ШИМ регулятор оборотов: схема модуля управления мотором
ШИМ регулятор оборотов двигателя постоянного тока проще всего организовать с помощью ШИМ регулятора. ШИМ — это широтно-импульсная модуляция, в английском языке это называется PWM — Pulse Width Modulation. Теорию я подробно объяснять не буду, информации полно в интернете.
ШИМ регулятор оборотов электродвигателя постоянного тока рассчитанного на напряжение 12 В
Своими словами — если у нас есть двигатель постоянного тока на 12 вольт — то мы можем регулировать обороты двигателя изменяя напряжение питания. Изменяя напряжение питания от нуля до 12 вольт будут изменятся обороты двигателя от нуля до максимальных. В случае с ШИМ регулятором мы будем изменять скважность импульсов от 0 до 100% и это будет эквивалентно изменению напряжения питания двигателя и соответственно будут изменятся обороты двигателя.
Рассмотрим первый ШИМ регулятор на 5 ампер. Есть такая самая любимая микросхема всех радиолюбителей — это таймер NE555 ( или советский аналог КР1006ВИ). Вот на этой микросхеме и собран ШИМ регулятор. Кроме таймера здесь я использую стабилизатор на 9 вольт LM7809, мощный полевой транзистор с N-каналом IRF540, сдвоенный диод Шоттки, а также другие мелкие детали. Схема по которой собран этот регулятор всем известна и очень популярна.
Печатку этой платы можно скачать — ШИМ 5A
В более мощном исполнении я применяю просто параллельное включение нескольких полевых транзисторов IRF540 и более мощный сдвоенный диод Шоттки. В остальном всё аналогично.
Печатку этой платы можно скачать —
Подключение ШИМ регулятора очень простое. Вы видите 4 клеммы — две клеммы для подачи питания (+) и (-), и две клеммы для подключения мотора (M+) и (M-).
Сделал еще ШИМ регулятор с защитой по току. Для этих целей использовал распространенный операционный усилитель LM358 и два оптрона PC817. При превышении тока, который мы задаем подстроечником R12, срабатывает триггер-защелка на операционнике DA3.1, оптронах DA4 и DA5 и блокируется генерация импульсов по 5 ноге таймера NE555. Чтобы снова запустить генерацию нужно кратковременно снять питание со схемы с помощью кнопки S1.
Печатку этой платы можно скачать — ШИМ 10А с защитой
ШИМ регуляторы все работоспособны, проверил их работу с помощью двигателя от шуруповерта.
ШИМ регулятор оборотов
Источник: motor-r.info
ШИМ регулятор за 1,5$
ШИМ регулятор предназначен для регулирования скорости вращения полярного двигателя,яркости освещения лампочки или мощностью нагревательного элемента.
Преимущества:
1 Простота изготовления
2 Доступность компонентов(стоимость не превышает 2$)
4 Для новичков лишний раз потренироваться и порадовать себя=)
Однажды понадобился мне «девайс» для регулировки скорости вращения кулера. Для чего именно уже не помню. С начала пробовал через обычный переменный резистор, он сильно грелся и это было не приемлемо для меня. В итоге покопавшись в интернете нашел схему на мне уже знакомой микросхеме NE555. Это была схема обычного ШИМ регулятора с скважностью (длительностью) импульсов равной или меньше 50% (позже приведу графики как это работает). Схема оказалось очень простой и не требовала настройки, главное было не накосячить с подключением диодов и транзистора. Первый раз его собрал на макетной плате и испытал, все заработало с пол оборота. Позже уже развел небольшую печатную плату и аккуратнее все выглядело=) Ну теперь взглянем на саму схему!
Схема ШИМ регулятораИз нее мы видим что это обычный генератор с регулятором скважности импульсов собранный по схеме из даташита. Резистором R1 мы и меняем эту скважность, резистор R2 служит нам защитой от КЗ, так как 4 вывод микросхемы через внутренний ключ таймера подключен на землю и при крайнем положении R1 он просто замкнет. R3 это подтягивающий резистор. С2 это задающий частоту конденсатор. Транзистор IRFZ44N — это N канальный мосфет. D3 — это защитный диод который предотвращает выхода из строя полевик при обрыве нагрузки. Теперь немного о скважности импульсов. Скважность импульса — это отношение его периода следования (повторения) к длительности импульса, то есть через определенный промежуток времени будет происходить переход от (грубо говоря) плюса к минусу, а точнее от логической единицы к логическому нулю. Так вот этот промежуток времени между импульсами и есть та самая скважность.
Скважность при среднем положении R1
Скважность при крайнем левом положении R1
Скважность при крайнем правом положении R
Ниже приведу печатные платы с расположением деталей и без них
Теперь немного о деталях и их вид. Сама микросхема выполнена в DIP-8 корпусе, конденсаторы керамические малогабаритные, резисторы на 0,125-0,25 ватт. Диоды обычные выпрямительные на 1А (самое доступное это 1N4007 их везде навалом). Так же микросхему можно устанавливать на панельку, если в будущем вы хотите ее использовать в других проектах и лишний раз не выпаивать ее. Ниже приведу фотографии деталей.
P.S:Номинал конденсатора может варьироваться от 2.2 нанофарада до 4.7 нанофарад. Сопротивление резистора R4 от 47-180 ом.
P.P.S: Данный Шим регулятор я использовал и для регулирования:оборотов двигателя,яркости лампочки и температуру нагревательного элемента.
Всем творческих успехов.Спасибо за внимание!
Становитесь автором сайта, публикуйте собственные статьи, описания самоделок с оплатой за текст. Подробнее здесь.Лабораторный генератор ШИМ с широким диапазоном частот для проектирования высокочастотных импульсных стабилизаторов, преобразователей и испытания различных схем.
В наше время весь мир крутится вокруг широтно-импульсной модуляции (ШИМ), да что и говорить, даже день и ночь – и те подвластны ШИМу (зимой день короче чем ночь и наоборот J ). ШИМ сейчас используется везде, где только можно представить его применение: регуляторы, стабилизаторы, преобразователи, блоки питания и прочие устройства. Учитывая тенденцию увеличения мощности, неуклонного роста используемых частот в силовой и преобразовательной технике, а также уменьшению массо — габаритных показателей, я решил что иметь у каждого в домашней лаборатории широкодиапазонный генератор ШИМ просто обязательно. Но это, конечно же, должен быть не просто генератор. Нужно что бы он имел регулировку частоты в широком диапазоне, регуляторы коэффициента заполнения, регуляторы DEAD TIME, однотактный и двухтактный выходы, а также инверсию выходов для каждого. Инверсия выходов необходима для проверки мостового преобразователя. Да и мало ли чего ещё захочется исследовать. Но в тоже время он должен быть простым для сборки, наладки и повторения. В данном случае будет достаточно перекрыть диапазон частот в однотактном режиме от 60 кГц до 2 МГц, в двухтактном режиме от 30 кГц до 1 МГц. Регулировать коэффициент заполнения в однотактном режиме от 1 % до 99%, а в двухтактном режиме от 2 % до 98%, с возможностью регулирования паузы DEAD TIME («мертвая зона»). Генератор должен иметь минимальное число переключателей по диапазонам. Все должно регулироваться плавно и без скачков. Желательно иметь настройку грубо и точно на каждый параметр регулирования.
С помощью такого генератора можно проверять качество работы драйверов управления полевых транзисторов, скоростные показатели работы различных компонентов и многое–многое другое.
Чтобы не утомлять прочтением всей статьи, сразу покажу, какой сигнал получился на выходах в разных режимах и на разных частотах:
С помощью этого генератора я запускаю любой блок питания, в котором микросхема не дает импульсов на запуск, или уходит в защиту по непонятной причине. Плавно увеличивая коэффициент заполнения, смотрю, что происходит на выходе блока, или токовом шунте ключевого транзистора. Отыскание неисправности в любых импульсных блоках с этим генератором — просто сказка и занимает по времени считанные минуты. Откидываю, например, затвор силового транзистора от родной микросхемы, и цепляю его к своему генератору с драйвером. Для того что бы подключаться например по высокой стороне к двухтактникам, иногда такое надо, необходимо использовать оптодрайвер на 6N137 или любых других быстрых оптопарах.
Ещё можно проверять на что годны операционные и аудио усилители. Поскольку самые низкие искажения имеют только повторители напряжения, проверку буду производить именно в этом режиме. Приведу пример проверки самого распространенного операционного усилителя типа LM358. Тем самым ввергну в шок некоторых аудиофилов. Так вот, использовать LM358 в аудиоусилителях даже низкого класса категорически не рекомендую.
Ради прикола, беру самый первый советский операционник К140УД1Б и загоняю его на испытания. Показатели у него значительно лучше, чем у LM358.
Можно проверять время задержки в логических элементах и минимальную длительность импульса для триггеров.
Даже проверил, как себя поведет стабилитрон TL431 на частоте 1,3 МГц:
Желтым — вход, синим — выход.
А также испытать и проверить многое другое…….
Вот, вкратце, возможности моего генератора.
Когда я поставил перед собой задачу, попробовал погуглить и найти готовое решение. Поиски не увенчались успехом. В итоге было решено самому создать схему отвечающую запросам. Теперь я ознакомлю вас с результатами моих исследований длившихся около года
Мои исследования
На первый взгляд самой привлекательной и простой схемой, найденной в даташитах и интернете, показалась схема на основе готового PULSE WIDTH MODULATION контроллера типа TL494 и её аналогах КА7500. TL 494 и ее последующие версии — наиболее часто применяемая микросхема для построения двухтактных преобразователей питания.
Но на деле это решение подходит под наши задачи только на 1/10 решения и её нельзя использовать на частотах более 100 кГц — в однотактном режиме и до 50 кГц — в двухтактном режиме. Почему? Хотя по даташиту она может использоваться и до 300кГц, мне не понравилось, как она себя ведет на частотах выше 100 кГц.
Что гласит даташит:
Допустимы рабочие частоты от 1 до 300 кГц, рекомендованный диапазон Rt = 1…500кОм, Ct=470пФ…10мкФ. При этом типовой температурный дрейф частоты без учета дрейфа навесных компонентов +/-3%, а уход частоты в зависимости от напряжения питания — в пределах 0.1% во всем допустимом диапазоне. Да только дело то не в уходе частоты, а в непостоянстве регулирования коэффициента заполнения в зависимости от частоты.
Я попробовал испытать её возможности, и хотел перекрыть нужный мне диапазон в 2 МГц, но на частоте выше 1 МГц она нормально так и не запустилась. Пришлось пока ограничиться только 1 МГц. Сделал пять диапазонов регулирования частоты, поставил стабилизатор напряжения на 12 вольт по питанию с блокировочными конденсаторами, чтобы не нарушалась чистота эксперимента и начал испытание.
Схема:
Макетная плата подопытной схемы:
Джамперы для выбора частоты:
Результаты проведенного испытания возможностей TL494:
Данная микросхема для моего требования к генератору не подходит, и никакие средства и ухищрения разогнать её на большую частоту так ни к чему и не привели. Предел мечтаний с ней это 100 кГц (с большой натяжкой 150 кГц). На более высокой частоте даёт о себе знать очень уж медленный компаратор, использующийся в схеме кристалла. Также мешает повышению частоты и встроенная коррекция. Читаем из даташита особенности данной микросхемы:
Для стабильной работы триггера — время переключения цифровой части TL494 составляет 200 нс. На тактовых частотах до 150 кГц при нулевом управляющем напряжении фаза покоя = 3% периода (эквивалентное смещение управляющего сигнала 100..120 мВ), на больших частотах встроенная коррекция расширяет фазу покоя до 200..300 нс. Так как в ней очень медленные усилители ошибки (фактически, операционные усилители с Ку = 70..95 дБ по постоянному напряжению, Ку = 1 на 300 кГц), я их не использую в схеме испытания вообще, и они заблокированы. Эти усилители не предназначены для работы в пределах одного такта рабочей частоты. При задержке распространения сигнала внутри усилителя в 400 нс они для этого слишком медленные, да и логика управления триггером не позволяет (возникали бы побочные импульсы на выходе). В реальных схемах преобразователей напряжения частота среза цепи ОС выбирается порядка 2 — 10кГц.
Замечания по работе микросхемы 494 на повышенной частоте, которые меня не устраивают:
1. Встроенный генератор пилообразного напряжения на большое время замыкает конденсатор, вследствие этого перед новым циклом заряда появляется площадка с нулевым потенциалом.
Осциллограммы работы генератора на разных частотах:
2. Сильная зависимость коэффициента заполнения от частоты, которая проявляется с нарастающим эффектом после прохождения частоты 100 кГц.
Рассматривая осциллограммы работы ШИМ регулятора с TL494 на разных частотах, при максимальном и минимальном коэффициенте заполнения, чётко заметны изменения минимального и максимального коэффициента заполнения в зависимости от частоты.
Как видно, изменение минимального коэффициента заполнения на частоте 50 кГц =5% и на частоте 1 МГц = 14,3% отличаются почти в три раза. А вот изменение максимального коэффициента заполнения, тут вообще удивляет: на частоте 50 кГц = 93% и на частоте 1 МГц = 60,7% отличаются на 32%!!!
Вот почему эту простую и удобную схему я отложил в сторонку. Она мне еще пригодится в дальнейшем: я к ней все-таки вернусь, но уже на дискретных быстрых компараторах и нормальных быстрых триггерах.
Дальше на пути у меня была схема на NE555 таймере, которую я использовал лишь только в качестве генератора пилообразного напряжения. Я и не предполагал, что он тоже окажется довольно медленным, но все же, немного лучше, чем предыдущая TL494. С ним можно подняться к частотам около 200 кГц в однотактном режиме. Только надо добавить компаратор и триггер с логикой ИЛИ-НЕ.
Схема генератора на 555 таймере:
Осциллограммы работы генератора пилообразного напряжения на 555 таймере на частотах 332 кГц и 462 кГц.
Тут видно округление вершин и спада импульса. На частоте более 500 кГц пила становится неузнаваема.
Разочаровавшись в готовых решениях только на аналоговых элементах, я пробовал синтезировать ШИМ чисто на цифровых логических элементах и счетчиках с триггерами, без использования аналоговых компонентов, но там меня подстерегали другие, куда более сложные проблемы. Выравнивание задержек распространения сигнала по элементам и т.п. Особенно большую проблему составляют триггеры и счетчики, которые совсем не хотят щелкать на малой длительности импульса и просто тупо пропускают счет. А это значит, что ключам, на которые будет работать генератор, очень скоро придет конец. Отказался от этой затеи через неделю боя с 561 логикой. Она, оказывается, ну уж очень медленная для таких частот — 20 МГц при делении ШИМа по 10 %. Ещё через две недели отказался и от 1533 тоже.
Финальная схема генератора.
После нескольких неудачных попыток воплотить мечту в реальность (иметь в своей домашней лаборатории генератор с 2 МГц ШИМа), недельку- другую отдохнул, подумал, набрался сил и снова приступил к решению проблемы. На этот раз без выкрутасов и лёгких путей, учитывая предыдущие наработки и ошибки. Из всех опробованных решений самое большее удобство пользования предоставляла схема на TL494 или на таймере. Поэтому было решено клонировать начинку NE555 и TL494 на быстродействующих компонентах и собирать некий «симбиоз» двух микросхем на отдельных компараторах и логике. Компараторы с ТТЛ выходом я взял те, что были у меня в столе — КР597СА2, но можно и любые другие, главное быстродействующие и с ТТЛ выходом. Ну, если вдруг захочется позверствовать, то ЭСЛ будет куда круче (тогда и 20 МГц не предел), но мне пока не нужна такая большая частота (разве для преобразователя с индуктивностью без ферритового сердечника). Тогда надо ставить КР597СА1, и логику серии К500.
После первого запуска схемы обнаружилось много казусов, но по мере отладки многие грабли были убраны, и схема заработала как часы.
Схема:
Схема состоит из генератора пилообразного напряжения (состоящего из стабилизатора тока на транзисторах VT1, VT2, VT3; двух компараторов DA1, DA2; триггера DD1 и разрядного транзистора VT4), схемы выделения прямоугольных импульсов (с шириной зависящей от порогового напряжения на DA3), двух стабилизаторов опорного напряжения (2,5в и 2,9в), формирователя двухтактного сигнала (на триггере DD2 и элементах DD3 DD4 2-ИЛИ-НЕ), повторителя и инвертора для однотактного выхода (на DD5, DD6).
Фото макетной платы:
Для облегчения процесса настройки я приведу осциллограммы напряжений в каждой важной точке схемы. Итак…
Генератор пилообразного напряжения. Конденсатор заряжается через стабилизатор тока. Канал 1 – напряжение на конденсаторе С5, канал 2 – напряжение на базе разрядного транзистора VT4.
По графикам заметен необъяснимый факт ухода напряжения в область отрицательных значений, но это работе не мешает, так как в схему выделения прямоугольных импульсов в задающее напряжение позже я также внесу небольшое отрицательное смещение с помощью делителя R6, R10 для охвата всего диапазона изменения напряжения «пилы». R1 подбирается для ограничения верхней максимальной частоты (я ограничился лишь 2 МГц, хотя вся схема нормально работает и до 5 МГц).
Осциллограммы напряжений на выходах компараторов DA1, DA2 на разной частоте. Канал 1 – напряжение на компараторе DA1 вывод 14, канал 2 – напряжение на компараторе DA2 вывод 14:
Для борьбы со «звоном» компаратора вблизи зоны переключения, в схеме выделения прямоугольных импульсов на DA3, я ввел резисторы ПОС (положительной обратной связи) R16, R15 на одноименных входах — выходах компаратора. ПОС нужна на частоте ниже 1 МГц. На частоте в 2МГц данная цепь не требуется и сама перестает участвовать в работе, что видно по осциллограммам. Осциллограммы напряжений на входах компаратора DA3 на разной частоте. Канал 2 – напряжение на компараторе DA3 вывод 2 – задание порога переключения, канал 1 – напряжение на компараторе DA3 вывод 3 с генератора «пилы». Осциллограмма на частоте 96 кГц. Канал 2 увеличено. Видна волнистая линия синхронно переключению компаратора – это и есть работа ПОС для задания гистерезиса. Глубину гистерезиса можно было бы и уменьшить, но на карту поставлены ключи, которыми будет управлять генератор, поэтому оставим все без изменения.
Далее схема выделения прямоугольных импульсов с шириной зависящей от порогового напряжения на DA3. На прямой вход компаратора подается пилообразное напряжение, а на инверсный вход – напряжение задания порога переключения компаратора. На выходе получается прямоугольный импульс. Смотрим осциллограммы, разбираемся и вникаем.
Здесь все понятно. Только если нужен для работы двухтактный выход, то увлекаться очень малым (99%) коэффициентом заполнения не стоит. Так как триггер на малой длительности входного импульса не успевает переключаться, и будет просто пропускать периоды, выдавая на выходе вместо двухтактных импульсов по очереди – два одинаковых, однотактных, а это чревато нехорошими последствиями, типа сквозного пробоя одновременно открытых ключей.
Дальше я покажу, как переключается триггер, когда длительность импульса достаточна для его нормальной работы на разных входных частотах. Частота на выходе D триггера равна половине частоты на входе, и всегда имеет коэффициент заполнения 50% независимо от коэффициента заполнения на входе. Все это видно ниже на графиках.
А вот так хулиганит триггер при входных импульсах недостаточной длительности:
Видно как сбивается развертка и просматривается тот самый пропуск импульса. А это приводит например в полумостовом преобразователе к сквозному «кототоку».
Далее покажу, как формируется полтакта двухтактного импульса, пройдя компаратор, триггер и логический элемент 2ИЛИ-НЕ:
То, что получилось на выходных контактах, я поместил в первой картинке. Внимательно смотрим, изучаем. Как видно из графиков, минимальная длительность импульсов на двухтактном выходе завышена до 5%, для того, чтобы триггер четко переключался при входной частоте 2 МГЦ. На частотах до 500 кГц её можно установить и 1 % не опасаясь за пропуски импульса.
Основной нюанс по настройке генератора: самое главное – чтобы стояли блокировочные керамические конденсаторы типа КМ-5 по 0,1 мкф минимум, или SMD импортные, на каждом корпусе микросхемы. Без них схема работает очень неустойчиво. Одна сторона платы используется для дорожек, а вторая используется как экран, её нужно соединить с корпусом в нескольких точках.
Блок питания каких–либо особенностей не имеет. Для канала +12в используется КРЕНка или 7812, а для канала – 6в используется 7906
Об выходных драйверах на 2 МГц напишу позже, а то и так много читать надо. Можно использовать готовые микросхемы драйверов, можно собирать на дискретных элементах.
Спасибо за внимание, и за терпение, и за то, что хватило сил дочитать до этой строки.
Ещё поздравляю и желаю много валерианки!!!
Макетная плата в Layout 5, видео работы генератора в разных режимах и картинки отдельно в файлах.
Файлы:
плата
архив картинок
видео
Все вопросы в Форум.
ГЕНЕРАТОР ШИМ С КНОПОЧНЫМ КОНТРОЛЕМ
Простой генератор ШИМ (широтно-импульсная модуляция), построен на микроконтроллере ATtiny серии 25 / 45 / 85 и питается от стабилизированного напряжения 2,7 — 5,5 В. На его выходе получается прямоугольный сигнал с выбранной постоянной частотой 1,25/2,5/5/10/20/40/80 кГц и регулируемым заполнением в диапазоне 0-100% с шагом 1%. Написана управляющая программа на Ассемблере, и она идентична для каждого из этих микроконтроллеров.
Схема генератора ШИМ на ATtiny
Принцип работы схемы: после подачи питания на выходе генератора (разъем CON2) формируется прямоугольный сигнал с частотой 10 кГц, заполнением 50% и уровнем, зависящим от значения напряжения питания Vcc. Чтобы уменьшить / увеличить заполнение сигнала на 1%, кратко нажмите кнопку микрик S1 (-) / S2 (+) (длительность нажатия менее 250 мс). Нажатие и удерживание кнопки S1 / S2 в течение более длительного времени приведет к непрерывному уменьшению / увеличению значения заполнения со скоростью примерно 4% в секунду до тех пор, пока не будет достигнуто предельное значение, то есть 0% или 100%. Установка 0% / 100% заполнения вызовет непрерывную логику низкого / высокого уровня (GND / Vcc) на выходе генератора.
Чтобы изменить частоту сигнала ШИМ, нажмите одновременно кнопки S1 и S2 на короткое время (менее 1 секунды). Тогда частота будет меняться до следующего значения в таком порядке: 10/20/40/80/1,25/2,5/5 кГц по кругу. Одновременное нажатие и удерживание кнопок S1 и S2 будет непрерывно изменять значение частоты до тех пор, пока кнопки не будут отпущены. После каждого изменения частоты начальное значение заполнения сигнала всегда составляет 50% (независимо от предыдущей настройки).
Транзистор полевой T1 (MOSFET-P) защищает схему от обратного подключения полярности напряжения питания. Была специально выбрана модель Si2305, которая начинает работать при напряжении на затворе Vgs от 1,8 В — это важно, если схема будет работать от низкого напряжения. В качестве замены для T1 можете использовать следующие транзисторы: DMP1045, FDN306, Si2315, IRLML6401. При отсутствии подходящего полевого транзистора можно вообще отказаться от этой защиты — тогда нужно замкнуть площадки «D» и «S» на плате.
Кварцевый резонатор X1 нужен для работы микроконтроллера, благодаря чему получается выход с достаточно точной и стабильной частотой. Также возможно синхронизировать микроконтроллер с его внутренним RC-генератором с номинальной частотой 8 МГц. Преимущество этого решения заключается в том, что не нужно устанавливать резонатор X1 и конденсаторы C3 / C4, но большим недостатком будет неточная и нестабильная частота выходного сигнала.
Конденсаторы С1 и С2 фильтруют напряжение питания. Резистор R2 ограничивает ток, снимаемый непосредственно с вывода PB1 микроконтроллера, предотвращает его повреждение в случае короткого замыкания на выходе CON2.
При программировании не забудьте правильно установить фузы:
- Когда микроконтроллер работает с кварцевым резонатором X1: FL (низкий уровень фуза): $ FF, FH (высокий уровень): $ DF, FE (расширенный): $ FF, LB (блокирующие биты): $ FF.
- Когда микроконтроллер будет синхронизирован с внутренним RC-генератором: FL (низкий уровень): $ E2, FH (высокий уровень): $ DF, FE (расширенный): $ FF, LB (блокирующие биты): $ FF.
Генератор может питаться постоянным напряжением 2,7 — 5,5 В от блока питания или от аккумуляторов (например от одного 18650 Li элемента). Потребляемый ток составляет максимум 2,5 / 5 мА (сигнал 80 кГц / 99%, выход генератора не загружен). Собран ШИМ генератор на односторонней плате размером 40 x 40 мм.
Улучшение схемы контроллера
Конечно всегда есть пути дальнейшего улучшения схемы:
- Хорошо бы дать между выходом ШИМ и микроконтроллером некоторый буфер на транзисторе или простой усилитель, работающий в классе AB. В этом случае он защитит микроконтроллер от повреждений и дополнительно раскачает сигнал.
- Дополнительные шаги контроля частоты также были бы полезны. Если собираетесь внедрить проект, предлагаем более крупный микроконтроллер с аппаратным ШИМ для SMPS, чтобы было 2/4 канала и регулирование времени простоя.
Можно также расширить диапазон регулирования заполнения до 0..100%. Это может быть полезно при тестировании работы исполнительных блоков управления ШИМ. Например, при 100% заполнении — измерение падения напряжения на дорожках и открытом ключе.
Сравнение с ШИМ на NE555
Прямоугольный сигнал конечно может быть получен с использованием популярнейшей микросхемы NE555, плюс два выпрямительных диода, несколько резисторов и конденсаторов. Это естественно гораздо более дешевое решение. И не нужно ничего программировать.
Но разница в том, что генератор 555 является аналоговым, и вы никогда не знаете точно, какое именно значение скважности установили в данный момент времени. Он также не позволяет точно установить уровень скважности с разрешением 1%.
Аналоговые и цифровые схемы — это два разных мира. У каждого из них есть свои плюсы и минусы, но факты таковы, что цифровой контроль сегодня есть практически везде и за ним будущее схемотехники.
В случае AtTiny программирование может быть выполнено по i2s, последовательно с пульта дистанционного управления или с использованием энкодера. Единственное, что нужно добавить, это дополнительный код. С таймером 555 таких возможностей не будет. Прилагаемый архив содержит схему в Eagle, плату в DipTrace, исходный текст программы и документацию в PDF.
Форум по ШИМ
Обсудить статью ГЕНЕРАТОР ШИМ С КНОПОЧНЫМ КОНТРОЛЕМ
ШИМ регулятор 12В на 555
Представляем простую конструкцию регулятора мощности, схема которого построена на таймере 555, работающем в режиме ШИМ. Транзисторы IRF3205 являются управляемыми элементами, причем транзисторы соединены параллельно для уменьшения сопротивления и лучшего рассеивания тепла.
Схема ШИМ на 12 В для ламп
Напряжение от трансформатора выпрямляется мостом на 50 А, установленным на радиаторе. Подается оно далее на стабилизатор 8 В, а затем в схему управления. Устройство должно было работать с несколькими галогенками 12 В 50 Вт.
Кстати, вы можете хорошо уменьшить нагрев транзисторов снизив частоту коммутации — на это стоит обратить внимание.
При полной яркости будет ток в нагрузке около 25 А. Так что уделите особое внимание винтовым соединительным разъемам. Кабели сечением 1,5 мм2 тоже недостаточны для такого большого тока.
Конечно, затворы лучше переключать напряжением около 10 — 12 В (не более 15 В для безопасности МОП-транзисторов), чем 6 В, хотя бы для того чтобы быть уверенным в их насыщении во включенном состоянии. А более высокое напряжение также означает более быструю перезагрузку затворов, что приводит к более короткому переходному времени, а это снижает потери мощности на них. Если они не насыщаются, то тепло, генерируемое на них с высокой рабочей мощностью, заставит транзисторы сильно греться.
Чтобы поднять управляющее напряжение, достаточно подключить R3 напрямую к источнику питания, а не к стабилизатору. Чтобы ускорить переключение, предлагаем конденсатор 0.1 мкФ поставить параллельно с R2 и, если необходимо, дополнительно в ряд перед этим параллельным соединением резистор, чтобы минимизировать токи при разряде конденсатора.
Вместо резистора R3 ещё лучше ставить резисторы 5-10 Ом в затворах mosfet и использовать более мощные биполярные транзисторы, например семейства BD136 — BD140 соответствующих типов проводимости.
Упрощенный ШИМ 12V регулятор постоянного тока
Для регуляторов оборотов мотора постоянного тока можно использовать эту, показанную выше схему. Здесь нет необходимости использовать управляющие транзисторы. Mosfet могут быть подключены параллельно, добавив один 30-ти омный резистор к затвору каждого транзистора. Плату можете скачать в архиве.
СХЕМА ШИМ РЕГУЛЯТОРА — Конструкции простой сложности — Схемы для начинающих
Регулировка оборотов электродвигателей в современной электронной технике достигается не изменением питающего напряжения, как это делалось раньше, а подачей на электромотор импульсов тока, разной длительности. Для этих целей и служат, ставшие в последнее время очень популярными — ШИМ (широтно-импульсно модулируемые) регуляторы. Схема универсальная — она же и регулятор оборотов мотора, и яркости ламп, и силы тока в зарядном устройстве
. Схема ШИМ регулятора
Указанная схема отлично работает, печатная плата прилагается.
Без переделки схемы напряжение можно поднимать до 16 вольт. Транзистор ставить в зависимости от мощности нагрузки.
Можно собрать ШИМ регулятор и по такой электрической схеме, с обычным биполярным транзистором:
А при необходимости, вместо составного транзистора КТ827 поставить полевой IRFZ44N, с резистором R1 — 47к. Полевик без радиатора, при нагрузке до 7 ампер, не греется.
Работа ШИМ регулятора
Таймер на микросхеме NE555 следит за напряжением на конденсаторе С1, которое снимает с вывода THR. Как только оно достигнет максимума — открывается внутренний транзистор. Который замыкает вывод DIS на землю. При этом на выходе OUT появляется логический ноль. Конденсатор начинает разряжаться через DIS и когда напряжение на нем станет равно нулю — система перекинется в противоположное состояние — на выходе 1, транзистор закрыт. Конденсатор начинает снова заряжаться и все повторяется вновь. Заряд конденсатора С1 идет по пути: «R2->верхнее плечо R1 ->D2«, а разряд по пути: D1 -> нижнее плечо R1 -> DIS. Когда вращаем переменный резистор R1, у нас меняются соотношения сопротивлений верхнего и нижнего плеча. Что, соответственно, меняет отношение длины импульса к паузе. Частота задается в основном конденсатором С1 и еще немного зависит от величины сопротивления R1. Меняя отношение сопротивлений заряда/разряда — меняем скважность. Резистор R3 обеспечивает подтяжку выхода к высокому уровню — так так там выход с открытым коллектором. Который не способен самостоятельно выставить высокий уровень.
Рекомендации по сборке и настройке
Диоды можно ставить любые, конденсаторы примерно такого номинала, как на схеме. Отклонения в пределах одного порядка не влияют существенно на работу устройства. На 4.7 нанофарадах, поставленных в С1, например, частота снижается до 18кГц, но ее почти не слышно. Если после сборки схемы греется ключевой управляющий транзистор, то скорее всего он полностью не открывается. То есть на транзисторе большое падение напряжения (он частично открыт) и через него течет ток. В результате рассеивается большая мощность, на нагрев. Желательно схему параллелить по выходу конденсаторами большой емкости, иначе будет петь и плохо регулировать. Чтобы не свистел — подбирайте С1, свист часто идет от него. В общем область применения очень широкая, особенно перспективным будет её использование в качестве регулятора яркости мощных светодиодных ламп, LED лент и прожекторов, но про это в следующий раз. Статья написана при поддержке ear, ur5rnp, stalker68.
АРХИВ:Скачать
ЗАРЯДНОЕ УСТРОЙСТВО НА ШИМ-ГЕНЕРАТОРЕ
Завалялся у меня тороидальный трансформатор на 30 ватт, с выходным напряжением 20 вольт. Решил сделать на его основе приличиное зарядное устройство и вот что получилось. Максимальный ток зарядки получился 1А, но его легко можно увеличить, если поставить более мощный источник напряжения — трансформатор на 100 ватт и более. Принципиальная схема в своей основе имеет ШИМ-генератор — микросхему-таймер NE555 (КР1006ВИ1), импульсы с которой поступают на затвор полевого транзистора, коммутирующего нагрузку — аккумулятор. Другой мощный транзистор отключает АКБ при аварийных ситуациях.
Схема выгодно отличается от других тем, что имеет простую и надёжную защиту от короткого замыкания выходных щупов и переполюсовки, при этом отключает заряд и включает светодиод. Так как светодиод немного подсвечивал, (тот который защита) он у меня оказался на 1.8 вольт, я решил что бы не мучится, не подбирать под разные светодиоды, поставить подстроечник.
Печатную плату сделал по быстрому, просто взял и объединил две платы — генератор и защита. Зарядное устройство собрано и успешно проверено — работает великолепно! Для наглядности, снабдил зарядку ампер- и вольтметром, чтобы отслеживать процесс заряда в любой момент.
В схему можно ставить любой N-канальный полевой транзистор на нужный ток. Аккумулятор, подключаемый к ЗУ, может быть никель-кадмиевый, свинцовый гелевый, никель металл-гидридный или литий ионный. Однако в последнем случае учтите, что на нём не должен быть контроллер (как в АКБ от мобильного телефона), так как заряд происходит импульсами большого напряжения. С другой стороны такой метод заряда приветствуется, ведь эти импульсы разрушают окисел, покрывающий внутренние пластины аккумулятора, производя десульфатацию. В общем получилась простая, надёжная и функциональная схема зарядки, под многие виды аккумуляторов.
Форум по данному зарядному устройству
Обсудить статью ЗАРЯДНОЕ УСТРОЙСТВО НА ШИМ-ГЕНЕРАТОРЕ
555 Схема генератора ШИМ с таймером
ШИМ (широтно-импульсная модуляция) — важная особенность каждого современного микроконтроллера, поскольку от него требуется управлять множеством устройств почти во всех областях электроники. ШИМ широко используется для управления двигателем, освещением и т. Д. Иногда мы не используем микроконтроллер в наших приложениях, и если нам нужно генерировать ШИМ без микроконтроллера , то мы предпочитаем некоторые ИС общего назначения, такие как операционные усилители, таймеры, генераторы импульсов и т. Д.Здесь мы используем микросхему таймера 555 для генерации ШИМ. 555 ИС таймера — очень полезная ИС общего назначения, которую можно использовать во многих приложениях.
Требуемые компоненты:
- 555 таймер IC -1
- 10К горшок -1
- Резистор 100 Ом -1
- 0,1 мкФ конденсатор -1
- 1 кОм резистор -1 (опционально)
- Хлебная доска -1
- 9В Батарея -1
- светодиод -1 Мультиметр
- или CRO -1
- Перемычка —
- Разъем аккумулятора -1
Что такое сигнал ШИМ?
Широтно-импульсная модуляция (ШИМ) — это цифровой сигнал, который чаще всего используется в схемах управления.Этот сигнал устанавливается на высокий уровень (5 В) и низкий (0 В) в заранее определенные время и скорость. Время, в течение которого сигнал остается на высоком уровне, называется «временем включения», а время, в течение которого сигнал остается низким, называется «временем выключения». Ниже описаны два важных параметра ШИМ:
.Рабочий цикл ШИМ:
Процент времени, в течение которого сигнал ШИМ остается ВЫСОКИМ (по времени), называется рабочим циклом. Если сигнал всегда включен, это 100% рабочий цикл, а если он всегда выключен, это 0% рабочего цикла.
Рабочий цикл = время включения / (время включения + время выключения)
Частота ШИМ:
Частота сигнала ШИМ определяет, насколько быстро ШИМ завершает один период. Один период полностью включает и выключает сигнал ШИМ, как показано на рисунке выше. В нашем руководстве мы установим частоту 5 кГц.
Мы можем заметить, что светодиод не горит на полсекунды, а светодиод горит на полсекунды.Но если частота включения и выключения увеличилась с «1 в секунду» до «50 в секунду». Человеческий глаз не может уловить эту частоту. Для нормального глаза светодиод будет виден как светящийся с половинной яркостью. Таким образом, при дальнейшем сокращении времени включения светодиод становится намного светлее.
Мы ранее использовали ШИМ во многих наших проектах, проверьте их ниже:
Схема и объяснение генератора ШИМ таймера 555:
В этой схеме генератора ШИМ, , как мы упоминали выше, мы использовали микросхему таймера 555 для генерации сигнала ШИМ .Здесь мы контролировали выходную частоту сигнала ШИМ, выбрав резистор RV1 и конденсатор C1. Мы использовали переменный резистор вместо постоянного резистора для изменения рабочего цикла выходного сигнала. Зарядка конденсатора через диод D1 и разрядка через диод D2 будут генерировать сигнал ШИМ на выходном контакте таймера 555.
Для определения частоты сигнала ШИМ используется формула ниже:
F = 0,693 * RV1 * C1
Вся работа и демонстрация генерации ШИМ приведены в Видео в конце, где вы можете найти эффект ШИМ на светодиодах и проверить его на мультиметре.
Моделирование генерации ШИМ с использованием таймера 555 IC:
Ниже приведены несколько снимков:
PWM LED Light Intensity Controller Circuit
В сообщении объясняется простая схема ШИМ-контроллера на основе IC 555, которая может использоваться для управления интенсивностью указанного ряда светодиодов. Идея была предложена г-ном Радждипом.
Технические характеристики
Фантастический блог, который у вас есть. Я многому научился из твоего блога.
Я читал, что уменьшение яркости светодиодов за счет снижения напряжения или тока снижает срок службы светодиодов. Это правильно? А лучший способ уменьшить яркость светодиода — это ШИМ?
Я провел еще несколько исследований по этому поводу и обнаружил, что светодиоды не повреждаются, но цветовой спектр светодиодов изменяется при более низком токе / напряжении.
Светодиод 6500K будет двигаться к 5000K при затемнении. Я нашел эту информацию на каком-то форуме по аквариумам, я могу отправить вам ссылку, если вам нужно. Кроме того, они говорят, что светодиоды имеют тенденцию к нагреванию при уменьшении тока.
В любом случае, можете ли вы сделать руководство по ШИМ для светодиодов большой мощности. Я искал учебное пособие, но не смог найти подходящих полевых МОП-транзисторов, которые будут работать при 5 вольтах при 20-30 ампер.
Большинство полевых МОП-транзисторов работают при напряжении 10 вольт, поэтому можно ли подключить полевой МОП-транзистор к bc547, а затем к цепи ШИМ? Будет ли это работать, или будет медленно / неэффективно?
Можно ли контролировать такую огромную нагрузку с помощью 555-pwm?
Другой вопрос, будет ли схема ШИМ работать с «схемой постоянного тока LM317»?
П.СУБЪЕКТ: Я планирую сделать полностью светодиодное освещение для аквариума, поэтому я уверен, что оно будет работать. Извините за множество вопросов, я не инженер-электрик, поэтому мне нужна ваша помощь. Извините за беспокойство … 🙂
А будет ли ШИМ работать последовательно с 317-ти цепью драйвера постоянного тока?
Если это сработает, я думаю, схема будет такой:
12 В smps -> 555pwm -> 317 ограничитель тока -> LED
Rajdeep.
Решение запроса схемы
Спасибо, Радждип! То, что вы узнали на форумах, может быть полностью неверным и вводящим в заблуждение, светодиоды работают наиболее эффективно при минимальном токе, хотя это будет означать пропорционально более низкую интенсивность.
Управлять светодиодом через ШИМ на самом деле несложно …. более высокий рабочий цикл дает более высокую интенсивность, и наоборот, это основной принцип, лежащий в основе этого.
Дизайн
Сначала давайте узнаем о схеме контроллера ШИМ на светодиодах 12 В, позже, в заключительном разделе статьи, мы увидим, как то же самое можно реализовать с использованием источника питания 5 В и МОП.
Следующая идея схемы показывает простую схему контроллера ШИМ с использованием IC 555, которую можно использовать для цифрового управления интенсивностью светодиода от 0 до максимума.
На изображении выше, питание получается от блока SMPS, который подается на схему ШИМ через каскад схемы контроллера тока LM338.
Поток P1 используется для настройки рабочих циклов ШИМ для набора светодиодов для достижения желаемых уровней интенсивности.
Резистор R3 определяет уровень предельного тока от IC LM338, его можно рассчитать по следующей формуле:
R3 = 1.25 / Ток светодиода
На схеме показан блок из 36 светодиодов (по 1 Вт каждый), управляемый ШИМ и ступенями регулятора тока.
Резисторы серии LED предназначены для защиты каждой цепочки из 3 светодиодов от перенапряжения. так как общее прямое падение напряжения на цепочках составляет 3,3 x 3 = 9,9 В, а напряжение питания 12 В примерно на 2 В.
R3 управляет общим током для всей группы светодиодов и может быть рассчитан с использованием вышеупомянутой формулы, для показанной конструкции результат может быть рассчитан как:
R3 = 1.25 / 0,35 x 12 = 0,29 Ом
Мощность = 1,25 x 0,35 x 12 = 5,25 Вт, здесь 0,35 — это ток через каждую светодиодную цепочку, 12 — количество цепочек, а 1,25 — это фиксированный эталон, как указано в IC LM338 техническая спецификация.
Приложив немного усилий, вы можете пропустить этап LM338, изменив существующий блок SMPS на любой желаемый максимальный предел тока, в соответствии со спецификациями светодиода, всю процедуру можно изучить ниже:
Как сделать SMPS переменного тока Схема
Использование ШИМ-управления
В случаях, когда напряжение питания ограничено до 5 В, и предполагаемые приложения требуют ШИМ-управления светодиодами через МОП-транзистор, для этого можно подходящим образом использовать следующую схему.
Принципиальная схема
Как мы видим, приведенная выше конфигурация идентична первой, за исключением добавления каскада повышения напряжения между выводом 3 микросхемы IC 555 и затвором mosfet.
Здесь пара диодов и конденсаторов эффективно поднимает уровень PWM на выводе 3 с пикового 5 В до пикового 10 В, это становится обязательным, поскольку для регулирования используется МОП-транзистор, а МОП-транзисторы не реагируют оптимально с напряжениями затвора ниже 9 В.
Показанный каскад повышения напряжения затвора МОП-транзистора может также применяться с выходами ШИМ, которые могут быть получены от платы Arduino или других микроконтроллеров.
О компании Swagatam
Я инженер-электронщик (dipIETE), любитель, изобретатель, разработчик схем / печатных плат, производитель. Я также являюсь основателем веб-сайта: https://www.homemade-circuits.com/, где я люблю делиться своими инновационными идеями и руководствами по схемам.
Если у вас есть какой-либо вопрос, связанный со схемой, вы можете взаимодействовать с ним через комментарии, я буду очень рад помочь!
для предотвращения высокого потребления при включении питания
В сообщении объясняется эффективная схема плавного пуска двигателя с ШИМ, которая может использоваться для включения тяжелых двигателей с плавным пуском и, таким образом, предотвращения потребления оборудования опасными высокими токами.
Почему плавный пуск
Двигатели высокой мощности, такие как двигатели насосов или другие виды двигателей тяжелой промышленности, имеют тенденцию потреблять большой ток во время их первоначального включения питания, что, в свою очередь, влияет на соответствующие предохранители и переключатели, вызывая их либо перегорание, либо деградировать сверхурочно.Чтобы исправить ситуацию, крайне необходима схема плавного пуска.
В нескольких из моих предыдущих статей мы обсуждали связанные темы, которые вы можете подробно изучить в следующих сообщениях:
Схема плавного пуска для двигателей насосов
Схема плавного пуска для холодильников
Хотя приведенные выше конструкции весьма полезны , с их подходом их можно считать слегка низкотехнологичными.
В этой статье мы увидим, как этот процесс может быть реализован с использованием очень сложной схемы контроллера плавного пуска двигателя на основе ШИМ.
Использование концепции ШИМ
Идея состоит в том, чтобы применять постепенно увеличивающуюся ШИМ к двигателю каждый раз, когда он включается, это действие позволяет двигателю достигать линейно возрастающей скорости от нуля до максимума в течение установленного периода времени, что может быть регулируемым.
Примечание. Используйте конфигурацию Darlington BC547 на выводе № 5 IC2 вместо одного BC547. Это обеспечит более эффективный отклик по сравнению с одним BC547
Пример схемы для регулируемого контроллера мотора 48 В с плавным пуском
## ПОЖАЛУЙСТА, ПОДКЛЮЧИТЕ 1К ОТ КОНТАКТА 5 IC2 К ЗАЗЕМЛЕНИЮ, КОТОРАЯ НЕПРАВИЛЬНО НЕ ПОКАЗАНА В ВЫШЕ ДИЗАЙНЕ ##Как это работает
Как показано на рисунке выше, получение ШИМ с линейным приращением достигается с помощью двух ИС 555, настроенных в их стандартном режиме ШИМ.
Я уже подробно обсуждал эту концепцию в одной из своих предыдущих статей, объясняющих, как использовать IC 555 для генерации ШИМ.
Как видно из схемы, в конфигурации используются две микросхемы 555, причем IC1 подключен как нестабильный, а IC2 — как компаратор.
IC1 генерирует необходимые тактовые сигналы с заданной частотой (определяемой значениями R1 и C2), которые поступают на вывод № 2 IC2.
IC2 использует тактовый сигнал для генерации треугольных волн на своем выводе №7, так что их можно сравнить с потенциалом, доступным на его выводе управляющего напряжения №5.
Контакт № 5 получает необходимое управляющее напряжение через каскад эмиттерного повторителя NPN, созданный с помощью T2 и связанных компонентов.
При включении питания на T2 подается линейное или постепенно увеличивающееся напряжение на его базе через R9, а также из-за пропорциональной зарядки C5.
Этот линейный потенциал соответствующим образом дублируется на эмиттере T2 по отношению к напряжению питания на его коллекторе, что означает, что базовые данные преобразуются в постепенно увеличивающийся потенциал в диапазоне от нуля до почти уровня напряжения питания.
Это нарастающее напряжение на выводе № 5 IC 2 мгновенно сравнивается с имеющейся треугольной волной на выводе № 7 IC2, которая преобразуется в линейно нарастающий ШИМ на выводе № 3 IC2.
Процесс линейного увеличения ШИМ продолжается до тех пор, пока C5 не будет полностью заряжен и база T2 не достигнет стабильного уровня напряжения.
Приведенная выше конструкция обеспечивает генерацию ШИМ при каждом включении питания.
Видеоклип:
В следующем видео показан практический результат тестирования вышеуказанной схемы ШИМ, реализованной на двигателе 24 В постоянного тока.На видео показана реакция регулятора PWM цепи на двигателе, а также реакция светодиода дополнительного индикатора батареи, когда двигатель включен и выключен.
Интеграция контроллера симистора с переходом через ноль
Для реализации эффекта схемы плавного пуска двигателя с ШИМ выходной сигнал от контакта № 3 IC2 необходимо подать на схему драйвера питания симистора, как показано ниже:
На изображении выше показано, как включение ШИМ-управления плавным пуском может быть реализовано на тяжелых двигателях по назначению.
На изображении выше мы видим, как изоляторы драйвера симистора с детектором пересечения нуля могут использоваться для управления двигателями с линейно увеличивающимися ШИМ для выполнения эффекта плавного пуска.
Вышеупомянутая концепция эффективно обеспечивает защиту от перегрузки по току при запуске однофазных двигателей.
Однако в случае использования трехфазного двигателя, следующая идея может быть использована для реализации предлагаемого трехфазного плавного пуска двигателей.
О компании Swagatam
Я инженер-электронщик (dipIETE), любитель, изобретатель, разработчик схем / печатных плат, производитель.Я также являюсь основателем веб-сайта: https://www.homemade-circuits.com/, где я люблю делиться своими инновационными идеями и руководствами по схемам.
Если у вас есть вопросы, связанные со схемой, вы можете взаимодействовать с ними через комментарии, я буду очень рад помочь!
Что такое ШИМ: широтно-импульсная модуляция
Инверторы, преобразователи, схемы SMPS и контроллеры скорости …. Одна вещь, которая является общей для всех этих схем, состоит в том, что они состоят из множества электронных переключателей внутри. Эти переключатели представляют собой не что иное, как силовые электронные устройства, такие как MOSFET, IGBT, TRIAC и т. Д. Для управления такими силовыми электронными переключателями мы обычно используем так называемые сигналы PWM (широтно-импульсная модуляция). Помимо этого, сигналы PWM также используются для управления серводвигателями, а также для других простых задач, таких как управление яркостью светодиода.
В нашей предыдущей статье мы узнали об АЦП, в то время как АЦП используется для чтения аналоговых сигналов цифровым устройством, таким как микроконтроллер. ШИМ можно рассматривать как полную противоположность ему, ШИМ используется для создания аналоговых сигналов от цифрового устройства, такого как микроконтроллер . В этой статье мы узнаем о , что такое ШИМ , сигналы ШИМ и некоторые параметры, связанные с ними, так что мы будем уверены в их использовании в наших проектах.
Что такое ШИМ (широтно-импульсная модуляция)?
PWM означает широтно-импульсную модуляцию; мы рассмотрим причину такого названия позже.Но пока понимайте ШИМ как тип сигнала, который может быть произведен цифровой ИС, такой как микроконтроллер или таймер 555. Созданный таким образом сигнал будет иметь последовательность импульсов, и эти импульсы будут иметь форму прямоугольной волны. То есть в любой данный момент времени волна будет либо высокой, либо низкой. Для простоты понимания давайте рассмотрим сигнал ШИМ 5 В, в этом случае сигнал ШИМ будет либо 5 В (высокий), либо на уровне земли 0 В (низкий). Продолжительность, в течение которой сигналы остаются на высоком уровне, называется « , время включения », а продолжительность, в течение которой сигнал остается на низком уровне, называется « , время отключения ».
Для сигнала ШИМ нам нужно посмотреть на два важных параметра, связанных с ним: один — это рабочий цикл ШИМ, а другой — частота ШИМ.
Рабочий цикл ШИМ
Как было сказано ранее, сигнал ШИМ остается включенным в течение определенного времени, а затем остается выключенным в течение остального периода. Что делает этот сигнал ШИМ особенным и более полезным, так это то, что мы можем установить, как долго он должен оставаться включенным, контролируя рабочий цикл сигнала ШИМ.
Процент времени, в течение которого сигнал ШИМ остается ВЫСОКИМ (по времени), называется рабочим циклом.Если сигнал всегда включен, это 100% рабочий цикл, а если он всегда выключен, это 0% рабочего цикла. Формулы для расчета рабочего цикла показаны ниже.
Рабочий цикл = время включения / (время включения + время выключения)
Следующее изображение представляет сигнал ШИМ с рабочим циклом 50%. Как вы можете видеть, учитывая весь период времени (время включения + время выключения), сигнал ШИМ остается включенным только в течение 50% периода времени.
Регулируя рабочий цикл от 0% до 100%, мы можем управлять « on time » ШИМ-сигнала и, следовательно, шириной сигнала.Поскольку мы можем модулировать ширину импульса, он получил свое культовое название « Широтно-импульсная модуляция ».
Частота ШИМ
Частота сигнала ШИМ определяет, насколько быстро ШИМ завершает один период. Один период — это полное время включения и выключения сигнала ШИМ, как показано на рисунке выше. Формулы для расчета частоты приведены ниже
.Частота = 1 / Период времени Период времени = Время включения + Время выключения
Обычно сигналы ШИМ, генерируемые микроконтроллером, составляют около 500 Гц, такие высокие частоты будут использоваться в высокоскоростных коммутационных устройствах, таких как инверторы или преобразователи.Но не все приложения требуют высокой частоты. Например, для управления серводвигателем нам необходимо генерировать сигналы ШИМ с частотой 50 Гц, поэтому частота сигнала ШИМ также может контролироваться программой для всех микроконтроллеров.
Некоторые часто возникающие вопросы по ШИМ
В чем разница между рабочим циклом и частотой сигнала ШИМ?
Часто путают рабочий цикл и частоту сигналов ШИМ.Как мы знаем, сигнал ШИМ представляет собой прямоугольную волну с определенным временем включения и выключения. Сумма времени включения и времени выключения называется одним периодом времени. Значение, обратное одному периоду времени, называется частотой. В то время как количество времени, в течение которого сигнал ШИМ должен оставаться включенным в один период времени, определяется рабочим циклом ШИМ.
Проще говоря, скорость включения и выключения сигнала ШИМ определяется параметром , частотой сигнала ШИМ, и на этой скорости, как долго сигнал ШИМ должен оставаться включенным, определяется рабочим циклом модуля ШИМ-сигнал .
Как преобразовать сигналы ШИМ в аналоговое напряжение?
Для простых приложений, таких как управление скоростью двигателя постоянного тока или регулировка яркости светодиода, нам необходимо преобразовать сигналы ШИМ в аналоговое напряжение. Это легко сделать с помощью RC-фильтра и обычно используется там, где требуется функция ЦАП. Схема для этого же показана ниже
На приведенном выше графике желтый цвет — это сигнал ШИМ, а синий — выходное аналоговое напряжение.Значение резистора R1 и конденсатора C1 можно рассчитать на основе частоты сигнала ШИМ, но обычно используются резистор 5,7 кОм или 10 кОм и конденсатор 0,1 или 1 мк.
Как рассчитать выходное напряжение сигнала ШИМ?
Выходное напряжение сигнала ШИМ после его преобразования в аналоговый будет в процентах от рабочего цикла. Например, если рабочее напряжение составляет 5 В, то сигнал ШИМ также будет иметь 5 В при высоком уровне. В таком случае для 100% рабочего цикла выходное напряжение будет 5 В, для 50% рабочего цикла будет 2.5В.
Выходное напряжение = Рабочий цикл (%) * 5
Примеры:
Ранее мы использовали ШИМ с различными микроконтроллерами во многих наших проектах:
Далее проверьте все проекты, связанные с ШИМ здесь.
.