Dispozitiv pe un cronometru 555 cu reglare. Regulator PWM puternic. Principiul de funcționare al unui regulator PWM

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

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

Pasul 1: Ce este PWM

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

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

Pasul 2: Tipuri PWM

Există trei tipuri de PWM:

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

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

Pasul 3: Cum ne poate ajuta PWM?

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

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

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

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

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

De obicei, variatoarele de lumină de acasă includ circuite electronice, care suprimă curentul în anumite părți ale fiecărui ciclu de tensiune de rețea de curent alternativ. Reglarea luminozității luminii emise de o sursă de lumină este pur și simplu o chestiune de ajustare a tensiunii (sau fazei) în ciclul AC la care variatorul începe să furnizeze curent electric la o sursă de lumină (de exemplu, folosind un comutator electronic, cum ar fi un triac). În acest caz, ciclul de lucru PWM este determinat de frecvența tensiunii de rețea (50 Hz sau 60 Hz în funcție de țară). Acestea sunt frumoase tipuri simple variatoarele pot fi utilizate eficient cu surse de lumină inertă (sau cu răspuns relativ lent), cum ar fi lămpile cu incandescență, de exemplu, pentru care modulare suplimentară în energie electrica cauzate de dimmer provoacă doar fluctuații suplimentare minore ale luminii emise.

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

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

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

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

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

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

Din punct de vedere istoric, o formă brută de PWM a fost folosită pentru a reproduce sunetul digital PCM pe un difuzor pentru computer, care este capabil să producă doar două niveluri de sunet. Determinând cu atenție durata impulsurilor și bazându-ne pe proprietăți fizice filtrarea difuzoarelor (răspuns în frecvență limitat, autoinductanță etc.), este posibil să se obțină o reproducere aproximativă a probelor mono PCM, deși la o calitate foarte scăzută și cu foarte rezultate diferiteîntre implementări.

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

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

Cool, nu-i așa?

Pasul 4: Componentele necesare

Acest circuit simplu cu un singur cip, astfel încât să nu aveți nevoie de multe componente

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

Pasul 5: Construirea dispozitivului

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

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

Controlerul PWM este conceput pentru a regla viteza de rotație a unui motor polar, luminozitatea unui bec sau puterea unui element de încălzire.

Avantaje:
1 Ușurință de fabricație
2 Disponibilitatea componentelor (costul nu depășește 2 USD)
3 Aplicație largă
4 Pentru începători încă o dată exersează și te rog =)

Într-o zi am avut nevoie de un „dispozitiv” pentru a regla viteza de rotație a unui răcitor. Nu-mi amintesc exact de ce. De la început am încercat prin normal rezistor variabil, a devenit foarte cald și asta nu a fost acceptabil pentru mine. Drept urmare, după ce am scotocit pe Internet, am găsit un circuit bazat pe deja familiarul microcircuit NE555. Acesta a fost un circuit al unui regulator PWM convențional cu un ciclu de funcționare (durată) de impulsuri egal sau mai mic de 50% (mai târziu voi oferi grafice despre cum funcționează acest lucru). Circuitul s-a dovedit a fi foarte simplu și nu a necesitat configurație, principalul lucru a fost să nu încurci conexiunea diodelor și tranzistorului. Prima dată când l-am asamblat pe o placă și l-am testat, totul a funcționat într-o jumătate de tură. Mai târziu am așezat o mică placă de circuit imprimat și totul a arătat mai bine =) Ei bine, acum să aruncăm o privire la circuitul în sine!

Circuit regulator PWM

Din acesta vedem că acesta este un generator obișnuit cu un regulator de ciclu de lucru cu impulsuri asamblat conform circuitului din fișa de date. Cu rezistorul R1 schimbăm acest ciclu de funcționare, rezistorul R2 servește ca protecție împotriva scurtcircuitelor, deoarece pinul 4 al microcircuitului este conectat la masă prin comutatorul temporizatorului intern și când R1 este în poziția extremă, pur și simplu se va închide. R3 este un rezistor de tragere. C2 este condensatorul de setare a frecvenței. Tranzistorul IRFZ44N este un mosfet cu canale N. D3 este o diodă de protecție care previne defectarea comutatorului de câmp atunci când sarcina este întreruptă. Acum puțin despre ciclul de funcționare al impulsurilor. Ciclul de funcționare al unui impuls este raportul dintre perioada de repetare (repetiție) a acestuia și durata pulsului, adică după o anumită perioadă de timp va avea loc o tranziție de la (în linii mari) plus la minus, sau mai precis de la un logic unu la un zero logic. Deci, această perioadă de timp dintre impulsuri este același ciclu de lucru.

Raportul de funcționare la poziția de mijloc R1

Ciclu de funcționare în poziția cea mai din stânga R1

Raportul de funcționare la poziția extremă dreaptă R

Mai jos voi da plăci de circuite imprimate cu și fără aranjare a pieselor

Acum puțin despre detalii și aspectul lor. Microcircuitul în sine este realizat într-un pachet DIP-8, condensatori ceramici de dimensiuni mici și rezistențe de 0,125-0,25 wați. Diodele sunt diode redresoare obișnuite de 1A (cea mai accesibilă este 1N4007; există o mulțime de ele peste tot). Microcircuitul poate fi instalat și pe o priză dacă pe viitor doriți să-l utilizați în alte proiecte și să nu îl dezlipiți din nou. Mai jos sunt fotografii cu detalii.

Reglarea vitezei motoarelor electrice în tehnologia electronică modernă se realizează nu prin modificarea tensiunii de alimentare, așa cum se făcea înainte, ci prin furnizarea de impulsuri de curent de diferite durate motorului electric. În aceste scopuri servesc cei care au devenit în ultima vreme foarte popular - PWM ( lățimea impulsului modulată) regulatori. Circuitul este universal - de asemenea controlează turația motorului, luminozitatea lămpilor și curentul din încărcător.

Circuit regulator PWM

Diagrama de mai sus funcționează excelent și este atașată.

Fără a modifica circuitul, tensiunea poate fi ridicată la 16 volți. Plasați tranzistorul în funcție de puterea de sarcină.

Poate fi asamblat Regulator PWM iar conform acesteia schema electrica, cu un tranzistor bipolar convențional:

Și dacă este necesar, în locul tranzistorului compozit KT827, instalați un IRFZ44N cu efect de câmp, cu rezistență R1 - 47k. Polevik-ul fără calorifer nu se încălzește la o sarcină de până la 7 amperi.

Funcționarea controlerului PWM

Temporizatorul de pe cipul NE555 monitorizează tensiunea condensatorului C1, care este scos din pinul THR. Imediat ce atinge maximul, tranzistorul intern se deschide. Care scurtează pinul DIS la masă. În acest caz, la ieșirea OUT apare un zero logic. Condensatorul începe să se descarce prin DIS și atunci când tensiunea de pe acesta devine zero, sistemul va trece la starea opusă - la ieșirea 1, tranzistorul este închis. Condensatorul începe să se încarce din nou și totul se repetă din nou.

Sarcina condensatorului C1 urmează calea: „R2->brațul superior R1 ->D2”, iar descărcarea de-a lungul căii: D1 -> brațul inferior R1 -> DIS. Când rotim rezistorul variabil R1, schimbăm raportul dintre rezistențele brațelor superioare și inferioare. Ceea ce, în consecință, schimbă raportul dintre durata pulsului și pauză. Frecvența este stabilită în principal de condensatorul C1 și depinde, de asemenea, puțin de valoarea rezistenței R1. Schimbând raportul rezistență încărcare/descărcare, schimbăm ciclul de funcționare. Rezistorul R3 oferă o creștere a ieșirii la nivel înalt- deci există o ieșire de colector deschis. Care nu este capabil să stabilească în mod independent un nivel ridicat.

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

Dacă după asamblarea circuitului, tranzistorul de control al cheii se încălzește, atunci cel mai probabil nu se deschide complet. Adică, există o cădere mare de tensiune pe tranzistor (este parțial deschis) și curentul curge prin el. Ca urmare, se disipează multă putere pentru încălzire. Este recomandabil să puneți în paralel circuitul la ieșire cu condensatori mari, altfel va cânta și va fi prost reglat. Pentru a evita fluierul, selectați C1, fluierul provine adesea de la acesta. ÎN zona generala aplicațiile sunt foarte largi, utilizarea sa ca regulator de luminozitate pentru puternic Lămpi cu LED-uri, benzi LED și spoturi, dar mai multe despre asta data viitoare. Acest articol a fost scris cu sprijinul ear, ur5rnp, stalker68.