทำงาน 99% และที่นี่อีกครั้ง ค่าเบี่ยงเบนคือ -1%

ความถี่ 100 kHz รอบการทำงาน 1% แต่ที่นี่ยังไม่มีอะไรเลย

ความถี่ 100 kHz รอบการทำงาน 2% และที่ 2% สัญญาณจะปรากฏขึ้น แต่จริงๆ แล้วการเติมคือ 0.4%

ความถี่ 100 kHz รอบการทำงาน 50% ส่วนเบี่ยงเบนเกือบ -2%

ความถี่ 100 kHz รอบการทำงาน 99% และนี่ก็เกือบ -1%

ความถี่ 150 kHz รอบการทำงาน 1% ไม่มีสัญญาณอีกครั้ง

ความถี่ 150 เฮิรตซ์ รอบการทำงาน 3% และสัญญาณปรากฏเพียง 3% แต่การเติมอยู่ที่ 0.6%

ความถี่ 150 kHz รอบการทำงาน 50% แต่ที่จริงแล้วไส้คือ 46.5% ส่วนต่าง -3.5%

ความถี่ 150 kHz รอบการทำงาน 99% และมีข้อผิดพลาดแต่เพียง 1.5% เท่านั้น

ตัวอย่างค่อนข้างหยาบแต่การวิจัยยังไม่จบ ฉันตัดสินใจวัดรอบการทำงานที่รอบการทำงานที่แตกต่างกัน (ขั้น 5%) และที่ความถี่ต่างกัน (ขั้น 25,000 Hz) และวางไว้ในตาราง

เมื่อทำงานกับเทคโนโลยีต่างๆ มากมาย คำถามมักจะเกิดขึ้น: จะจัดการพลังงานที่มีอยู่ได้อย่างไร จะทำอย่างไรถ้าจำเป็นต้องลดหรือยกขึ้น? คำตอบสำหรับคำถามเหล่านี้คือตัวควบคุม PWM เขาเป็นอะไร? มันใช้ที่ไหน? และจะประกอบอุปกรณ์ดังกล่าวด้วยตัวเองได้อย่างไร?

การมอดูเลตความกว้างพัลส์คืออะไร?

หากไม่ชี้แจงความหมายของคำนี้ก็ไม่สมเหตุสมผลที่จะดำเนินการต่อไป ดังนั้น การมอดูเลตความกว้างพัลส์เป็นกระบวนการควบคุมกำลังที่จ่ายให้กับโหลด ดำเนินการโดยการปรับเปลี่ยนรอบการทำงานของพัลส์ซึ่งทำที่ความถี่คงที่ การมอดูเลตความกว้างพัลส์มีหลายประเภท:

1. อนาล็อก

2. ดิจิทัล

3. ไบนารี่ (สองระดับ)

4. ทรินิตี้ (สามระดับ)

ตัวควบคุม PWM คืออะไร?

ตอนนี้เรารู้แล้วว่าการปรับความกว้างพัลส์คืออะไร เราสามารถพูดคุยเกี่ยวกับหัวข้อหลักของบทความได้ ตัวควบคุม PWM ใช้เพื่อควบคุมแรงดันไฟฟ้าและเพื่อป้องกันโหลดเฉื่อยอันทรงพลังในรถยนต์และรถจักรยานยนต์ สิ่งนี้อาจฟังดูซับซ้อนและอธิบายได้ดีที่สุดโดยใช้ตัวอย่าง สมมติว่าคุณต้องทำให้โคมไฟภายในรถเปลี่ยนความสว่างไม่ใช่ทันที แต่ต้องค่อยๆ เปลี่ยน เช่นเดียวกับไฟด้านข้าง ไฟหน้ารถยนต์ หรือพัดลม ความปรารถนานี้สามารถบรรลุได้โดยการติดตั้งตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าของทรานซิสเตอร์ (พาราเมตริกหรือการชดเชย) แต่ด้วยกระแสไฟฟ้าขนาดใหญ่จะสร้างพลังงานได้สูงมากและจะต้องติดตั้งหม้อน้ำขนาดใหญ่เพิ่มเติมหรือเพิ่มเติมในรูปแบบของระบบระบายความร้อนแบบบังคับโดยใช้พัดลมขนาดเล็กที่ถอดออกจากอุปกรณ์คอมพิวเตอร์ อย่างที่คุณเห็น เส้นทางนี้ก่อให้เกิดผลตามมามากมายที่จะต้องเอาชนะให้ได้

ความรอดที่แท้จริงจากสถานการณ์นี้คือตัวควบคุม PWM ซึ่งทำงานบนทรานซิสเตอร์กำลังเอฟเฟกต์สนามอันทรงพลัง สามารถเปลี่ยนกระแสสูง (สูงสุด 160 แอมป์) ด้วยแรงดันเกตเพียง 12-15V ควรสังเกตว่าความต้านทานของทรานซิสเตอร์แบบเปิดค่อนข้างต่ำและด้วยเหตุนี้ระดับการกระจายพลังงานจึงสามารถลดลงได้อย่างมาก ในการสร้างตัวควบคุม PWM ของคุณเอง คุณจะต้องมีวงจรควบคุมที่สามารถให้แรงดันไฟฟ้าที่แตกต่างกันระหว่างแหล่งกำเนิดและเกตภายในช่วง 12-15V หากไม่สามารถทำได้ ความต้านทานของช่องสัญญาณจะเพิ่มขึ้นอย่างมาก และการกระจายพลังงานจะเพิ่มขึ้นอย่างมาก และในทางกลับกันก็อาจทำให้ทรานซิสเตอร์ร้อนเกินไปและล้มเหลวได้

มีการผลิตวงจรขนาดเล็กทั้งหมดสำหรับตัวควบคุม PWM ที่สามารถทนต่อแรงดันไฟฟ้าอินพุตที่เพิ่มขึ้นถึงระดับ 25-30V แม้ว่าแหล่งจ่ายไฟจะอยู่ที่ 7-14V เท่านั้น ซึ่งจะช่วยให้สามารถเปิดทรานซิสเตอร์เอาท์พุตในวงจรพร้อมกับเดรนทั่วไปได้ ในทางกลับกันสิ่งนี้จำเป็นในการเชื่อมต่อโหลดที่มีเครื่องหมายลบทั่วไป ตัวอย่างได้แก่ตัวอย่างต่อไปนี้: L9610, L9611, U6080B ... U6084B โหลดส่วนใหญ่ดึงกระแสไฟไม่เกิน 10 แอมป์ ดังนั้นจึงไม่สามารถทำให้เกิดไฟฟ้าตกได้ และเป็นผลให้คุณสามารถใช้วงจรง่าย ๆ โดยไม่ต้องดัดแปลงในรูปแบบของหน่วยเพิ่มเติมที่จะเพิ่มแรงดันไฟฟ้า และนี่คือตัวอย่างตัวควบคุม PWM ที่จะกล่าวถึงในบทความ พวกเขาสามารถสร้างขึ้นบนพื้นฐานของเครื่องมัลติไวเบรเตอร์แบบอสมมาตรหรือสแตนด์บาย คุ้มค่าที่จะพูดถึงตัวควบคุมความเร็วรอบเครื่องยนต์ PWM เพิ่มเติมเกี่ยวกับเรื่องนี้ในภายหลัง

โครงการที่ 1

วงจรควบคุม PWM นี้ประกอบขึ้นโดยใช้อินเวอร์เตอร์ชิป CMOS เป็นเครื่องกำเนิดพัลส์สี่เหลี่ยมที่ทำงานบน 2 องค์ประกอบลอจิก ต้องขอบคุณไดโอด ค่าคงที่เวลาสำหรับการคายประจุและการชาร์จตัวเก็บประจุการตั้งค่าความถี่จึงเปลี่ยนแปลงแยกกันที่นี่ สิ่งนี้ช่วยให้คุณสามารถเปลี่ยนรอบการทำงานของพัลส์เอาท์พุตและเป็นผลให้ค่าของแรงดันไฟฟ้าที่ใช้งานอยู่ที่โหลด ในวงจรนี้ คุณสามารถใช้องค์ประกอบ CMOS แบบกลับด้านได้ เช่นเดียวกับ NOR และ AND ตัวอย่าง ได้แก่ K176PU2, K561LN1, K561LA7, K561LE5 คุณสามารถใช้ประเภทอื่นได้ แต่ก่อนหน้านั้นคุณจะต้องคิดอย่างรอบคอบเกี่ยวกับวิธีการจัดกลุ่มอินพุตอย่างถูกต้องเพื่อให้สามารถใช้งานฟังก์ชันที่ได้รับมอบหมายได้ ข้อดีของโครงร่างคือการเข้าถึงและความเรียบง่ายขององค์ประกอบต่างๆ ข้อเสียคือความยาก (เกือบเป็นไปไม่ได้) ในการปรับเปลี่ยนและความไม่สมบูรณ์เกี่ยวกับการเปลี่ยนช่วงแรงดันไฟฟ้าเอาท์พุต

โครงการที่ 2

มีลักษณะที่ดีกว่าตัวอย่างแรก แต่นำไปใช้ได้ยากกว่า สามารถควบคุมแรงดันไฟฟ้าโหลดที่มีประสิทธิภาพในช่วง 0-12V ซึ่งจะเปลี่ยนจากค่าเริ่มต้น 8-12V กระแสสูงสุดขึ้นอยู่กับประเภทของทรานซิสเตอร์เอฟเฟกต์สนามและสามารถเข้าถึงค่าที่มีนัยสำคัญได้ เนื่องจากแรงดันเอาต์พุตเป็นสัดส่วนกับอินพุตควบคุม วงจรนี้จึงสามารถใช้เป็นส่วนหนึ่งของระบบควบคุมได้ (เพื่อรักษาระดับอุณหภูมิ)

สาเหตุของการแพร่กระจาย

อะไรดึงดูดผู้ที่ชื่นชอบรถยนต์ให้มาสู่ตัวควบคุม PWM ควรสังเกตว่ามีความปรารถนาที่จะเพิ่มประสิทธิภาพเมื่อสร้างอุปกรณ์รองสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ด้วยคุณสมบัตินี้ เทคโนโลยีนี้จึงสามารถพบได้ในการผลิตจอคอมพิวเตอร์ จอแสดงผลในโทรศัพท์ แล็ปท็อป แท็บเล็ต และอุปกรณ์ที่คล้ายกัน ไม่ใช่แค่ในรถยนต์เท่านั้น ควรสังเกตว่าเทคโนโลยีนี้มีราคาไม่แพงมากเมื่อใช้งาน นอกจากนี้ หากคุณตัดสินใจที่จะไม่ซื้อ แต่ต้องประกอบตัวควบคุม PWM ด้วยตัวเอง คุณสามารถประหยัดเงินเมื่อปรับปรุงรถของคุณเอง

บทสรุป

ตอนนี้คุณรู้แล้วว่าตัวควบคุมพลังงาน PWM คืออะไร ทำงานอย่างไร และคุณยังสามารถประกอบอุปกรณ์ที่คล้ายกันได้ด้วยตัวเอง ดังนั้นหากคุณต้องการทดสอบความสามารถของรถของคุณมีเพียงสิ่งเดียวที่จะพูดเกี่ยวกับเรื่องนี้ - ทำมัน ยิ่งไปกว่านั้น คุณไม่เพียงแต่สามารถใช้ไดอะแกรมที่นำเสนอที่นี่เท่านั้น แต่ยังปรับเปลี่ยนได้อย่างมากหากคุณมีความรู้และประสบการณ์ที่เหมาะสม แต่แม้ว่าทุกอย่างจะไม่สำเร็จในครั้งแรก แต่คุณก็สามารถได้รับสิ่งที่มีค่ามาก นั่นก็คือประสบการณ์ ใครจะรู้ว่ามันจะมีประโยชน์ตรงไหนต่อไป และการปรากฏตัวของมันจะสำคัญแค่ไหน

ฉันจำเป็นต้องสร้างตัวควบคุมความเร็วของใบพัด เพื่อเป่าควันออกจากหัวแร้งและระบายอากาศที่ใบหน้า เพื่อความสนุกสนาน แพ็คทุกอย่างในราคาขั้นต่ำ วิธีที่ง่ายที่สุดในการควบคุมมอเตอร์กระแสตรงกำลังต่ำคือการใช้ตัวต้านทานแบบแปรผัน แต่การจะหามอเตอร์ที่มีค่าเล็กน้อยเช่นนี้และแม้แต่กำลังที่ต้องการนั้นต้องใช้ความพยายามอย่างมากและเห็นได้ชัดว่าชนะ ไม่ต้องเสียเงินสิบรูเบิล ดังนั้นตัวเลือกของเราคือ PWM + MOSFET

ฉันเอากุญแจมา IRF630- ทำไมอันนี้ มอสเฟต- ใช่ ฉันเพิ่งได้ประมาณสิบอันจากที่ไหนสักแห่ง ดังนั้นฉันจึงใช้มัน ดังนั้นฉันจึงสามารถติดตั้งสิ่งที่เล็กกว่าและใช้พลังงานต่ำได้ เพราะ แต่กระแสตรงนี้ไม่น่าจะเกินแอมแปร์ได้ IRF630สามารถดึงผ่านตัวเองได้ต่ำกว่า 9A แต่มันเป็นไปได้ที่จะสร้างแฟน ๆ จำนวนมากโดยเชื่อมต่อพวกมันเข้ากับพัดลมตัวเดียว - มีกำลังเพียงพอ :)

ตอนนี้ถึงเวลาคิดว่าเราจะทำอะไร พีเอ็มดับเบิลยู- ความคิดนี้แนะนำตัวเองทันที - ไมโครคอนโทรลเลอร์ เอา Tiny12 มาลองเล่นดู ฉันโยนความคิดนี้ทิ้งไปทันที

1. ฉันรู้สึกแย่ที่ต้องจ่ายเงินส่วนที่มีค่าและแพงขนาดนี้ให้กับแฟนบอลบางประเภท ฉันจะหางานที่น่าสนใจกว่านี้สำหรับไมโครคอนโทรลเลอร์
2. การเขียนซอฟต์แวร์เพิ่มเติมสำหรับเรื่องนี้เป็นเรื่องที่น่าหงุดหงิดเป็นสองเท่า
3. แรงดันไฟจ่ายมี 12 โวลต์ ลดให้ไฟ MK เหลือ 5 โวลต์ โดยทั่วไปจะขี้เกียจ
4. IRF630จะไม่เปิดจากแรงดันไฟฟ้า 5 โวลต์ ดังนั้นคุณจะต้องติดตั้งทรานซิสเตอร์ที่นี่ด้วยเพื่อให้จ่ายไฟที่มีศักยภาพสูงให้กับประตูสนาม โคตรมันเลย

สิ่งที่เหลืออยู่คือวงจรแอนะล็อก นั่นก็ไม่เลวเหมือนกัน ไม่ต้องปรับแต่งใดๆ เราไม่ได้สร้างอุปกรณ์ที่มีความแม่นยำสูง รายละเอียดยังน้อยมาก คุณเพียงแค่ต้องคิดว่าจะทำอย่างไร

Op amps สามารถทิ้งได้ทันที ความจริงก็คือสำหรับ op-amps เอนกประสงค์หลังจาก 8-10 kHz ตามกฎแล้ว ขีดจำกัดแรงดันไฟฟ้าขาออกมันเริ่มพังทลายลงอย่างรวดเร็ว และเราต้องเหวี่ยงคนในสนาม ยิ่งกว่านั้นด้วยความถี่เหนือเสียงเพื่อไม่ให้รับสารภาพ

ออปแอมป์ที่ไม่มีข้อเสียเปรียบนั้นต้องเสียค่าใช้จ่ายมากจนคุณสามารถซื้อไมโครคอนโทรลเลอร์ที่เจ๋งที่สุดได้หลายสิบตัวด้วยเงินจำนวนนี้ เข้าเตา!

ตัวเปรียบเทียบยังคงอยู่ พวกเขาไม่มีความสามารถของ op-amp ในการเปลี่ยนแรงดันเอาต์พุตได้อย่างราบรื่น พวกเขาสามารถเปรียบเทียบแรงดันไฟฟ้าสองตัวเท่านั้นและปิดทรานซิสเตอร์เอาต์พุตตามผลลัพธ์ของการเปรียบเทียบ แต่ทำได้รวดเร็วและไม่ปิดกั้นคุณลักษณะ . ฉันค้นหาผ่านก้นถังและไม่พบตัวเปรียบเทียบใด ๆ ซุ่มโจมตี! แม่นยำยิ่งขึ้น LM339แต่ในกรณีใหญ่และศาสนาไม่อนุญาตให้ฉันบัดกรีไมโครวงจรมากกว่า 8 ขาสำหรับงานง่ายๆเช่นนี้ มันน่าเสียดายที่ต้องลากตัวเองไปที่โกดัง จะทำอย่างไร?

แล้วฉันก็จำสิ่งมหัศจรรย์เช่นนี้ได้ ตัวจับเวลาแบบอะนาล็อก - NE555- เป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าชนิดหนึ่งที่คุณสามารถตั้งค่าความถี่ตลอดจนระยะเวลาของพัลส์และหยุดชั่วคราวได้โดยใช้ตัวต้านทานและตัวเก็บประจุรวมกัน ตัวจับเวลานี้มีความแตกต่างกันมากน้อยเพียงใดตลอดประวัติศาสตร์กว่าสามสิบปี... จนถึงขณะนี้ ไมโครเซอร์กิตนี้แม้จะอายุที่น่านับถือ แต่ก็ถูกพิมพ์เป็นล้านเล่มและมีจำหน่ายในโกดังเกือบทุกแห่งในราคา a ไม่กี่รูเบิล ตัวอย่างเช่นในประเทศของเรามีราคาประมาณ 5 รูเบิล ฉันค้นหาผ่านก้นถังและพบชิ้นส่วนสองสามชิ้น เกี่ยวกับ! มาปลุกเร้าสิ่งต่าง ๆ กันตอนนี้

มันทำงานอย่างไร
ถ้าไม่เจาะลึกโครงสร้างของไทเมอร์ 555 ก็ไม่ใช่เรื่องยาก โดยทั่วไปแล้ว ตัวจับเวลาจะตรวจสอบแรงดันไฟฟ้าบนตัวเก็บประจุ C1 ซึ่งจะลบออกจากเอาต์พุต ทีเอชอาร์(เกณฑ์ - เกณฑ์) ทันทีที่ถึงค่าสูงสุด (ชาร์จตัวเก็บประจุแล้ว) ทรานซิสเตอร์ภายในจะเปิดขึ้น ซึ่งปิดเอาต์พุต อส(DISCHARGE-จำหน่าย) ลงดิน ขณะเดียวกันที่ทางออก ออกศูนย์ตรรกะจะปรากฏขึ้น ตัวเก็บประจุเริ่มคายประจุผ่าน อสและเมื่อแรงดันไฟฟ้ากลายเป็นศูนย์ (ดิสชาร์จเต็ม) ระบบจะเปลี่ยนเป็นสถานะตรงกันข้าม - ที่เอาต์พุต 1 ทรานซิสเตอร์จะปิด ตัวเก็บประจุเริ่มชาร์จอีกครั้งและทุกอย่างจะเกิดซ้ำอีกครั้ง
ประจุของตัวเก็บประจุ C1 เป็นไปตามเส้นทาง: “ R4->ไหล่บน R1 ->D2"และการระบายไปตามทาง: D1 -> ไหล่ล่าง R1 -> DIS- เมื่อเราหมุนตัวต้านทานผันแปร R1 เราจะเปลี่ยนอัตราส่วนของความต้านทานของแขนส่วนบนและส่วนล่าง ซึ่งตามนั้นจะเปลี่ยนอัตราส่วนของความยาวพัลส์เป็นการหยุดชั่วคราว
ความถี่ถูกกำหนดโดยตัวเก็บประจุ C1 เป็นหลักและขึ้นอยู่กับค่าความต้านทาน R1 เล็กน้อย
ตัวต้านทาน R3 ช่วยให้แน่ใจว่าเอาต์พุตถูกดึงไปที่ระดับสูง - จึงมีเอาต์พุต open-collector ซึ่งไม่สามารถกำหนดระดับสูงได้อย่างอิสระ

คุณสามารถติดตั้งไดโอดใดก็ได้ตัวนำมีค่าใกล้เคียงกันโดยประมาณการเบี่ยงเบนภายในลำดับความสำคัญเดียวจะไม่ส่งผลกระทบต่อคุณภาพของงานเป็นพิเศษ ตัวอย่างเช่น ที่ 4.7 นาโนฟารัดที่ตั้งไว้ใน C1 ความถี่จะลดลงเหลือ 18 kHz แต่แทบจะไม่ได้ยินเลย เห็นได้ชัดว่าการได้ยินของฉันไม่สมบูรณ์แบบอีกต่อไป :(

ฉันขุดเข้าไปในถังขยะซึ่งคำนวณพารามิเตอร์การทำงานของตัวจับเวลา NE555 เองและประกอบวงจรจากที่นั่นสำหรับโหมด astable ที่มีปัจจัยการเติมน้อยกว่า 50% และขันสกรูในตัวต้านทานแบบแปรผันแทน R1 และ R2 ซึ่ง ฉันเปลี่ยนรอบการทำงานของสัญญาณเอาท์พุต คุณเพียงแค่ต้องใส่ใจกับความจริงที่ว่าเอาต์พุต DIS (DISCHARGE) นั้นผ่านทางปุ่มจับเวลาภายใน เชื่อมต่อกับกราวด์ดังนั้นจึงไม่สามารถเชื่อมต่อโดยตรงกับโพเทนชิออมิเตอร์ได้, เพราะ เมื่อบิดเรกูเลเตอร์ไปที่ตำแหน่งสุดขั้ว พินนี้จะตกลงบน Vcc และเมื่อทรานซิสเตอร์เปิดขึ้นจะเกิดการลัดวงจรตามธรรมชาติและตัวจับเวลาที่มี zilch ที่สวยงามจะปล่อยควันเวทย์มนตร์ซึ่งดังที่คุณทราบอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ทั้งหมดใช้งานได้ ทันทีที่ควันออกจากชิป ชิปจะหยุดทำงาน แค่นั้นแหละ. ดังนั้นเราจึงนำตัวต้านทานอีกตัวหนึ่งมาบวกกับหนึ่งกิโลโอห์ม มันจะไม่สร้างความแตกต่างในกฎระเบียบ แต่จะป้องกันความเหนื่อยหน่าย

พูดไม่ทันทำเลย ฉันแกะสลักกระดานและบัดกรีส่วนประกอบ:

ทุกอย่างเรียบง่ายจากด้านล่าง
ที่นี่ฉันกำลังแนบตราใน Sprint Layout ดั้งเดิม -

และนี่คือแรงดันไฟฟ้าของเครื่องยนต์ มองเห็นกระบวนการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อย คุณต้องวางท่อร้อยสายขนานกันประมาณครึ่งไมโครฟารัด และท่อจะทำให้ท่อเรียบขึ้น

อย่างที่คุณเห็นความถี่ลอย - เป็นสิ่งที่เข้าใจได้เนื่องจากความถี่ในการทำงานของเราขึ้นอยู่กับตัวต้านทานและตัวเก็บประจุและเนื่องจากความถี่เปลี่ยนไปความถี่จึงลอยออกไป แต่ก็ไม่สำคัญ ตลอดช่วงการควบคุมทั้งหมด อุปกรณ์จะไม่เข้าสู่ช่วงเสียง และโครงสร้างทั้งหมดมีราคา 35 รูเบิล ไม่นับตัวถัง ดังนั้น - กำไร!

การมอดูเลตความกว้างพัลส์ (PWM) เป็นวิธีการแปลงสัญญาณที่ระยะเวลาพัลส์ (ปัจจัยหน้าที่) เปลี่ยนแปลง แต่ความถี่ยังคงที่ ในคำศัพท์ภาษาอังกฤษจะเรียกว่า PWM (การปรับความกว้างพัลส์) ในบทความนี้ เราจะดูรายละเอียดว่า PWM คืออะไร ใช้ที่ไหน และทำงานอย่างไร

พื้นที่ใช้งาน

ด้วยการพัฒนาเทคโนโลยีไมโครคอนโทรลเลอร์ โอกาสใหม่ๆ ได้เปิดขึ้นสำหรับ PWM หลักการนี้ได้กลายเป็นพื้นฐานสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ต้องมีทั้งการปรับพารามิเตอร์เอาต์พุตและการบำรุงรักษาให้อยู่ในระดับที่กำหนด วิธีการมอดูเลตความกว้างพัลส์ใช้เพื่อเปลี่ยนความสว่างของแสง ความเร็วในการหมุนของมอเตอร์ รวมถึงในการควบคุมทรานซิสเตอร์กำลังของแหล่งจ่ายไฟประเภทพัลส์ (PSU)

การมอดูเลตความกว้างพัลส์ (PW) ถูกนำมาใช้อย่างแข็งขันในการสร้างระบบควบคุมความสว่าง LED เนื่องจากความเฉื่อยต่ำ LED จึงมีเวลาในการเปลี่ยน (กะพริบและดับ) ที่ความถี่หลายสิบ kHz การทำงานของมันในโหมดพัลส์นั้นสายตามนุษย์จะรับรู้ว่าเป็นแสงที่คงที่ ในทางกลับกัน ความสว่างจะขึ้นอยู่กับระยะเวลาของพัลส์ (สถานะเปิดของ LED) ในช่วงเวลาหนึ่ง หากเวลาพัลส์เท่ากับเวลาหยุดชั่วคราวนั่นคือรอบการทำงานคือ 50% ความสว่างของ LED จะเป็นครึ่งหนึ่งของค่าที่ระบุ ด้วยความนิยมของหลอดไฟ LED 220V คำถามก็เกิดขึ้นจากการเพิ่มความน่าเชื่อถือในการทำงานด้วยแรงดันไฟฟ้าขาเข้าที่ไม่เสถียร พบวิธีแก้ปัญหาในรูปแบบของวงจรไมโครสากล - ตัวขับกำลังที่ทำงานบนหลักการของการปรับความกว้างพัลส์หรือการมอดูเลตความถี่พัลส์ มีการอธิบายวงจรที่ใช้ไดรเวอร์ตัวใดตัวหนึ่งเหล่านี้โดยละเอียด

แรงดันไฟหลักที่จ่ายให้กับอินพุตของชิปไดรเวอร์จะถูกเปรียบเทียบอย่างต่อเนื่องกับแรงดันอ้างอิงในวงจรโดยสร้างสัญญาณ PWM (PWM) ที่เอาต์พุตซึ่งเป็นพารามิเตอร์ที่กำหนดโดยตัวต้านทานภายนอก วงจรไมโครบางตัวมีพินสำหรับจ่ายสัญญาณควบคุมแบบอะนาล็อกหรือดิจิทัล ดังนั้นการทำงานของไดรเวอร์พัลส์จึงสามารถควบคุมได้โดยใช้ตัวแปลง PHI อื่น ที่น่าสนใจคือ LED ไม่ได้รับพัลส์ความถี่สูง แต่เป็นกระแสที่เรียบโดยตัวเหนี่ยวนำซึ่งเป็นองค์ประกอบบังคับของวงจรดังกล่าว

การใช้งาน PWM ขนาดใหญ่จะสะท้อนให้เห็นในแผง LCD ทั้งหมดที่มีไฟแบ็คไลท์ LED น่าเสียดายที่ในจอภาพ LED ตัวแปลง PWB ส่วนใหญ่ทำงานที่ความถี่หลายร้อยเฮิรตซ์ ซึ่งส่งผลเสียต่อการมองเห็นของผู้ใช้พีซี

ไมโครคอนโทรลเลอร์ Arduino ยังสามารถทำงานในโหมดคอนโทรลเลอร์ PWM ได้อีกด้วย เมื่อต้องการทำเช่นนี้ ให้เรียกใช้ฟังก์ชัน AnalogWrite() โดยระบุค่าในวงเล็บตั้งแต่ 0 ถึง 255 ศูนย์สอดคล้องกับ 0V และ 255 ถึง 5V ค่ากลางจะคำนวณตามสัดส่วน

การแพร่กระจายอย่างกว้างขวางของอุปกรณ์ที่ทำงานบนหลักการ PWM ทำให้มนุษยชาติเปลี่ยนจากแหล่งจ่ายไฟหม้อแปลงชนิดเชิงเส้น ผลลัพธ์ที่ได้คือการเพิ่มประสิทธิภาพและน้ำหนักและขนาดของแหล่งจ่ายไฟลดลงหลายเท่า

ตัวควบคุม PWM เป็นส่วนสำคัญของแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่งสมัยใหม่ ควบคุมการทำงานของทรานซิสเตอร์กำลังที่อยู่ในวงจรปฐมภูมิของพัลส์หม้อแปลง เนื่องจากมีวงจรป้อนกลับ แรงดันไฟฟ้าที่เอาต์พุตของแหล่งจ่ายไฟจึงคงที่อยู่เสมอ การเบี่ยงเบนเพียงเล็กน้อยของแรงดันไฟเอาท์พุตจะถูกตรวจจับผ่านการป้อนกลับโดยไมโครวงจร ซึ่งจะแก้ไขรอบการทำงานของพัลส์ควบคุมทันที นอกจากนี้ตัวควบคุม PWM ที่ทันสมัยยังช่วยแก้ไขงานเพิ่มเติมจำนวนหนึ่งที่ช่วยเพิ่มความน่าเชื่อถือของแหล่งจ่ายไฟ:

• จัดเตรียมโหมดซอฟต์สตาร์ทสำหรับตัวแปลง
• จำกัดความกว้างและรอบการทำงานของพัลส์ควบคุม
• ควบคุมระดับแรงดันไฟฟ้าขาเข้า
• ป้องกันการลัดวงจรและอุณหภูมิเกินของสวิตช์ไฟ
• หากจำเป็น ให้สลับอุปกรณ์ไปที่โหมดสแตนด์บาย

หลักการทำงานของตัวควบคุม PWM

หน้าที่ของคอนโทรลเลอร์ PWM คือการควบคุมสวิตช์ไฟโดยการเปลี่ยนพัลส์ควบคุม เมื่อทำงานในโหมดสวิตชิ่ง ทรานซิสเตอร์จะอยู่ในสถานะใดสถานะหนึ่งจากสองสถานะ (เปิดเต็มที่, ปิดสนิท) ในสถานะปิด กระแสที่ผ่านทางแยก p-n จะไม่เกินหลาย μA ซึ่งหมายความว่าการกระจายพลังงานมีแนวโน้มที่จะเป็นศูนย์ ในสถานะเปิด แม้จะมีกระแสไฟฟ้าสูง ความต้านทานของจุดเชื่อมต่อ pn ก็ต่ำมาก ซึ่งยังนำไปสู่การสูญเสียความร้อนที่ไม่มีนัยสำคัญอีกด้วย ปริมาณความร้อนที่มากที่สุดจะถูกปล่อยออกมาในช่วงเวลาของการเปลี่ยนจากสถานะหนึ่งไปอีกสถานะหนึ่ง แต่เนื่องจากระยะเวลาการเปลี่ยนผ่านสั้นเมื่อเทียบกับความถี่มอดูเลต การสูญเสียพลังงานระหว่างการสวิตช์จึงไม่มีนัยสำคัญ

การมอดูเลตความกว้างพัลส์แบ่งออกเป็นสองประเภท: อนาล็อกและดิจิทัล แต่ละประเภทมีข้อดีของตัวเองและสามารถนำไปใช้ในการออกแบบวงจรได้หลายวิธี

อนาล็อกพีเอ็มดับเบิลยู

หลักการทำงานของโมดูเลเตอร์ PWM แบบอะนาล็อกนั้นขึ้นอยู่กับการเปรียบเทียบสัญญาณสองสัญญาณที่มีความถี่แตกต่างกันตามลำดับความสำคัญหลายระดับ องค์ประกอบการเปรียบเทียบคือแอมพลิฟายเออร์ในการดำเนินงาน (ตัวเปรียบเทียบ) แรงดันไฟฟ้าฟันเลื่อยของความถี่คงที่สูงจะถูกส่งไปยังอินพุตตัวใดตัวหนึ่งและแรงดันไฟฟ้ามอดูเลตความถี่ต่ำที่มีแอมพลิจูดแปรผันจะถูกส่งไปยังอีกอินพุตหนึ่ง เครื่องเปรียบเทียบจะเปรียบเทียบทั้งสองค่าและสร้างพัลส์สี่เหลี่ยมที่เอาต์พุตซึ่งระยะเวลาจะถูกกำหนดโดยค่าปัจจุบันของสัญญาณมอดูเลต ในกรณีนี้ความถี่ PWM จะเท่ากับความถี่ของสัญญาณฟันเลื่อย

ดิจิตอลพีเอ็มดับเบิลยู

การมอดูเลตความกว้างพัลส์ในการตีความแบบดิจิทัลเป็นหนึ่งในหลายฟังก์ชันของไมโครคอนโทรลเลอร์ (MCU) MK สามารถสร้างระดับแรงดันไฟฟ้าสูง (100%) หรือต่ำ (0%) ที่เอาต์พุตได้โดยใช้ข้อมูลดิจิทัลโดยเฉพาะ อย่างไรก็ตาม ในกรณีส่วนใหญ่ เพื่อควบคุมโหลดได้อย่างมีประสิทธิภาพ จะต้องเปลี่ยนแรงดันไฟฟ้าที่เอาต์พุต MC เช่นการปรับความเร็วรอบเครื่องยนต์, การเปลี่ยนความสว่างของไฟ LED ฉันควรทำอย่างไรเพื่อให้ได้ค่าแรงดันไฟฟ้าในช่วงตั้งแต่ 0 ถึง 100% ที่เอาต์พุตของไมโครคอนโทรลเลอร์

ปัญหานี้แก้ไขได้โดยใช้วิธีการมอดูเลตความกว้างพัลส์ และใช้ปรากฏการณ์การสุ่มตัวอย่างเกิน เมื่อความถี่สวิตชิ่งที่ระบุสูงกว่าการตอบสนองของอุปกรณ์ควบคุมหลายเท่า โดยการเปลี่ยนรอบการทำงานของพัลส์ ค่าเฉลี่ยของแรงดันเอาต์พุตจะเปลี่ยนไป ตามกฎแล้ว กระบวนการทั้งหมดเกิดขึ้นที่ความถี่สิบถึงร้อย kHz ซึ่งช่วยให้สามารถปรับได้อย่างราบรื่น ในทางเทคนิคแล้ว สิ่งนี้ถูกนำไปใช้โดยใช้ตัวควบคุม PWM ซึ่งเป็นไมโครวงจรพิเศษที่เป็น "หัวใจ" ของระบบควบคุมดิจิทัล การใช้งานคอนโทรลเลอร์ที่ใช้ PWM อย่างแข็งขันนั้นเกิดจากข้อดีที่ไม่อาจปฏิเสธได้:

• ประสิทธิภาพการแปลงสัญญาณสูง
• ความมั่นคงของงาน
• ประหยัดพลังงานที่ใช้โดยโหลด
• ราคาถูก;
• ความน่าเชื่อถือสูงของอุปกรณ์ทั้งหมด

คุณสามารถรับสัญญาณ PWM ที่พินไมโครคอนโทรลเลอร์ได้สองวิธี: ฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์ MK แต่ละตัวมีตัวจับเวลาในตัวที่สามารถสร้างพัลส์ PWM ที่พินบางตัวได้ นี่คือความสำเร็จในการใช้งานฮาร์ดแวร์ การรับสัญญาณ PWM โดยใช้คำสั่งซอฟต์แวร์มีความเป็นไปได้มากกว่าในแง่ของความละเอียดและช่วยให้คุณใช้พินจำนวนมากขึ้น อย่างไรก็ตามวิธีการซอฟต์แวร์ทำให้ MK มีภาระงานสูงและใช้หน่วยความจำจำนวนมาก

เป็นที่น่าสังเกตว่าใน PWM แบบดิจิทัลจำนวนพัลส์ต่อช่วงเวลาอาจแตกต่างกันและพัลส์นั้นสามารถอยู่ในส่วนใดก็ได้ของช่วงเวลา ระดับสัญญาณเอาท์พุตถูกกำหนดโดยระยะเวลารวมของพัลส์ทั้งหมดต่อช่วง ควรเข้าใจว่าแต่ละพัลส์เพิ่มเติมคือการเปลี่ยนทรานซิสเตอร์กำลังจากสถานะเปิดเป็นสถานะปิดซึ่งนำไปสู่การสูญเสียที่เพิ่มขึ้นระหว่างการสลับ

ตัวอย่างการใช้ตัวควบคุม PWM

หนึ่งในตัวเลือกสำหรับการใช้ตัวควบคุมแบบธรรมดา PWM ได้รับการอธิบายไว้ก่อนหน้านี้แล้ว มันถูกสร้างขึ้นบนไมโครเซอร์กิตและมีสายรัดขนาดเล็ก แต่ถึงแม้จะมีการออกแบบวงจรที่เรียบง่าย แต่ตัวควบคุมก็มีการใช้งานที่ค่อนข้างหลากหลาย: วงจรสำหรับควบคุมความสว่างของ LED, แถบ LED, การปรับความเร็วการหมุนของมอเตอร์กระแสตรง

อ่านด้วย