Шим контроллер схема: , PWM . . . . , . . . .

Содержание

Из чего состоит импульсный блок питания часть 3. Инвертор блока питания. Из чего состоит инвертор импульсного блока питания

Что вообще такое — инвертор.
Данный узел предназначен для преобразования постоянного тока в переменный. В данном случае мы имеем на входе 310 Вольт постоянного тока, которые надо подать на трансформатор. Но так как трансформаторы не хотят работать на постоянном токе, то и нужен инвертор.

Инвертор состоит из двух основных узлов.
ШИМ контроллера.

А также выходных высоковольтных транзисторов. Попутно весьма кстати попал в кадр трансформатор управления этими транзисторами.

Впрочем инвертор может выглядеть заметно проще, например у известного блока питания.

Микросхема, жменька деталей, вот и весь ШИМ контроллер.

В данном случае схемотехника блока питания, а также его мощность заметно отличаются от предыдущего варианта, потому транзистор всего один.

Еще один вариант, слева конденсаторы входного фильтра, справа трансформатор, между ними инвертор.
Так как на силовом транзисторе выделяется значительная мощность, то чаще всего он устанавливается на радиатор.

Но давайте немного отвлечемся на историю, с чего собственно все начиналось. Возможно конечно начиналось не с этого, потому точнее будет сказать, с чего начинал я.

Как вы понимаете, раньше не было ШИМ контроллеров, а иногда и обычную «кренку» купить была проблема, но прогресс не стоял на месте и радиолюбители пытались заменить большие трансформаторы на импульсные блоки питания.
На схеме показан типичный автогенератор, но были схемы и с простой логикой в качестве генератора импульсов.

Тогда схемы подобных блоков питания часто встречались в журнале Радио в контексте усилителей мощности. Но мое знакомство было на примере блока питания для Синклера. Кстати на фото один из них, который я оставил себе на память 🙂
Правда вышеприведенная схема требовала подбора транзисторов и в моем случае сильно перегревалась.

Схема с автогенератором считается самой простой, в данном примере она даже не имеет стабилизации выходного напряжения.

При всем современном разнообразии микросхем показанная выше схема также нашла себя в современном мире, в качестве «электронного трансформатора» для галогенных ламп.

Правда постепенно такие лампы заменяют на светодиоды, но все равно электронные трансформаторы довольно популярны, в основном из-за свой простоты и дешевизны.

Уже через довольно большое время подобные схемы получили второе дыхание. Известная фирма International Rectifier выпустила весьма простую микросхему для электронного балласта люминесцентных ламп. Но выяснилось, что данная микросхема отлично работает в качестве задающей для импульсного БП. К ним относятся микросхемы IR2151, IR2153 и подобные.
Вообще некоторые радиолюбители делали и стабилизированные блоки питания на базе этой микросхемы, но работает это не всегда корректно.

По сути для этой микросхемы надо только несколько мелких деталей и пара полевиков, вот и вся схема инвертора. Именно с применением этой микросхемы я делал первичный блок питания для своего лабораторного.

Кстати, именно эту микросхему я рекомендую для питания усилителей мощности, как неприхотливую и довольно надежную. А также хочу сказать, что нерегулируемые БП лучше себя ведут в плане шумов.

Так выглядит трехканальный блок питания с мощностью в 300 Ватт и ШИМ регулировкой вентилятора. Более полная информация есть в обзоре лабораторника.

Также довольно часто можно встретить и однотактные блоки питания на основе автогенератора. Особенно часто они попадались в АТХ боках в качестве дежурки.

Также они могут попасться и в очень бюджетных зарядных для телефонов. Автогенератор является самым простым типом инвертора.

Хотя бывают и исключения, например блок питания довольно дорогого фирменного кондиционера также имел в своем составе автогенератор, правда сделан довольно качественно и имеет стабилизацию напряжения.

В следующий раз мне попались импульсные блоки питания в новых тогда телевизорах. После больших и тяжелых трансформаторов это был прогресс.

Схемотехника правда была жуткая, ремонтопригодность слабая, да и габарит я не назвал маленьким. На фото блок питания мощностью 80 Ватт.
Сначала они также делались по схеме с автогенератором, но потом начали ставить микросхему, правда особо ничего это не изменило.

Вот и подошли мы к теме более современных инверторов, так как на этом этапе блоки питания вышли на тот схемотехнический уровень, который мы сейчас наблюдаем в современных блоках.
Да, поднимали частоту, расширяли диапазон работы, мощность, но суть осталась той же что и была 30 лет назад. Правда так как тогда интегральные ШИМ контроллеры были слабо развиты, то делали их в виде сборок.

Впрочем и в современных блоках питания не стесняются применять такие вот унифицированные модули, по своему это даже удобно.

Типовая блок схема распространенных моделей инверторов состоит из пяти узлов.
1. Узел контроля напряжения питания, защита от работы при пониженном и повышенном напряжении.
2. Вспомогательное питания или цепь запуска.
3. Силовой элемент и датчик тока. Этот узел может заметно отличаться в зависимости от топологии блока питания.
4. Собственно ШИМ контроллер, мозги блока питания.
5. Узел основного питания ШИМ контроллера.

Рассмотрим как происходит запуск большинства блоков питания, эта информация может помочь в поиске неисправностей.
После того как подали высокое напряжение, оно через резистор попадает в цепь питания ШИМ контроллера.

Как только напряжение достигнет порога включения ШИМ контроллер запускается, питаясь в это время от конденсатора в цепи питания.

Если ваш блок питания не подает признаков жизни, проверьте, есть ли питание на входе ШИМ контроллера, иногда эти резисторы уходят в обрыв.

Затем ШИМ контроллер проверяет, в порядке ли питающее напряжение. Эта цепь есть далеко не у всех инверторов, потому если ее нет, то можно сразу перейти к следующему шагу.

Если с питанием все отлично, то контроллер начинает выдавать управляющие импульсы силовому транзистору. попутно при этом контролируется ток в цепи этого транзистора и если он превышен, то ШИМ контроллер переходит в режим защиты.

Если все нормально, то буквально после нескольких тактов на выходе цепи основного питания появляется рабочее напряжение, которое и питает контроллер. Кстати это один из узлов отказа, если питания нет, то блок питания будет работать в старт-стоп режиме.

Если все этапы запуска прошли корректно, то дальше вступает в дело ШИМ стабилизация. В данном случае я всегда сравниваю ее с бочкой, в которую мы порциями подаем воду и сливая ее через другой кран с разным напором. Задача контроллера поддерживать всегда один и тот же уровень воды в бочке при том, что вводной кран может быть только в двух состояниях, открыто и закрыто.

Кстати, многие видели на выходе блоков питания резистор, подключенный параллельно питанию, он нужен чтобы обеспечить некую минимальную нагрузку, так как блоку питания тяжело работать при очень малой ширине импульса.

Для примера ширина импульсов при небольшой нагрузке.

Если увеличить нагрузку, то ШИМ контроллер увеличит подачу энергии в трансформатор, а через него в нагрузку.

Даже если к примеру нагрузить блок питания на полную, то ширина импульсов не будет полной.

Запас необходим для компенсации снижения входного напряжения.

Если снизить входное напряжение еще больше, то ШИМ контроллер просто выставит максимальную ширину импульса. Кстати, ШИМ контроллеры блоков питания не формируют 100% заполнение, так как всегда необходимо «мертвое» время для защиты выходных транзисторов. В это время выходные транзисторы закрыты.

Для обратноходовых однотактных блоков питания, а именно они используются в качестве блоков питания небольшой мощности, максимальное заполнение составляет 50%.

Самым первым ШИМ контроллером, с которым я познакомился, была легендарная TL494. Микросхема очень старая, но так получилось, что у разработчика дешевый и очень универсальный контроллер и даже спустя много лет и при наличии современных решений он еще весьма широко применяется в блоках питания.
Выпускается она многими фирмами и иногда под разными названиями, например аналог от Самсунга называется КА7500.

На первый взгляд его внутреннее устройство может показаться довольно сложным, но на самом деле таковым не является.

Если немного упростить картинку, то будет примерно так:
1 и 2, стабилизатор питания и источник опорного напряжения.
3. Генератор импульсов, задает частоту работы контроллера.
4. Два компаратора, один обычно используется для стабилизации тока, второй — напряжения.
5. Задатчик мертвого времени, т.е. минимальной паузы между открытым состоянием выходов.
6. Узел сложения всех сигналов.
7. Триггер, который управляет выходными ключами и задает логику работы, двухтактный или однотактный режим. В некоторых аналогах этот триггер сбоил на частотах ниже 100 Гц, чем доставлял немало сюрпризов строителям повышающих инверторов в 220 Вольт.

Микросхема выполнена в корпусе с 16 выводами. Сама по себе надежна, но иногда в блоках питания АТХ, где ее питание идет от источника дежурного напряжения, выходит из строя после его ухода в разнос, когда высыхал конденсатор по выходу 5 Вольт. Пробивало стабилизатор опорного напряжения и на выходе БП запросто могло появиться высокое напряжение. Потому при проверке прежде всего смотреть наличие 5 Вольт на выводе 14.

В блоках питания АТ, а потом в распространенных китайских БП в кожухе она питается от своего же силового трансформатора. Запуск происходит за счет резисторов в базовых цепях силовых ключей. При включении они сначала входят в автогенераторный режим, на выходе трансформатора появляется небольшое напряжение, микросхема начинает работать и перехватывает управление на себя. Потому если БП не запускается, то в первую очередь проверяем резисторы выделенные на схеме резисторы.

Вторым, не менее легендарным ШИМ контроллером является семейство однотактных UC384х.
Думаю что вы могли из встречать раньше в блоках питания и преобразователях напряжения.

Внутреннее устройство весьма похоже на TL494, но немного отличается. Для начала у микросхемы только один выход, а не два.
Кроме того компараторы привязаны к определенному напряжению, заданному внутри микросхемы, а не универсальные.
Ну и конечно ключевая особенность, микротоковый старт. пока микросхема не начнет работать, он потребляет очень маленький ток, потому запустить ее можно прямо от входного напряжения через резистор, TL494 так не умеет.
Чтобы запуск проходил корректно, у микросхемы есть пороговая схема определяющая напряжение включения и выключения микросхемы. Существует два варианта, около 9 и 15 Вольт.
Кроме того микросхема может иметь 50 и 100% рабочий цикл, первая идет в блоки питания, вторая в преобразователи напряжения.
Так получается четыре варианта исполнения этого контроллера.

Микросхема выпускается в разных корпусах, но наиболее распространен корпус с восемью выводами.

Типовая схема блока питания с этой микросхемой выглядит примерно так.

Сейчас на рынке есть много блоков питания с другими микросхемами, но если посмотреть на их схему, то вы увидите очень много общего, все те же узлы и элементы. Отличия если и есть, то они минимальны.

Инверторы блоков питания могут иметь разную топологию, и об этом я обязательно расскажу отдельно, но большинство выполнено по схемотехнике флайбек или полумост, две верхние схемы на чертеже. Собственно все описанные сегодня блоки питания работают именно так.

Но вернемся к ШИМ контроллерам. Перед этим я описывал варианты, когда ШИМ контроллер отдельно, а силовой узел отдельно. но также получили распространение и полностью интегрированные контроллеры, например серии TOP от Power integrations где практически все собрано в одном корпусе.
Не так давно мне даже попалась подделка, причем что интересно, она слева, с лазерной маркировкой, справа оригинал.

Распространение они получили благодаря простейшей схемотехнике, где в простом варианте блок питания состоит буквально из нескольких деталей.

Потом появились более продвинутые контроллеры, где можно задавать напряжение включения и отключения, а также ограничение выходной мощности. Но при желании их можно перевести в трехвыводный режим, соединив выводы как было на фото раньше.
Но в любом случае данные контроллеры гораздо умнее и имеют комплекс защит от разных проблем, например они выдерживали напряжение более 300 Вольт по входу просто блокируя свою работу.

Но секрет их популярности был также и в удобной программе расчета, которую предоставлял производитель. Она позволяла рассчитать все, вплоть до укладки обмоток трансформатора. А при обнаружении проблем в расчетах, выдавала подсказки.

Производитель предоставлял варианты применения своих микросхем в виде примеров. Был даже вариант компьютерного блока питания, но как-то не пошло.

Зато в небольших блоках питания, например мониторов, он встречаются весьма часто.

Кроме того я и сам их очень активно использую уже наверное лет 15.

Китайские производители также не отстают, выпуская свои варианты подобных микросхем.

Которые довольно успешно применяют в небольших блоках питания

Кстати, при желании можно использовать ШИМ контроллеры и без обратной связи от выходного напряжения, используя обмотку питания самого контроллера. Схема упрощается, но стабильность конечно будет немного ниже чем при правильной обратной связи.

В общих чертах на этом все. Вообще мне иногда кажется, что чем больше я рассказываю, тем больше остается за кадром, что еще хотелось бы рассказать более подробно, но не успеваешь. Потому скорее всего будут еще выпуски по отдельным узлам и принципам работы.
Видео получилось слишком длинным, даже сам не ожидал, и это при том, что еще почти ничего не сказал за ключевые транзисторы и часть даже вырезал, наверное болтаю слишком много 🙁

Несколько ссылок, на полезные обзоры, которые упоминались в видео.
Неплохой модуль DC-DC ZXY6005S или лабораторный блок питания своими руками
12 Вольт 6-8 Ампер блок питания, который приятно удивил
12 Вольт 5 Ампер блок питания или как это могло быть сделано
DC-DC преобразователь, как это иногда бывает
S-180-12 180W 12V / 15A блок питания в непривычном формфакторе
36 Вольт 10 Ампер 360 Ватт или продолжаем изучать как устроены блоки питания + небольшой бонус
48 Вольт, 5 Ампер и 240 Ватт или блок питания который смог удивить
Блоки питания, маленькие и очень маленькие

Схема конвектора на шим контроллере

Микросхемы ШИМ-контроллера ka3842 или UC3842 (uc2842) является самой распространенной при построении блоков питания для бытовой и компьютерной техники, часто используется для управления ключевым транзистором в импульсных блоках питания.

Принцип работы микросхем ka3842, UC3842, UC2842

Микросхема 3842 или 2842 представляет собой ШИМ – Широтно-импульсная модуляция (ШИМ, англ. pulse-width modulation (PWM)) преобразователь, в основном применяется для работы в режиме DC-DC(преобразовывает постоянное напряжение одной величины в постоянное напряжение другой) преобразователя.

Рассмотрим структурную схему микросхем 3842 и 2842 серий:
На 7 вывод микросхемы подается напряжение питания в диапазоне от 16 Вольт до 34. Микросхема имеет встроенный триггер Шмидта (UVLO), который включает микросхему, если напряжение питания превышает 16 Вольт, и выключает если напряжение питания по каким-либо причинам станет ниже 10 Вольт. Микросхемы 3842 и 2842 серий также обладает защитой от перенапряжения: если напряжение питания превысит 34 Вольта, микросхема отключится. Для стабилизации частоты генерации импульсов микросхема имеет внутри свой собственный 5 вольтовый стабилизатор напряжения выход которого подключен к выводу 8 микросхемы. Вывод 5 масса (земля). На 4 выводе задается частота импульсов. Достигается это резистором RT и конденсатором CT подключенных к 4 выв. – смотрите типовую схему включения ниже.

6 вывод – выход ШИМ импульсов. 1 вывод микросхемы 3842 служит для обратной связи, если на 1 выв. напряжение занизить ниже 1 Вольта, то на выходе (6 выв.) микросхемы будет уменьшаться длительность импульсов, тем самым уменьшая мощность шим преобразователя. 2 вывод микросхемы, как и первый, служит для уменьшения длительности импульсов на выходе, если напряжение на выводе 2 выше +2,5 Вольт, то длительность импульсов уменьшится, что в свою очередь снизит выдаваемую мощность.

Микросхему с наименованием UC3842 кроме UNITRODE выпускают фирмы ST и TEXAS INSTRUMENTS, аналогами этой микросхемы являются: DBL3842 фирмы DAEWOO, SG3842 фирмы MICROSEMI/LINFINITY, KIA3842 фирмы КЕС, GL3842 фирмы LG, а также микросхемы других фирм с различными литерами (AS, МС, IP и др.) и цифровым индексом 3842.

Схема импульсного блок питания на базе ШИМ-контроллера UC3842

Принципиальная схема 60 Ваттного импулсного блока питания на базе ШИМ-контролера UC3842 и силовом ключе на полевом транзисторе 3N80.

Микросхема ШИМ-контроллера UC3842 – полный datasheet с возможностью скачать бесплатно в pdf формате или смотреть в онлайн справочнике по электронным компонентам на Времонт.su

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.

Обсудить статью СХЕМА ШИМ РЕГУЛЯТОРА

Подключение и согласование различных моделей цифровых фотоаппаратов к любым, в том числе и советским фотовспышкам.

Делаем простые самодельные колонки для мобильного телефона – описание, схема и фото.

Доставка из Китая светодиодных ламп и других товаров.

Список ВЧ транзисторов, подходящих для использования в схемах FM передатчиков.

Один из используемых подходов, позволяющих существенно сократить потери на нагревании силовых компонентов радиосхем, представляет собой использование переключательных режимов работы установок. При подобных системах электросиловой компонент или раскрыт – в это время на нем наблюдается фактически нулевое падение напряжения, или открыт – в это время на него подается нулевой ток. Рассеиваемую мощность можно вычислить, перемножив показатели силы тока и напряжения. В этом режиме получается достичь коэффициента полезного действия около 75-80% и более.

Что такое ШИМ?

Для получения на выходе сигнала требуемой формы силовой ключ должен открываться всего лишь на определенное время, пропорциональное вычисленным показателям выходного напряжения. В этом и заключается принцип широтно-импульсной модуляции (ШИМ, PWM). Далее сигнал такой формы, состоящий из импульсов, разнящихся по своей ширине, поступает в область фильтра на основе дросселя и конденсатора. После преобразования на выходе будет практически идеальный сигнал требуемой формы.

Область применения ШИМ не ограничивается импульсными источниками питания, стабилизаторами и преобразователями напряжения. Использование данного принципа при проектировании мощного усилителя звуковой частоты дает возможность существенно снизить потребление устройством электроэнергии, приводит к миниатюризации схемы и оптимизирует систему теплоотдачи. К недостаткам можно причислить посредственное качество сигнала на выходе.

Формирование ШИМ-сигналов

Создавать ШИМ-сигналы нужной формы достаточно трудно. Тем не менее индустрия сегодня может порадовать замечательными специальными микросхемами, известными как ШИМ-контроллеры. Они недорогие и целиком решают задачу формирования широтно-импульсного сигнала. Сориентироваться в устройстве подобных контроллеров и их использовании поможет ознакомление с их типичной конструкцией.

Стандартная схема контроллера ШИМ предполагает наличие следующих выходов:

  • Общий вывод (GND). Он реализуется в виде ножки, которая подключается к общему проводу схемы питания устройства.
  • Вывод питания (VC). Отвечает за электропитание схемы. Важно не спутать его с соседом с похожим названием – выводом VCC.
  • Вывод контроля питания (VCC). Как правило, чип контроллера ШИМ принимает на себя руководство силовыми транзисторами (биполярными либо полевыми). В случае если напряжение на выходе снизится, транзисторы станут открываться лишь частично, а не целиком. Стремительно нагреваясь, они в скором времени выйдут из строя, не справившись с нагрузкой. Для того чтобы исключить такую возможность, необходимо следить за показателями напряжения питания на входе микросхемы и не допускать превышения расчетной отметки. Если напряжение на данном выводе опускается ниже установленного специально для этого контроллера, управляющее устройство отключается. Как правило, данную ножку соединяют напрямую с выводом VC.

Выходное управляющее напряжение (OUT)

Количество выводов микросхемы определяется её конструкцией и принципом работы. Не всегда удается сразу разобраться в сложных терминах, но попробуем выделить суть. Существуют микросхемы на 2-х выводах, управляющие двухтактными (двухплечевыми) каскадами (примеры: мост, полумост, 2-тактный обратный преобразователь). Существуют и аналоги ШИМ-контроллеров для управления однотактными (одноплечевыми) каскадами (примеры: прямой/обратный, повышающий/понижающий, инвертирующий).

Помимо этого, выходной каскад может быть по строению одно- и двухтактным. Двухтактный используется в основном для управления полевым транзистором, зависящим от напряжения. Для быстрого закрытия необходимо добиться быстрой разрядки емкостей «затвор – исток» и «затвор – сток». Для этого как раз и используется двухтактный выходной каскад контроллера, задачей которого является обеспечение замыкание выхода на общий кабель, если требуется закрыть полевой транзистор.

Для контроля над биполярным транзистором двухтактный каскад не используется, так как управление осуществляется с помощью тока, а не напряжения. Для закрытия биполярного транзистора достаточно всего лишь прекратить протекание тока через базу. При этом замыкание базы на общий провод необязательно.

Ещё о функциях контроллеров ШИМ

Задумав спроектировать контроллер ШИМ своими руками, необходимо как следует продумать все детали его реализации. Только так можно создать работающее устройство. Кроме вышеуказанных выходов, работа ШИМ-контроллера подразумевает наличие следующих функций:

  • Опорное напряжение (VREF). Фабричные изделия для удобства обычно дополняются функцией выработки стабильного опорного напряжения. Специалисты заводов-изготовителей рекомендуют соединять данный вывод с общим проводом через емкость не менее 1 мкФ для повышения качества и возможности стабилизации опорного напряжения.

  • Ограничение тока (ILIM). Если показатели напряжения на данном выводе существенно превышают установленное (как правило, около 1 В), то контроллер автоматически закрывает силовые ключи. В случаях, когда показатель напряжения превышает второе пороговое значение (в пределах 1,5-2 В), устройство тут же обнуляет напряжение на подключении к мягкому старту.
  • Мягкий старт (SS). Показатель напряжения на данном выходе определяет максимально допустимую ширину будущих модулируемых импульсов. На данный вывод подает ток установленной величины. Если между ним и всеобщим кабелем вмонтировать дополнительную емкость, то она будет медленно, но уверенно заряжаться, что приведет к постепенному расширению каждого импульса от минимума вплоть до окончательного расчетного значения. Благодаря этому можно обеспечить плавное, а не стремительное нарастание величин тока и напряжения в общей схеме устройства, благодаря чему такая система и заслужила свое название «мягкий старт». При этом, если специально ввести ограничение по напряжению на данном выводе, допустим, подключив делитель напряжения и систему диодов, можно и вовсе ограничить превышение импульсами некоего задаваемого значения ширины.

Частота работы устройств, синхронизация

Микросхемы ШИМ-контроллеров могут применяться для различных целей. Чтобы отладить их совместную работу с другими элементами устройства, следует разобраться, как устанавливать те или иные параметры работы контроллера и какие компоненты цепи за это отвечают.

  • Резистор и емкость, задающие частоту работы всего устройства (RT, CT). Каждый контроллер может работать лишь на определенно заданной частоте. Каждый из импульсов следует лишь с этой частотой. Устройство может менять длительность импульсов, их форму и протяженность, но только не частоту. На практике это означает, что чем меньше протяженность импульса, тем длительнее пауза между ним и следующим. При этом частота следования всегда неизменна. Емкость, подключенная между ножкой CT и общим кабелем, и резистор, подключенный к выходу RT и общему кабелю, в комбинации могут задавать частоту, на которой будет работать контроллер.

  • Синхроимпульсы (CLOCK). Весьма распространены случаи, в которых требуется отладить работу нескольких контроллеров так, чтобы выходные сигналы формировались синхронно. Для этого к одному из контроллеров (как правило, ведущему) требуется подключить частотозадающие емкость и резистор. На выходе CLOCK контроллера сразу же появятся короткие импульсы, соответствующие напряжению, которые подаются на аналогичные выходы всей группы устройств. Их принято называть ведомыми. Выводы RT таких контроллеров следует объединить с ножками VREF, а CT – с общим кабелем.
  • Напряжение сравнения (RAMP). На этот вывод следует подавать сигнал пилообразной формы (напряжение). При возникновении синхроимпульса на выходе устройства образуется открывающее контрольное напряжение. После того как показатель напряжения на RAMP становится больше в несколько раз, чем величина выходного напряжения на усилителе ошибки, на выходе можно наблюдать импульсы, отвечающие закрывающему напряжению. Длительность импульса может рассчитывать от момента возникновения синхроимпульса вплоть до момента многократного превышения показателя напряжения на RAMP над величиной выходного напряжения усилителя ошибки.

ШИМ-контроллеры в составе блоков питания

Блок питания является неотъемлемым элементом большинства современных девайсов. Срок его эксплуатации практически ничем не ограничен, но от его исправности во многом зависит безопасность работы подконтрольного устройства. Спроектировать блок питания можно и своими руками, изучив принцип его действия. Основная цель – формирование нужной величины напряжения питания, обеспечение её стабильности. Для большинства мощных устройств гальванической развязки, основанной на действии трансформатора, будет недостаточно, да и подобранный элемент явно удивит пользователей своими габаритами.

Увеличение частоты тока питания позволяет существенно уменьшить размеры используемых компонентов, что обеспечивает популярность блоков питания, работающих на частотных преобразователях. Один из самых простых вариантов реализации питающих элементов – блок-схема, состоящая из прямого и обратного преобразователей, генератора и трансформатора. Несмотря на видимую простоту реализации таких схем, на практике они демонстрируют больше недочетов, чем преимуществ. Большинство получаемых показателей стремительно изменяются под влиянием скачков напряжения питания, при загрузке выхода преобразователя и даже при увеличении температуры окружающей среды. ШИМ-контроллеры для блоков питания дают возможность стабилизировать схему, а также воплотить множество дополнительных функций.

Составляющие схемы блоков питания с ШИМ-контроллерами

Типовая схема состоит из генератора импульсов, в основе которого лежит ШИМ-контроллер. Широтно-импульсная модуляция дает возможность собственноручно контролировать амплитуду сигнала на выходе ФНЧ, изменяя при необходимости длительность импульса или его скважность. Сильная сторона ШИМ – высокий КПД усилителей мощности, в особенности звука, что в целом обеспечивает устройствам довольно обширную сферу применения.

ШИМ-контроллеры для блоков питания могут использоваться в схемах с различными мощностями. Для реализации относительно маломощных схем необязательно включать в их состав большое число элементов – в качестве ключа может выступать обычный полевой транзистор.

ШИМ-контроллеры для источников питания большой мощности могут иметь также элементы управления выходным ключом (драйверы). В качестве выходных ключей рекомендуется использовать IGBT-транзисторы.

Основные проблемы ШИМ-преобразователей

При работе любого устройства полностью исключить вероятность поломки невозможно, и преобразователей это тоже касается. Сложность конструкции при этом не имеет значения, проблемы в эксплуатации может вызвать даже известный ШИМ-контроллер TL494. Неисправности имеют различную природу – некоторые из них можно выявить на глаз, а для обнаружения других требуется специальное измерительное оборудование.

Чтобы узнать, как проверить ШИМ-контроллер, следует ознакомится со списком основных неисправностей приборов, а лишь позже – с вариантами их устранения.

Диагностика неисправностей

Одна из часто встречающихся проблем – пробой ключевых транзисторов. Результаты можно увидеть не только при попытке запуска устройства, но и при его обследовании с помощью мультиметра.

Кроме того, существуют и другие неисправности, которые несколько сложнее обнаружить. Перед тем как проверить ШИМ-контроллер непосредственно, можно рассмотреть самые распространенные случаи поломок. К примеру:

  • Контроллер глохнет после старта – обрыв петли ОС, перепад по току, проблемы с конденсатором на выходе фильтра (если таковой имеется), драйвером; возможно, разладилось управление ШИМ-контроллером. Надо осмотреть устройство на предмет сколов и деформаций, замерить показатели нагрузки и сравнить их с типовыми.
  • ШИМ-контроллер не стартует – отсутствует одно из входных напряжений или устройство неисправно. Может помочь осмотр и замер выходного напряжения, в крайнем случае, замена на заведомо рабочий аналог.
  • Напряжение на выходе отличается от номинального – проблемы с петлей ООС или с контроллером.
  • После старта ШИМ на БП уходит в защиту при отсутствии КЗ на ключах – некорректная работа ШИМ или драйверов.
  • Нестабильная работа платы, наличие странных звуков – обрыв петли ООС или цепочки RC, деградация емкости фильтра.

В заключение

Универсальные и многофункциональные ШИМ-контроллеры сейчас можно встретить практически везде. Они служат не только в качестве неотъемлемой составляющей блоков питания большинства современных устройств – типовых компьютеров и других повседневных девайсов. На основе контроллеров разрабатываются новые технологии, позволяющие существенно сократить расход ресурсов во многих отраслях человеческой деятельности. Владельцам частных домов пригодятся контроллеры заряда аккумуляторов от фотоэлектрических батарей, основанные на принципе широтно-импульсной модуляции тока заряда.

Высокий коэффициент полезного действия делает разработку новых устройств, действие которых основывается на принципе ШИМ, весьма перспективной. Вторичные источники питания – вовсе не единственное направление деятельности.

САМОДЕЛЬНЫЕ КОЛОНКИ ДЛЯ ТЕЛЕФОНА
ПОКУПКА КИТАЙСКИХ СВЕТОДИОДНЫХ ЛАМП
ТРАНЗИСТОРЫ ДЛЯ РАДИОЖУЧКОВ

схема, принцип работы, управление Управление шим сигналом

Широтно-импульсная модуляция (ШИМ, англ. Pulse-width modulation (PWM) ) — приближение желаемого сигнала (многоуровневого или непрерывного) к действительным бинарным сигналам (с двумя уровнями — вкл /выкл ), так, что, в среднем, за некоторый отрезок времени, их значения равны. Формально, это можно записать так:

,

где x (t ) — желаемый входной сигнал в пределе от t1 до t2 , а ∆T i — продолжительность i -го ШИМ импульса, каждого с амплитудой A . ∆T i подбирается таким образом, что суммарные площади (энергии) обеих величин приблизительно равны за достаточно продолжительный промежуток времени, равны также и средние значения величин за период:

.

Управляемыми «уровнями», как правило, являются параметры питания силовой установки, например, напряжение импульсных преобразователей /регуляторов постоянного напряжения/ или скорость электродвигателя. Для импульсных источников x (t ) = U const стабилизации.

Основной причиной внедрения ШИМ является сложность обеспечения произвольным Напряжение_(электрическое). Есть некое базовое постоянное напряжение питания (в сети, от аккумуляторов и пр.) и на его основе нужно получить более низкое произвольное и уже им запитывать электродвигатели или иное оборудование. Самый простой вариант — делитель напряжения , но он обладает пониженным КПД, повышенным выделением тепла и расходом энергии. Другой вариант — транзисторная схема. Она позволяет регулировать напряжение без использования механики. Проблема в том, что транзисторы греются больше всего в полуоткрытом состоянии (50%). И если с таким КПД ещё «можно жить», то выделение тепла, особенно в промышленных масштабах сводит всю идею на нет. Именно поэтому было решено использовать транзисторную схему, но только в пограничных состояниях (вкл/выкл), а полученный выход сглаживать LC-цепочкой (фильтром) при необходимости. Такой подход весьма энергоэффективен. ШИМ широко применяется повсеместно. Если вы читаете эту статью на LCD-мониторе (телефоне/КПК/… с LCD-подсветкой), то яркость подсветки регулируется ШИМ. На старых мониторах можно убавить яркость и услышать как ШИМ начинает пищать (очень тихий писк частотой в несколько килогерц). Так же «пищат» плавно мигающие LED-лампочки, например, в ноутбуках. Очень хорошо слышно пищание ШИМ по ночам в тишине.

В качестве ШИМ можно использовать даже COM-порт. Т.к. 0 передаётся как 0 0000 0000 1 (8 бит данных + старт/стоп), а 255 как 0 1111 1111 1, то диапазон выходных напряжений — 10-90% с шагом в 10%.

ШИП — широтно-импульсный преобразователь, генерирующий ШИМ-сигнал по заданному значению управляющего напряжения. Основное достоинство ШИП — высокий КПД его усилителей мощности, который достигается за счёт использования их исключительно в ключевом режиме. Это значительно уменьшает выделение мощности на силовом преобразователе (СП).

Применение

ШИМ использует транзисторы (могут быть и др. элементы) не в линейном, а в ключевом режиме, то есть транзистор всё время или разомкнут (выключен), или замкнут (находится в состоянии насыщения). В первом случае транзистор имеет почти бесконечное сопротивление, поэтому ток в цепи почти не течёт, и, хотя всё напряжение питания падает на транзисторе, то есть КПД=0 %, в абсолютном выражении выделяемая на транзисторе мощность равна нулю. Во втором случае сопротивление транзистора крайне мало, и, следовательно, падение напряжения на нём близко к нулю — выделяемая мощность так же мала.

Принцип работы ШИМ

ШИМ есть импульсный сигнал постоянной частоты и переменной скважности , то есть отношения периода следования импульса к его длительности. С помощью задания скважности (длительности импульсов) можно менять среднее напряжение на выходе ШИМ .

Генерируется аналоговым компаратором , на отрицательный вход которого подаётся опорный сигнал в виде «пилы» или «треугольника», а на положительный — собственно сам модулируемый непрерывный аналоговый сигнал. Частота импульсов соответствует частоте «зубьев» пилы. Ту часть периода, когда входной сигнал выше опорного, на выходе получается единица, ниже — нуль.

В цифровой технике, выходы которой могут принимать только одно из двух значений, приближение желаемого среднего уровня выхода при помощи ШИМ является совершенно естественным. Схема настолько же проста: пилообразный сигнал генерируется N -битным счётчиком. Цифровые устройства (ЦШИП) работают на фиксированной частоте, обычно намного превышающей реакцию управляемых установок (передискретизация ). В периоды между фронтами тактовых импульсов, выход ЦШИП остаётся стабильным, на нём действует либо низкий уровень либо высокий, в зависимости от выхода цифрового компаратора, сравнивающего значение счётчика с уровнем приближаемого цифрового сигнала V (n ). Выход за много тактов можно трактовать как череду импульсов с двумя возможными значениями 0 и 1, сменяющими друг-друга каждый такт Т . Частота появления единичных импульсов получается пропорциональной уровню приближаемого сигнала ~V (n ). Единицы, следующие одна за другой, формируют контур одного, более широкого импульса. Длительности полученных импульсов переменной ширины ~V (n ), кратны периоду тактирования T , а частота равна 1/(T *2 N ). Низкая частота означает длительные, относительно T , периоды постоянства сигнала одного уровня, что даёт невысокую равномерность распределения импульсов.

Описанная цифровая схема генерации подпадает под определение однобитной (двухуровневой) импульсно-кодовой модуляции (ИКМ ). 1-битную ИКМ можно рассматривать в терминах ШИМ как серию импульсов частотой 1/T и шириной 0 либо T . Добиться усреднения за менее короткий промежуток времени позволяет имеющаяся передискретизация. Высоким качеством обладает такая разновидность однобитной ИКМ, как импульсно-плотностная модуляция (pulse density modulation ), которая ещё именуется импульсно-частотной модуляцией .

Восстанавливается непрерывный аналоговый сигнал арифметическим усреднением импульсов за много периодов при помощи простейшего фильтра низких частот. Хотя обычно даже этого не требуется, так как электромеханические составляющие привода обладают индуктивностью, а объект управления (ОУ) — инерцией, импульсы с выхода ШИП сглаживаются и ОУ, при достаточной частоте ШИМ-сигнала, ведёт себя как при управлении обычным аналоговым сигналом.

См. также

  • Векторная модуляция — векторная широтно-импульсная модуляция, используемая в силовой электронике.
  • SACD — формат аудиодисков, использующий широтно-импульсную модуляцию звукового сигнала.
  • 1.4. Тиристоры
  • 1.4.1. Принцип действия тиристора
  • 1.4.2. Статические вольт-амперные характеристики тиристора
  • 1.4.3. Динамические характеристики тиристора
  • 1.4.4. Типы тиристоров
  • 1.4.5. Запираемые тиристоры
  • 2. Схемы управления электронными ключами
  • 2.1. Общие сведения о схемах управления
  • 2.2. Формирователи импульсов управления
  • 2.3. Драйверы управления мощными транзисторами
  • 3. Пассивные компоненты и охладители силовых электронных приборов
  • 3.1. Электромагнитные компоненты
  • 3.1.1. Гистерезис
  • 3.1.2. Потери в магнитопроводе
  • 3.1.3. Сопротивление магнитному потоку
  • 3.1.4. Современные магнитные материалы
  • 3.1.5. Потери в обмотках
  • 3.2. Конденсаторы для силовой электроники
  • 3.2.1. Конденсаторы семейства мку
  • 3.2.2. Алюминиевые электролитические конденсаторы
  • 3.2.3. Танталовые конденсаторы
  • 3.2.4. Пленочные конденсаторы
  • 3.2.5. Керамические конденсаторы
  • 3.3. Теплоотвод в силовых электронных приборах
  • 3.3.1. Тепловые режимы работы силовых электронных ключей
  • 3.3.2. Охлаждение силовых электронных ключей
  • 4. Принципы управления силовыми электронными ключами
  • 4.1. Общие сведения
  • 4.2. Фазовое управление
  • 4.3. Импульсная модуляция
  • 4.4. Микропроцессорные системы управления
  • 5. Преобразователи и регуляторы напряжения
  • 5.1. Основные виды устройств преобразовательной техники. Основные виды устройств силовой электроники символически изображены на рис. 5.1.
  • 5.2. Трехфазные выпрямители
  • 5.3. Эквивалентные многофазные схемы
  • 5.4. Управляемые выпрямители
  • 5.5. Особенности работы полууправляемого выпрямителя
  • 5.6. Коммутационные процессы в выпрямителях
  • 6. Импульсные преобразователи и регуляторы напряжения
  • 6.1. Импульсный регулятор напряжения
  • 6.1.1. Импульсный регулятор с шим
  • 6.1.2. Импульсный ключевой регулятор
  • 6.2. Импульсные регуляторы на основе дросселя
  • 6.2.2. Преобразователь с повышением напряжения
  • 6.2.3. Инвертирующий преобразователь
  • 6.3. Другие разновидности преобразователей
  • 7. Инверторы преобразователей частоты
  • 7.1. Общие сведения
  • 7.2. Инверторы напряжения
  • 7.2.1. Автономные однофазные инверторы
  • 7.2.2. Однофазные полумостовые инверторы напряжения
  • 7.3. Трёхфазные автономные инверторы
  • 8. Широтно-импульсная модуляция в преобразователях
  • 8.1. Общие сведения
  • 8.2. Традиционные методы шим в автономных инверторах
  • 8.2.1. Инверторы напряжения
  • 8.2.2. Трехфазный инвертор напряжения
  • 8.3. Инверторы тока
  • 8.4. Модуляция пространственного вектора
  • 8.5. Модуляция в преобразователях переменного и постоянного тока
  • 8.5.1. Инвертирование
  • 8.5.2. Выпрямление
  • 9. Преобразователи с сетевой коммутацией
  • 10. Преобразователи частоты
  • 10.1. Преобразователь с непосредственной связью
  • 10.2. Преобразователи с промежуточным звеном
  • 10.3.1. Двухтрансформаторная схема
  • 10.3.3. Схема каскадных преобразователей
  • 11. Резонансные преобразователи
  • 11.2. Преобразователи с резонансным контуром
  • 11.2.1. Преобразователи с последовательным соединением элементов резонансного контура и нагрузки
  • 11.2.2. Преобразователи с параллельным соединением нагрузки
  • 11.3. Инверторы с параллельно-последовательным резонансным контуром
  • 11.4. Преобразователи класса е
  • 11.5. Инверторы с коммутацией в нуле напряжения
  • 12. Нормативы на показатели качества электрической энергии
  • 12.1. Общие сведения
  • 12.2. Коэффициент мощности и кпд выпрямителей
  • 12.3. Улучшение коэффициента мощности управляемых выпрямителей
  • 12.4. Корректор коэффициента мощности
  • 13. Регуляторы переменного напряжения
  • 13.1. Регуляторы напряжения переменного тока на тиристорах
  • 13.2. Регуляторы напряжения переменного тока на транзисторах
  • Вопросы для самоконтроля
  • 14. Новые методы управления люминесцентными лампами
  • Вопросы для самоконтроля
  • Заключение
  • Библиографический список
  • 620144, Г. Екатеринбург, Куйбышева,30
  • 8.1. Общие сведения

    Принципы импульсного управления и модуляции рассмотрены в гл. 4 на при­мере простейшей схемы регулятора постоянного тока. При этом даны определе­ния основных видов импульсной модуляции, используемых в теории линейных импульсных систем, которые соответствуют практике управления импульсными преобразователями постоянного тока.

    Однако широтно-импульсная модуляция напряжений или токов в преобразова­телях переменного тока имеет в силовой электронике несколько иное определе­ние, учитывающее особенности ШИМ при решении задач преобразования элект­роэнергии на переменном токе. Согласно определению МЭК 551-16-30, широтно- импульсной модуляцией называется импульсное управление, при котором ширина или частота импульсов или и та и другая модулируются в пределах периода основ­ной частоты для того, чтобы создать определенную форму кривой выходного напряжения. В большинстве случаев ШИМ осуществляется в целях обеспечения синусоидальности напряжения или тока, т. е. снижения уровня высших гармоник относительно основной (первой) гармоники, и называется синусоидальной. Разли­чают следующие основные методы обеспечения синусоидальности: аналоговая ШИМ и ее модификации; избирательное (селективное) подавление высших гармоник; гистерезисная или дельта-модуляция;

    модуляция пространственного вектора.

    Классическим вариантом организации аналоговой синусоидальной ШИМ явля­ется изменение ширины импульсов, формирующих выходное напряжение (ток) посредством сравнения сигнала напряжения заданной формы, называемого опор­ным или эталонным, с сигналом напряжения треугольной формы, имеющим более высокую частоту и называемым несущим сигналом. Опорный сигнал является модулирующим и определяющим требуемую форму выходного напряжения (тока). Существует много модификаций этого метода, в которых модулирующие сигналы представлены специальными функциями, отличными от синусоиды. В конспекте лекций будет рассмотрено несколько основных схем поясняющих эти методы ШИМ.

    Метод избирательного подавления высших гармоник в настоящее время успешно реализуется средствами микропроцессорных контроллеров на основе программного обеспечения. Гистерезисная модуляция основана на принципах релейного «слежения» за опорным сигналом, например, синусоидальной формы. В простейшем техниче­ском исполнении этот метод сочетает принципы ШИМ и ЧИМ (частотно-импульсной модуляции). Однако посредством специальных схемотехнических мер можно стабилизировать частоту модуляции или ограничить диапазон ее изменения.

    Метод модуляции пространственного вектора основан на преобразовании трехфазной системы напряжения в двухфазную и получении обобщенного про­странственного вектора. Величина этого вектора рассчитывается в моменты, определяемые основной и модулирующей частотами. Он считается весьма пер­спективным для управления трехфазными инверторами, в частности, при исполь­зовании их в электроприводе. В то же время он во многом сходен с традиционной синусоидальной ШИМ.

    Системы управления на основе ШИМ позволяют не только обеспечить синусо­идальную форму усредненных значений основной гармоники напряжения или тока, но и управлять значениями ее амплитуды, частоты и фазы. Так как в этих случаях в преобразователе используются полностью управляемые ключи, то становится возможным реализовать работу преобразователей переменного (постоянного) тока совместно с сетью переменного тока во всех четырех квадрантах в режимах как выпрямления, так и инвертирования с любым заданным значением коэффициента мощности основной гармоники cosφ в диапазоне от -1 до 1. Более того, с увеличе­нием несущей частоты расширяются возможности воспроизведения на выходе инверторов тока и напряжения заданной формы. Это позволяет создавать актив­ные фильтры для подавления высших гармоник.

    Основные определения, используемые при дальнейшем изложении, рассмот­рим на примере применения первого метода в однофазной полу мостовой схеме инвертора напряжения (рис. 8.1, а ). В этой условной схеме ключи S 1 и S 2 пред­ставлены полностью управляемыми коммутационными элементами, дополнен­ными последовательно и параллельно соединенными с ними диодами. Последова­тельные диоды отражают однонаправленную проводимость ключей (например, транзисторов или тиристоров), а параллельные обеспечивают проводимость обратных токов при активно-индуктивной нагрузке.

    Диаграммы опорного, модулирующего u M (θ) и несущего u H (θ) сигналов приве­дены на рис. 8.1, б . Формирование импульсов управления ключами S 1 и S 2 осу­ществляется по следующему принципу. При u M (θ) > u H (θ) ключ S 1 включен, a S 2 выключен. При u M (θ) u H (θ) состояния ключей изменяются на противоположные: S 2 — включен, a S 1 — выключен. Таким образом, на выходе инвертора формиру­ется напряжение в виде двух полярных импульсов. В реальных схемах для исключе­ния одновременной проводимости ключей S 1 и S 2 следует предусматривать опреде­ленную задержку между моментами формирования сигналов на включение этих ключей. Очевидно, что ширина импульсов зависит от соотношения амплитуд сигна­лов u M (θ) и u H (θ). Параметр, характеризующий это соотношение, называется индексом амплитудной модуляции и определяется по формуле (8.1):

    , (8.1.)

    где U M m и U H m — максимальные значения модулирующего сигнала u M (θ) и несущего сигнала u H (θ) соответственно.

    Рис. 8.1. Однофазный полу мостовой инвертор напряжения: а – схема; б – диаграммы напряжения при импульсной модуляции

    Частота несущего сигнала u H (θ) равна частоте коммутации f H ключей S 1 и S 2 и обычно значительно превышает частоту модулирующего сигнала f M . Соотношение частот f H и f M является важным показателем эффективности процесса модуляции и называется индексом частотной модуляции, который определяется по формуле (8.2):

    При малых значениях M f сигналы u M (θ) и u H (θ) должны быть синхронизированы, чтобы избежать появления нежелательных субгармоник. В в качестве максимального значения My , определяющего необходимость синхронизации, уста­навливается М f = 21. Очевидно, что при синхронизированных сигналах и коэффициент M f является постоянной величиной.

    Из диаграммы на рис. 8.1 видно, что амплитуда первой гармоники выходного напряжения U am 1 может быть с учетом (8.1) представлена в следующем виде (8.3):

    (8.3)

    Согласно (8.3) при М a = 1 амплитуда первой гармоники выходного напряжения равна высоте прямоугольника полуволн U d /2. Характерная зависимость относи­тельного значения первой гармоники выходного напряжения от значения М a пред­ставлена на рис. 8.2, из которого видно, что изменение М a от 0 до 1 линейно и зависит от амплитуды U am 1 . Предельное значение величины М a определяется прин­ципом рассматриваемого вида модуляции, согласно которому максимальное зна­чение U am 1 ограничено высотой полуволны прямоугольной формы, равной U d /2. При дальнейшем увеличении коэффициента М a модуляция приводит к нелиней­ному возрастанию амплитуды U am 1 до максимального значения, определяемого формированием на выходе инвертора напряжения прямоугольной формы, которое в дальнейшем остается неизменным.

    Разложение прямоугольной функции в ряд Фурье дает максимальное значение (8.4):

    (8.4)

    Эта величина ограничивается значением индекса М а, изменяющегося в диапа­зоне от 0 до примерно 3. Очевидно, что функция на интервале а-б значений от 1 до 3,2 является нелинейной (рис. 8.2). Режим работы на этом участке называется сверх модуляцией.

    Значение M f определяется выбором частоты несущего сигнала u H (θ) и сущест­венно влияет на технические характеристики преобразователя. С ростом частоты увеличиваются коммутационные потери в силовых ключах преобразователей, но при этом улучшается спектральный состав выходного напряжения и упрощается реше­ние задачи фильтрации высших гармоник, обусловленных процессом модуляции. Важным фактором выбора значения f H во многих случаях является необходимость обеспечения его значения в звуковом диапазоне частоты более 20 кГц. При выборе f H следует также учитывать уровень рабочих напряжений преобразователя, его мощность и другие параметры.

    Рис. 8.2. Зависимость относительного значе­ния амплитуды основной гармоники выход­ного напряжения от индекса амплитудной модуляции для однофазной полу мостовой схемы

    Общей тенденцией здесь является рост значений M f преобразователей малой мощности и низких напряжений и наоборот. Поэтом выбор M f является многокритериальной оптимизационной задачей.

    Импульсная модуляция со стохастическим процессом . Использование ШИМ в преобразователях связано с появлением высших гармоник в модулируе­мых напряжениях и токах. При этом в спектральном составе этих параметров наиболее значительные гармоники возникают на частотах, кратных индексу час­тотной модуляции M f и сгруппированных около них на боковых частотах гармо­ник с убывающими амплитудами. Высшие гармоники могут порождать следую­щие основные проблемы:

      возникновение акустических шумов;

      ухудшение электромагнитной совместимости (ЭМС) с другими электротех­ническими устройствами или системами.

    Основными источниками акустических шумов являются электромагнитные компоненты (дроссели и трансформаторы), на которые воздействуют ток и напря­жение, содержащие высшие гармоники с частотами звукового диапазона. Следует отметить, что шумы могут возникать на определенных частотах, где высшие гар­моники имеют максимальное значение. Факторы, вызывающие шумы, например явление магнитострикции, усложняют разрешение проблемы ЭМС. Проблемы с ЭМС могут возникать в широком частотном диапазоне в зависимости от критич­ности к уровню электромагнитных помех электротехнических устройств. Тради­ционно для снижения уровня шумов использовались конструктивные и технологи­ческие решения, а для обеспечения ЭМС применялись пассивные фильтры.

    В качестве перспективного направления решения этих проблем рассматрива­ются методы, связанные с изменением характера спектрального состава модули­руемых напряжений и токов. Сущность этих методов состоит в выравнивании час­тотного спектра и снижении амплитуды явно выраженных гармоник за счет стохастического их распределения в широком частотном диапазоне. Такой прием иногда называется «размазыванием» частотного спектра. Концентрация энергии помех уменьшается на частотах, где гармоники могут иметь максимальные значе­ния. Реализация этих методов не связана с воздействием на компоненты силовой части преобразователей и в большинстве случаев ограничена программными средствами с незначительным изменением системы управления.

    Рассмотрим кратко принципы реализации этих методов. В основе ШИМ лежит изменение коэффициента заполнения γ= t и / T n , где t и — длительность импульса; Т n — период его формирования. Обычно эти величины, а также положение импульса на интервале периода Т n являются постоянными в установившихся режимах. Результаты ШИМ определяются как интегральные усредненные значе­ния. В этом случае детерминированные значения t и и включая положение импульса, обусловливают неблагоприятный спектральный состав модулируемых параметров. Если этим величинам придать случайный характер при сохранении заданного значения γ, то процессы становятся стохастическими и спектральный состав модулируемых параметров изменяется. Например, такой случайный харак­тер можно придать положению импульса t и на интервале периода Т n или обеспе­чить стохастическое изменение последнего. Для этой цели может использоваться генератор случайных чисел, воздействующий на задающий генератор частоты модуляции f n =1/T n . Аналогичным образом можно изменять положение импульса на интервале Т n с математическим ожиданием, равным нулю. Усреднен­ное интегральное значение γ должно оставаться на заданном системой регулирова­ния уровне, в результате чего будет реализовано выравнивание спектрального состава высших гармоник в модулируемых напряжениях и токах.

    Вопросы для самоконтроля

    1. Перечислите основные методы ШИМ для обеспечения синусоидальности тока или напряжения.

    2. В чем отличие однополярной модуляции напряжения от двухполярной?

    3. Перечислите основные параметры ШИМ.

    4. С какой целью используется ШИМ со стохастическими процессами?

    ШИМ или PWM (широтно-импульсная модуляция, по-английски pulse-width modulation) – это способ управления подачей мощности к нагрузке. Управление заключается в изменении длительности импульса при постоянной частоте следования импульсов. Широтно-импульсная модуляция бывает аналоговой, цифровой, двоичной и троичной.

    Применение широтно-импульсной модуляции позволяет повысить КПД электрических преобразователей, особенно это касается импульсных преобразователей, составляющих сегодня основу вторичных источников питания различных электронных аппаратов. Обратноходовые и прямоходовые однотактные, двухтактные и полумостовые, а также мостовые импульсные преобразователи управляются сегодня с участием ШИМ, касается это и резонансных преобразователей.

    Широтно-импульсная модуляция позволяет регулировать яркость подсветки жидкокристаллических дисплеев сотовых телефонов, смартфонов, ноутбуков. ШИМ реализована в , в автомобильных инверторах, в зарядных устройствах и т. д. Любое зарядное устройство сегодня использует при своей работе ШИМ.

    В качестве коммутационных элементов, в современных высокочастотных преобразователях, применяются биполярные и полевые транзисторы, работающие в ключевом режиме. Это значит, что часть периода транзистор полностью открыт, а часть периода — полностью закрыт.

    И так как в переходных состояниях, длящихся лишь десятки наносекунд, выделяемая на ключе мощность мала, по сравнению с коммутируемой мощностью, то средняя мощность, выделяемая в виде тепла на ключе, в итоге оказывается незначительной. При этом в замкнутом состоянии сопротивление транзистора как ключа очень невелико, и падение на нем напряжения приближается к нулю.

    В разомкнутом же состоянии проводимость транзистора близка к нулю, и ток через него практически не течет. Это позволяет создавать компактные преобразователи с высокой эффективностью, то есть с небольшими тепловыми потерями. А резонансные преобразователи с переключением в нуле тока ZCS (zero-current-switching) позволяют свести эти потери к минимуму.


    В ШИМ-генераторах аналогового типа, управляющий сигнал формируется аналоговым компаратором, когда на инвертирующий вход компаратора, например, подается треугольный или пилообразный сигнал, а на неинвертирующий — модулирующий непрерывный сигнал.

    Выходные импульсы получаются , частота их следования равна частоте пилы (или сигнала треугольной формы), а длительность положительной части импульса связана с временем, в течение которого уровень модулирующего постоянного сигнала, подаваемого на неинвертирующий вход компаратора, оказывается выше уровня сигнала пилы, который подается на инвертирующий вход. Когда напряжение пилы выше модулирующего сигнала — на выходе будет отрицательная часть импульса.

    Если же пила подается на неинвертирующий вход компаратора, а модулирующий сигнал — на инвертирующий, то выходные импульсы прямоугольной формы будут иметь положительное значение тогда, когда напряжение пилы выше значения модулирующего сигнала, поданного на инвертирующий вход, а отрицательное — когда напряжение пилы ниже сигнала модулирующего. Пример аналогового формирования ШИМ — микросхема TL494, широко применяющаяся сегодня при построении импульсных блоков питания.


    Цифровая ШИМ используются в двоичной цифровой технике. Выходные импульсы также принимают только одно из двух значений (включено или выключено), и средний уровень на выходе приближается к желаемому. Здесь пилообразный сигнал получается благодаря использованию N-битного счетчика.

    Цифровые устройства с ШИМ работают также на постоянной частоте, обязательно превосходящей время реакции управляемого устройства, этот подход называется передискретизацией. Между фронтами тактовых импульсов, выход цифрового ШИМ остается стабильным, или на высоком, или на низком уровне, в зависимости от текущего состояния выхода цифрового компаратора, который сравнивает уровни сигналов на счетчике и приближаемый цифровой.

    Выход тактуется как последовательность импульсов с состояниями 1 и 0, каждый такт состояние может сменяться или не сменяться на противоположное. Частота импульсов пропорциональна уровню приближаемого сигнала, а единицы, следующие друг за другом могут сформировать один более широкий, более продолжительный импульс.

    Получаемые импульсы переменной ширины будут кратны периоду тактования, а частота будет равна 1/2NT, где T – период тактования, N – количество тактов. Здесь достижима более низкая частота по отношению к частоте тактования. Описанная схема цифровой генерации — это однобитная или двухуровневая ШИМ, импульсно-кодированная модуляция ИКМ.

    Эта двухуровневая импульсно-кодированная модуляция представляет собой по сути серию импульсов с частотой 1/T, и шириной Т или 0. Для усреднения за больший промежуток времени применяется передискретизация. Высокого качества ШИМ позволяет достичь однобитная импульсно-плотностная модуляция (pulse-density-modulation), называемая также импульсно-частотной модуляцией.

    При цифровой широтно-импульсной модуляции прямоугольные подимпульсы, которыми оказывается заполнен период, могут приходиться на любое место в периоде, и тогда на среднем за период значении сигнала сказывается только их количество. Так, если разделить период на 8 частей, то комбинации импульсов 11001100, 11110000, 11000101, 10101010 и т. д. дадут одинаковое среднее значение за период, тем не менее, отдельно стоящие единицы утяжеляют режим работы ключевого транзистора.

    Корифеи электроники, повествуя о ШИМ, приводят такую аналогию с механикой. Если при помощи двигателя вращать тяжелый маховик, то поскольку двигатель может быть либо включен, либо выключен, то и маховик будет либо раскручиваться и продолжать вращаться, либо станет останавливаться из-за трения, когда двигатель выключен.

    Но если двигатель включать на несколько секунд в минуту, то вращение маховика будет поддерживаться, благодаря инерции, на некоторой скорости. И чем дольше продолжительность включения двигателя, тем до более высокой скорости раскрутится маховик. Так и с ШИМ, на выход приходит сигнал включений и выключений (0 и 1), и в результате достигается среднее значение. Проинтегрировав напряжение импульсов по времени, получим площадь под импульсами, и эффект на рабочем органе будет тождественен работе при среднем значении напряжения.

    Так работают преобразователи, где переключения происходят тысячи раз в секунду, и частоты достигают единиц мегагерц. Широко распространены специальные ШИМ-контроллеры, служащие для управления балластами энергосберегающих ламп, блоками питания, и т. д.


    Отношение полной длительности периода импульса ко времени включения (положительной части импульса) называется скважностью импульса. Так, если время включения составляет 10 мкс, а период длится 100 мкс, то при частоте в 10 кГц, скважность будет равна 10, и пишут, что S = 10. Величина обратная скважности называется коэффициентом заполнения импульса, по-английски Duty cycle, или сокращенно DC.

    Так, для приведенного примера DC = 0.1, поскольку 10/100 = 0.1. При широтно-импульсной модуляции, регулируя скважность импульса, то есть варьируя DC, добиваются требуемого среднего значения на выходе электронного или другого электротехнического устройства, например двигателя.

    Хорошее определение широтно-импульсной модуляции (ШИМ) заключается в самом его названии. Это означает модуляция (изменение) ширины импульса (не частоты). Чтобы лучше понять что такое ШИМ , давайте сначала посмотрим некоторые основные моменты.

    Микроконтроллеры представляют собой интеллектуальные цифровые компоненты которые работают на основе бинарных сигналов. Лучшее представление бинарного сигнала – меандр (сигнал имеющий прямоугольную форму). Следующая схема объясняет основные термины, связанные с прямоугольным сигналом.

    В ШИМ-сигнале время (период), и следовательно частота является всегда постоянной величиной. Изменяется только время включения и время выключения импульса (скважность). Используя данный метод модуляции, мы можем получить необходимое нам напряжение.

    Единственное различие между меандром и ШИМ-сигналом заключается в том, что у меандра время включения и отключения равны и постоянны (50% скважность), в то время как ШИМ-сигнал имеет переменную скважность.

    Меандр может рассматриваться как частный случай ШИМ сигнала, который имеет 50% рабочий цикл (период включения = период отключения).

    Рассмотрим на примере использование ШИМ

    Допустим, мы имеим напряжение питания 50 вольт и нам необходимо запитать какую-либо нагрузку, работающую от 40 вольт. В этом случае хороший способ получения 40В из 50В — это использовать так называемый понижающий чоппер (прерыватель).

    ШИМ сигнал, генерируемый чеппером, поступает на силовой узел схемы (тиристор, полевой транзистор), который в свою очередь управляет нагрузкой. Этот ШИМ-сигнал может легко генерироваться микроконтроллером, имеющим таймер.

    Требования к ШИМ-сигналу для получения с помощью тиристора 40В из 50В: подача питания, на время = 400мс и выключение на время = 100мс (с учетом периода ШИМ сигнала равного 500 мс).

    В общих словах это можно легко объяснить следующим образом: в основном, тиристор работает как переключатель. Нагрузка получает напряжение питания от источника через тиристор. Когда тиристор находится в выключенном состоянии, нагрузка не подключена к источнику, а когда тиристор находится в открытом состоянии, нагрузка подключается к источнику.

    Этот процесс включения и выключения тиристора осуществляется посредством ШИМ сигнала.

    Соотношение периода ШИМ-сигнала к его длительности называется скважность сигнала, а обратная к скважности величина именуется коэффициентом заполнения.

    Если коэффициент заполнения равен 100, то в этом случае у нас сигнал постоянный.

    Таким образом, скважность импульсов (рабочий цикл) может быть вычислен с использованием следующей формулы:

    Используя выше приведенные формулы, мы можем рассчитать время включения тиристора для получения необходимого нам напряжения.

    Умножая скважность импульсов на 100, мы можем представить это в процентном соотношении. Таким образом, процент скважность импульсов прямо пропорционален величине напряжения от исходного. В приведенном выше примере, если мы хотим получить 40 вольт от 50 вольт источника питания, то это может быть достигнуто путем генерации сигнала со скважность 80%. Поскольку 80% из 50 вместо 40.

    Для закрепления материала, решим следующую задачу:

    • рассчитаем длительность включения и выключения сигнала, имеющего частоту 50 Гц и скважность 60%.

    Полученный ШИМ волны будет иметь следующий вид:

    Один из лучших примеров применения широтно-импульсной модуляции является использование ШИМ для регулировки скорости двигателя или яркости свечения светодиода.

    Этот прием изменения ширины импульса, чтобы получить необходимый рабочий цикл называется “широтно-импульсная модуляция”.

    Светодиоды используются практически во всех технике вокруг нас. Правда иногда возникает необходимость регулировать их яркость (например, в фонариках, или мониторах). Самым простым выходом в этой ситуации, кажется изменить количество тока, пропускаемого через светодиод. Но это не так. Светодиод – довольно чувствительный компонент. Постоянное изменение количества тока может существенно сократить срок его работы, или вообще сломать. Так же надо учитывать, что нельзя использовать ограничительный резистор, так как в нем будет накапливаться лишняя энергия. При использовании батареек это недопустимо. Еще одна проблема при таком подходе – цвет света будет меняться.

    Есть два варианта:

    • Регулирование ШИМ
    • Аналоговое

    Эти методы контролируют проходящий через светодиод ток, но между ними есть определенные различия.
    Аналоговое регулирование изменяет уровень тока, который проходит через светодиоды. А ШИМ регулирует частоту подачи тока.

    ШИМ-регулирование

    Выходом из этой ситуации может быть использование широтно-импульсной модуляции (ШИМ). При такой системе светодиоды получают необходимый ток, а яркость регулируется с помощью подачи питания с высокой частотой. То есть, частота периода подачи изменяет яркость светодиодов.
    Несомненный плюс ШИМ-системы – сохранение продуктивности светодиода. КПД составит около 90%.

    Виды ШИМ-регулирования

    • Двухпроводная. Часто используется в системе освещения машин. Источник питания преобразователя должен иметь схему, которая формирует сигнал ШИМ на DC-выходе.
    • Шунтирующее устройство. Чтобы сделать период включении/выключения преобразователя используют шунтирующий компонент, который обеспечивает путь для выходного тока помимо светодиода.

    Параметры импульсов при ШИМ

    Частота следования импульсов не меняется, поэтому никаких требований в определении яркости света к ней нет. В данном случае, меняется только ширина, или время положительного импульса.

    Частота импульсов

    Даже с учетом того, что особых претензий к частоте нет, существуют граничные показатели. Они определяются чувствительностью глаза человека к мельканиям. Например, если в кино мелькания кадров должны составлять 24 кадра в секунду, чтобы наш глаз воспринимал его как одно движущееся изображение.
    Чтобы мелькания света воспринимались как равномерный свет, частота должна составлять не меньше 200Гц. По верхним показателям ограничений нет, но ниже никак нельзя.

    Как работает регулятор ШИМ

    Для непосредственного управления светодиодами применяется транзисторный ключевой каскад. Обычно для них используют транзисторы, способные накапливать большие объемы мощности.
    Это необходимо при использовании светодиодных лент или мощных светодиодах.
    Для небольшого количества или невысокой мощности вполне достаточно использования биполярных транзисторов. Так же можно подключать светодиоды прямо к микросхемам.

    Генераторы ШИМ

    В системе ШИМ в качестве задающего генератора могут использовать микроконтроллер, или схема, состоящая из схем малой степени интеграции.
    Так же возможно создание регулятора из микросхем, которые предназначены для импульсных блоков питания, или логические микросхемы К561, или интегральный таймер NE565.
    Умельцы используют в этих целях даже операционный усилитель. Для этого на нем собирается генератор, который можно регулировать.
    Одна из наиболее используемых схем основана на таймере 555. По сути, это обычный генератор прямоугольных импульсов. Частота регулируется конденсатором С1. при выходе у конденсатора должно быть высокое напряжение (это равно с соединением с плюсовым источником питания). А заряжается он тогда, когда на выходе присутствует низкое напряжение. Этот момент и дает получение импульсов разной ширины.
    Еще одной популярной схемой является ШИМ на основе микросхемы UC3843. в этом случае схема включения изменена в сторону упрощения. Для того, чтобы управлять шириной импульса, используется подача регулирующего напряжения положительной полярности. На выходе в таком случае получается нужный импульсный сигнал ШИМ.
    Регулирующее напряжение действует на выход так: при снижении широта увеличивается.

    Почему ШИМ?

    • Главное преимущество этой системы – легкость. Схемы использования очень просты и легки в реализации.
    • Система ШИМ – регулирования дает очень широкий диапазон регулировки яркости. Если говорить о мониторах, то возможно применение CCFL-подсветки, но в таком случае яркость можно уменьшить только в два раза, так как CCFL-подсветка очень требовательна к количеству тока и напряжению.
    • Используя ШИМ можно удерживать ток на постоянном уровне, а значит светодиоды не пострадают и цветовая температура меняться не будет.

    Недостатки использования ШИМ

    • Со временем мерцание изображение может быть довольно заметно, особенно при низкой яркости или движении глаз.
    • При постоянном ярком освещении (например, свете солнца) изображение может расплываться.
    АМн · ФМн · КАМ · ЧМн · GMSK
    OFDM · COFDM · TCM
    Импульсная модуляция
    АИМ · ДМ · ИКМ · ΣΔ · ШИМ · ЧИМ · ФИМ
    Расширение спектра
    FHSS · DSSS
    См. также: Демодуляция

    Sg6848 схема блока питания — Вместе мастерим

    Микросхема SG6848 – это экономичный ШИМ-контроллер для обратноходовых преобразователей. На рисунке ниже показан внешний вид ШИМ-контроллера SG 6848 в корпусе ДИП-8.

    Рис. 1. Возможный внешний вид SG6848

    Рис. 2. Условное обозначение SG6848 для разных корпусов

    ШИМ контроллер SG6841 фирмы System General рассчитана для применения в блоках питания до 60 Вт. Микросхема выполнена по довольно нестандартной логике, для ШИМ контроллеров. У микросхемы помимо обратной связи по току и напряжению, есть обратная связь для термозащиты. Кроме того, ШИМ контроллер SG6841 имеет режим энергосбережения (Green mode), в котором частота внутреннего генератора составляет 10кГц.

    Рис. 1. Блок схема, ШИМ SG6841.

    Рис. 2. Логика работы, ШИМ SG6841.

    Рис. 3. Cхема блока питания, ШИМ SG6841.

    Включение ШИМ SG6841.

    При запуске потребление составляет до 30 мкА (нога 3, VIN). При работающем ШИМ – 3мА (нога 7, VDD). Конденсатор С9 заряжается через резистор R12 до напряжения более 16В, напряжение включения микросхемы (нога 7, VDD) составляет 16В, выключение 10В – UVLO. Такой гистерезис позволяет добиться стабильной работы при случайных падениях напряжения.

    Генерация

    От внутреннего опорного источника тока заряжается внутренний конденсатор тактового генератора, R9 является времязадающим для внутреннего генератора ШИМ SG6841 (нога 4, RI) . Рабочая частота составляет 50 – 90кГц.

    Контроль тока (нога 6, Sense) через силовой ключ осуществляется при помощи датчика тока R8, в цепи истока силового ключа.

    Контроль по напряжению (нога 2, FB) идет по стандартной схеме, U3(TL431) и оптопара U2(PC817)

    Контроль по температуре (нога 5, RT) осуществляется при помощи терморезистора THER2, при изменении номинала срабатывает защита, и ШИМ контроллер блокирует выходной сигнал на силовой ключ.

    Особенности работы блока питания.

    В режиме Green mode, на выходе ненагруженного блока питания, из за пониженной частоты, наблюдается некоторая релаксация, под нагрузкой выходное напряжение держится стабильно.

    Микросхема довольно критично относится к повышенному напряжению, и как правило выходит из строя, а точнее внутренний стабилитрон, поломка которого, приводит к тому, что микросхема не может запуститься. Напряжение на VIN (3 нога) после выхода из строя внутреннего стабилитрона (на рис. 1 обведен красным кружком) составляет 4-6 В, что фактически блокирует работу по UVLO (16В включение, 10 выключение).

    Применяется в ультразвуковых увлажнителях воздуха модели «Vitek» и других. Приведена схема, рассмотрено устройство и последовательность ремонта.

    Блок питания КV-3150 собран на ШИМ микросхеме SG6848 (корпус SOT-26, SMD 6 ног).

    Datasheet на SG6848 доступна в интернете, там же есть типовая схема включения и параметры (напряжение питания, токи, рекомендуемые полевики).

    Схема блока питания КV-3150 немного отличается от типовой, поэтому при проверке деталей я зарисовал первичную цепь, связанную с сетью. Вторичная, включая обратную связь с микросхемой TL431 и оптопарой PC817 целая и легко прослеживается по печатной плате.

    Очень удобно то, что на самой печатной плате нанесены номера и номиналы деталей.

    На самой микросхеме надпись может быть другой. В моем случае написано S11S.

    Блок питания КV-3150 до меня уже побывал у мастера, который рекомендовал купить новый. Но его цена необоснованно завышена 20$, в то время, как типичный ремкомплект стоит около 2$.

    Мне пришлось заменить:

    Диодный мост – 4 диода 1N4007

    ШИМ микросхему — SG6848

    Полевой транзистор — STP4NK60ZF

    Резистор R2 — 2Вт 0,5 Ом

    Резисторы R13, R9, R14 SMD (или 0,125Вт) — 47 Ом, 470 Ом, 10 кОм

    Предохранитель 2А 250В – запаял калиброванную перемычку. Как это делать показано здесь.

    Как известно, ремонт импульсных блоков питания нужно выполнять постепенно и осторожно. Если пропустить дефект то при первом же включении все замененные детали могут снова сгореть.

    Я сначала проверяю все детали и печатную плату. Все неисправные детали выпаиваю.

    Затем, начиная от сетевого разъема ставлю детали – предохранитель, диоды, резисторы. Включаю через лампу 220В мощностью около 75Вт и проверяю напряжения после диодного моста и на конденсаторе 10мкФ (это питание микросхемы SG6848). Так как микросхемы пока нет и потребления тока не будет, параллельно электролиту 10 мкф я ставлю стабилитрон на напряжение чуть ниже предельного напряжения электролита. Иначе напряжение может вырасти выше чем у электролита и повредить его.

    Если все в норме, а у меня после диодного моста 310В, на конденсаторе 10мкф напряжение 24В (как у временного стабилитрона) то от сети отключаю, разряжаю при необходимости сетевой электролит и запаиваю микросхему.

    Снова включаю, так же через лампу, измеряю напряжение питания микросхемы SG6848 на 5 ноге (около 12В)

    Далее осциллографом смотрю управляющие импульсы на контакте куда будет припаян затвор полевого транзистора (полевик пока не ставлю). Эти импульсы не такие как при работе, но обязательно должны быть. Их частота заметно ниже, фактически это скачки напряжения, амплитуда чуть меньше напряжения питания микросхемы.

    Если все так, выключаю, разряжаю сетевой электролит и запаиваю полевик, отпаиваю временный стабилитрон от конденсатора 10мкф, он уже не нужен.

    Снова включаю в сеть через лампу, пробую температуру полевика, если не горячий, проверяю выходные напряжения. Так как в схеме есть обратная связь через оптопару, выходные напряжения и без нагрузки должны быть близки к норме (в этом блоке питания 35В и 12,5В). Земля общая, средний вывод выходного разъема.

    Далее, если проверена схема нагрузки и в ней нет замыканий, можно отключить блок питания, подключить нагрузку и снова включить через лампу в сеть. Лампа при включении может вспыхнуть и чуть тлеть.

    Теперь можно отключить, убрать лампу и включать блок питания КV-3150 в сеть напрямую. Проверить напряжения под нагрузкой. Как правило, при исправной нагрузке (подключаемом устройстве, в моем случае увлажнитель) все в норме.

    Если что-то в нагрузке не заладится, сработает защита блока питания. Для этого в его схеме стоит резистор 2Вт 0,5 Ом в цепи истока полевика.

    В принципе, порядок ремонта других импульсных блоков питания аналогичный.

    Материал статьи продублирован ан видео:

    ШИМ-РЕГУЛЯТОР ДЛЯ ЭЛЕКТРОВЕЛОСИПЕДА

    Данный модуль предназначен для установки в электровелосипеды — в качестве блока управления электрическим приводом. Он работает с двигателем постоянного тока и аккумуляторной батареей на 15 — 95 В (любая в указанном диапазоне соответствующая двигателю). 

    Контроллер является элементом, необходимым для управления скоростью двигателя. Он ограничивает количество энергии идущей на двигатель, чтобы контролировать его скорость вращения. К сожалению, большинство доступных на рынке контроллеров не могут работать при таком высоком напряжении (либо ограничение по мощности). Поэтому решено было спроектировать и построить свой собственный ШИМ-контроллер, который мог бы работать с двигателем более высокого напряжения и тока.

    Поскольку нужно контролировать скорость вращения двигателя постоянного тока, можем использовать две технологии:

    1. понижающий преобразователь который уменьшит напряжение, подаваемое на обмотку двигателя,
    2. ШИМ-управление (широтно-импульсная модуляция).

    Конструкция инвертора довольно сложна, поэтому применим ШИМ. Этот метод относительно прост, может с высокой частотой контролировать скорость, с которой аккумулятор подключается и отключается от двигателя. Для изменения скорости изменяется время переключения между нагрузкой (двигателем) и АКБ.

    Принципиальная схема мощного ШИМ регулятора

    Переключение напряжения не может быть реализовано с помощью механического переключателя — ни один из них не выдержит такие большие и постоянные нагрузки, поэтому правильный выбор для таких схем — транзистор полевой MOSFET с N-каналом. Необходимо выбрать подходящую модель для этих требований — частота переключения, напряжение и ток. 

    Для управления транзисторами в схеме необходим сигнал ШИМ. Сгенерируем его используя классическую микросхему 555. Это простой универсальный таймер, который позволяет создавать множество устройств, в том числе управляемый генератор сигналов ШИМ. В такой схеме частота переключения постоянна, а изменение положения потенциометра изменяет скважность. 

    М/с NE555 может питаться постоянным напряжением до 15 В. Она не может питаться непосредственно от аккумулятора электровелосипеда. Именно поэтому добавлен модуль импульсного питания на основе интегральной микросхемы LM5008. Это понижающий преобразователь, который снижает напряжение с 80 В до 10 В, используемых для питания таймера 555 и охлаждающих вентиляторов. 

    Из-за высокого тока протекающего в схеме, использовались 4 транзистора MOSFET IRFPC60LC, соединенных параллельно. Каждый элемент может работать с напряжением Vds до 600 В и током стока до 16 А. Объединенные четыре таких транзистора позволяет достичь 64 А тока контроллера, что при напряжении питания 80 В дает более 5 кВт — намного больше, чем необходимо для управления двигателем в данном электровелосипеде. 

    Печатная плата ШИМ-регулятора

    Разработка отдельной печатной платы поможет не только компактно объединить все элементы, но также позволит использовать этот готовый ШИМ-модуль в других проектах — и не только с двигателями постоянного тока, ШИМ-модуляция идеально подходит, например, для управления нагревателями. 

    Идея проектирования печатной платы может показаться сложной, но стоит иметь свои собственные печатные платы. Имея это в виду, автор спроектировал печатную плату для модуля регулятора скорости. 

    При проектировании печатной платы самое важное, что нужно помнить, это обеспечить правильную ширину токовых путей. Высокий ток, который должен проходить через транзисторы к двигателю, также будет проходить через фольгу платы и нагревать её. 

    На печатной плате добавлены монтажные отверстия, которые облегчат установку модуля в готовый электробайк, а также место для установки радиатора и вентилятора, который будет охлаждать работающие транзисторы. 

    Чтобы облегчить сборку нужно начать с самых маленьких элементов на печатной плате: в нашем случае это преобразователь LM5008 и компоненты SMD. После пайки дискретных компонентов инвертора LM5008 можем припаять большую катушку по источнику питания и начать пайку более крупных компонентов. В конце установить таймер 555, а затем силовые транзисторы. 

    При таком огромном количестве энергии, с которым имеет дело создаваемый контроллер, будет выделяться много тепла. Полевые транзисторы будут в основном нагреваться, поэтому надо обеспечить их достаточным охлаждением. Это делается с помощью радиатора с вентилятором. 

    После установки радиатора схема готова к настройке и дальнейшей работе. 

    Тестирование ШИМ контроллера

    Для тестирования контроллера будем использовать набор ячеек литиевых батарей с номинальным напряжением 80 В, которые применяются для данного электрического велосипеда. Контроллер временно подключен к аккумулятору и мотору, который прикреплен к велосипеду, чтобы приводить в движение заднее колесо. Поворачивая потенциометр по часовой стрелке, двигатель должен начать вращаться постепенно и увеличивать скорость, пропорциональную вращению ручки.

    Чтобы проверить регулятор скорости на реальной нагрузке, надо смонтировать все на своем месте. Посмотреть как он держит нагрузку, вес, долгое время работы и воздействие атмосферной влажности (лучше покрыть плату лаком).

    Двухтактный ШИМ – контроллер TL494, TL494CN, описание на русском, схема включения, аналоги, применение — Зарубежные микросхемы — Микросхемы — Справочник Радиокомпонентов — РадиоДом

    Двухтактный ШИМ – контроллер TL494, TL494CN, TL494CD

    Основные технические характеристики:

    Полный набор функций ШИМ-управления
    Выходной втекающий или вытекающий ток каждого выхода …..200 мАмпер
    Встроенная схема подавления сдвоенных импульсов
    Широкий диапазон регулировки выходного сигнала
    Выходное опорное напряжение…………………………………….5 вольт (+-0,5 %)

    Общее описание и аналоги, применение: TL494, TL494CN, TL494CD — полностью заменяемые аналоги это KA7500B и всем известная КР1114ЕУ4
    Специально созданная структура микросхемы серии TL494 обеспечивают радиолюбителю широкие возможности при конструировании схем управления. TL494 включают в себя усилитель ошибки, встроенный регулируемый генератор, компаратор регулировки мертвого времени, триггер управления, прецизионный ИОН на 5 вольт и схему управления выходным каскадом. Усилитель ошибки выдает синфазное напряжение в диапазоне от – 0,3…(Vcc-2) вольт. Компаратор регулировки мертвого времени имеет постоянное смещение, которое ограничивает минимальную длительность мертвого времени величиной порядка 5%.

    Приборы, имеющие индекс L, гарантируют нормальную работу в диапазоне температур –5…85 С, с индексом С гарантируют стабильную работу в диапазоне температур 0…70 С.

    Структурная схема микросхемы TL494CN:

     

    Предельные значения основных параметров микросхем серии TL494CN:

    Напряжение питания……………………………………………………………..41 вольт
    Входное напряжение усилителя……………………………………..(Vcc+0.3) вольт
    Выходное напряжение коллектора……………………………………………41 вольт
    Выходной ток коллектора…………………………………………………..250 мАмпер
    Мощность рассеивания в непрерывном режиме……………………………1 Ватт
    Рабочий диапазон температур окружающей среды:
    С индексом L………………………………………………………………….. от -25 до 85
    С индексом С…………………………………………………………………..от 0 до 70 С
    Диапазон температур хранения ……………………………………..от -65 до +150 С

    Цоколёвка корпуса TL494CN:

     


    Полное функциональное описание на русском:
    Микросхема TL494 представляет собой ШИМ-контролер для импульсного источника питания, работающий на фиксированной частоте, и включает в себя все нужные для этого готовые блоки. Встроенный собственный генератор пилообразного напряжения требует для установки частоты только двух внешних компонентов R и С.

    Частоту генератора TL494 рассчитываем формуле на картинке ниже:

     


    Модуляция ширины выходных импульсов достигается сравнением положительного пилообразного напряжения, получаемого на конденсаторе С, с двумя управляющими сигналами. Логический элементы ИЛИ-НЕ возбуждает выходные транзисторы Q1 и Q2 только тогда, когда линия тактов встроенного триггера находится в НИЗКОМ логическом состоянии. Это происходит только в течение того времени, когда амплитуда пилообразного напряжения выше амплитуды управляющих сигналов. Следовательно, повышение амплитуды управляющих сигналов вызывает соответствующее линейное уменьшение ширины выходных импульсов. Под управляющими сигналами понимаются напряжения производимые схемой регулировки мёртвого времени (вывод 4), усилители ошибки (выводы 1, 2, 15, 16) и цепью обратной связи(вывод 3).
    Применяется в основном для управления мощных силовых устройств, такие как импульсный блок питания (ИПБ), повышающие преобразователи напряжения (инвертор) 12 в 220 в, зарядные устройства для автомобильных аккумуляторов, генераторы разнообразных регулируемых сигналов.

    Диаграмма работы TL494CN:

     


    Вход компаратора регулировки мертвого времени имеет смещение 0,12 вольт, что ограничивает минимальное мертвое время на выходе первыми 4 % длительности цикла пилообразного напряжения. В результате максимальная длительность рабочего цикла составляет 96 % в том случае, если вывод 13 заземлен, и 48 % в том случае, если на вывод 13 подано опорное напряжение.

    Контроллер заряда АКБ с использованием технологии ШИМ (PWM)

    Контроллер заряда является неотъемлемой частью любой солнечной электростанции. Нам часто задают вопрос: «Можно ли подсоединить солнечную батарею напрямую к АКБ?», ответ однозначно НЕТ! Все дело в том, что АКБ любого типа расчитана на определенный алгоритм заряда.

    Соединение солнечных батарей напрямую к АКБ приведет к её перезаряду и закипанию электролита.

    Таким образом основной задачей контроллера заряда, является управление зарядом АКБ с использованием мощности вырабатываемой солнечными батареями.

    На сегодняшний день, в основном, используются два типа контроллеров ШИМ (PWM) и MPPT контроллеры. В ШИМ (PWM — англ. pulse-width modulation) контроллерах, используется технология широтно-импульсной модуляции для заряда АКБ на завершающей стадии. Это позволяет зарядить АКБ полностью.
    Несмотря на то, что ШИМ контроллеры прекрасно справляются с задачей корректного заряда АКБ, их использование рационально в системах небольшой мощностью или регионах с высокой солнечной активностью. Для крупных солнечных станций используют MPPT контроллеры, т.к. их эффективность значительно выше.

    ШИМ контроллеры различаются:

    • по напряжению системы. Контроллеры выпускаются для работы с системами 12, 24 и 48 В. Многие контроллеры расчитаны на работу в различных системах — при подключении АКБ произойдет автоматическое определение напряжения системы.
    • по току заряда.
    • наличию дисплея
    • наличию USB выходов
    • способу управления сенсорные/кнопочные
    • наличию дополнительных функций

    Как выбрать ШИМ контроллер?

    Для правильного выбора контроллера нужно учитывать следующие параметры:

    1. Ток заряда АКБ. При выборе контроллера, нужно учитывать, что оптимальный ток заряда свинцово-кислотных АКБ составляет 0,1С (т.е. 10% от емкости батареи), превышение этого значения может привести к закипанию электролита и как следствие, к снижению ресурса или полному выходу из строя АКБ.
    2. Входное напряжение. Для каждого контроллера, производителем указано максимальное входное напряжение. Напряжение холостого хода солнечной батареи или сумма напряжений холостого хода последовательно подключенных батарей не должно превышать это значение. При выборе контроллера, обязательно, необходимо учитывать, что в яркую, солнечную погоду значение напряжения холостого хода солнечной батареи может превысить указанное в технических характеристиках.
    3. Мощность СБ. Суммарная мощность солнечных батарей подключаемых к контроллеру, должна соответствовать его техническим характеристикам, указанным производителем.

    Самые популярные ШИМ контроллеры:

    Контроллер заряда
    Epsolar LS2024EU

    Uном = 12/24В
    Uном = 20А
    Umax = вход 50В

    Контроллер заряда
    Epsolar VS1024A

    Uном = 12/24В
    Uном = 10А
    Umax = вход 50В

    Контроллер заряда
    DELTA PWM 2430

    Uном = 12/24В
    Uном = 20А
    Umax = вход 30В

    Контроллер заряда
    Epsolar LS2024B

    Uном = 12/24В
    Uном = 20А
    Umax = вход 30В

    Сообщения не найдены

    Написать отзыв

    12V NE555 PWM Controller Менее 3 $

    При изготовлении моей мини-настольной пилы я купил модуль контроллера скорости двигателя 12 В на eBay. Я подумал, что справедливо … это было более легкое и прямое решение. Но потом я решил сделать свою.

    Я немного покопался в сети и нашел довольно хорошую отправную точку в Circuits Today, но затем мне потребовалось внести некоторые изменения и настройки схемы. Я хотел добавить в конструкцию тумблер, розетку постоянного тока и 2-контактный винтовой зажим, чтобы упростить его изготовление и использование.

    Были и другие незначительные изменения, которые я внес в дизайн по ходу работы, для удобства и для удовлетворения моих конкретных потребностей.

    Еще хочу отметить, что эта схема не просто контроллер скорости двигателя, а ШИМ-контроллер. С одной стороны, это означает, что он может гораздо больше, чем просто изменять скорость двигателя постоянного тока. Эта схема будет выдавать ток 12 В с изменяющимся рабочим циклом. Его можно использовать как 12 В постоянного тока:

    • Регулятор скорости двигателя;
    • Светодиодный диммер;
    • Терморегулятор для устройства для резки горячей проволоки для полистирола;
    • регулятор напряжения электролитического травителя; и
    • и т. д.

    Область применения этой схемы ограничена только ее характером 12 В постоянного тока. Как вы это примените, зависит от вашего воображения и экспериментов. Например, я подумываю использовать эту схему для создания вибрационной платформы для перемешивания моей кислотной ванны для производства печатных плат …

    Необходимые детали

    Все детали были куплены на eBay.

    • 1 керамический конденсатор 0,01 мкФ
    • 1 керамический конденсатор 0,1 мкФ
    • 2 выпрямительных диода 1N4001
    • 1 выпрямительный диод 1N4004
    • 1 x IRF530 100 В 14 A TO-200AB MOSFET
    • 1 x TO- 220 радиатор
    • 1 x 2-контактный винтовой зажим
    • 1 x цилиндрический разъем постоянного тока (гнездо)
    • 1 резистор 100 Ом
    • 1 резистор 1 кОм
    • 1 тумблер SPDT
    • 1 x NE555 таймер IC
    • 1 x 8-контактный разъем DIL
    • 1 потенциометр 100 кОм
    • 1 x 70 x 100 односторонняя печатная плата
    • какой-то соединительный провод

    Все это обошлось мне примерно в 2 доллара.90 AUD

    Цепь управления скоростью двигателя PWM со схемой для двигателя постоянного тока

    В этом руководстве по проекту мы создаем схему ШИМ-управления скоростью двигателя с использованием двух цифровых ИС. Мы опубликовали различные типы схем ШИМ, скажем, от базового ШИМ с использованием микросхемы NE 555 до значительно продвинутого ШИМ с использованием микроконтроллеров, таких как AVR , 8051 и платы Arduino .

    ШИМ — это в основном широтно-импульсная модуляция, и если вы новичок в этом, просмотрите наши основные руководства — Широтно-импульсная модуляция и другие статьи о ШИМ .

    Описание

    H Это простая схема ШИМ-контроллера скорости двигателя , которую можно использовать для изменения скорости двигателей постоянного тока малой мощности. Изменение скорости достигается за счет изменения рабочего цикла импульса, подаваемого для привода двигателя. Из двух затворов IC CD40106B, N1 подключен как инвертирующий нестабильный мультивибратор триггера Шмитта для генерации импульсов, а N2 как инвертирующий буфер для управления транзистором во время положительных циклов на базе.Рабочий цикл устанавливается резистором R2. R1 ограничивает базовый ток транзистора SL 100. Схема идеальна для управления игрушечными двигателями, ручными мини-вентиляторами, небольшими воздуходувками и т. Д.

    Схема цепи управления скоростью двигателя PWM со списком деталей. Принципиальная схема управления скоростью двигателя с ШИМ

    Примечания.
    • Изменяя коэффициент заполнения R2, ​​можно изменять от 0% до 100%.
    • Для идентификации штырей SL 100 штифт, который соединен с корпусом, является коллектором, штифт рядом с выемкой — эмиттером, а оставшийся штифт — базой.

    У нас есть другие схемы управления двигателем, которые вы можете прочитать, пожалуйста, посмотрите ниже:

    1. Цепь ШИМ-регулятора скорости двигателя

    2. Контроллер шагового двигателя

    3. Вентилятор с регулируемой температурой

    4. Двунаправленный двигатель

    5. Цепь драйвера шагового двигателя

    12V-24V PWM Схема контроллера двигателя с использованием TL494-IRF1405

    Если вы ищете высококачественные схемы контроллера двигателя 24V PWM.У нас есть для вас много схем. Но сегодня я вам покажу. Возможно, вам лучше использовать TL494 и IRF1405.

    Почему он особенный. Представьте, что в схеме есть система проверки низковольтной батареи, работающая с плавным пуском, регулирующая частоту импульсов и использующая батарею 12 В или 24 В при токе до 20 А.

    А он маленький и простой. Не нужно программировать программное обеспечение (без микроконтроллера).

    Он использует TL494, HEXFET и LM2940 в качестве основных.

    Ниже представлены 3 схемы !

    Схема ШИМ управления скоростью двигателя постоянного тока 12 В с использованием TL494

    Это схема ШИМ управления скоростью двигателя постоянного тока 12 В.Которая с использованием TL494 (ИС управления широтно-импульсной модуляцией в импульсном режиме) является базой для управления двигателем постоянного тока с помощью импульса.

    Подробная информация:
    — Для управления скоростью двигателя 12 В, 150 Вт, макс. 15 А.
    — R6 регулирует скорость двигателя.
    — Драйвер двигателя Mosfet IRFZ48.x 2шт.
    — Управление на частоте 100 Гц
    — Регулировка рабочего цикла ШИМ от 0 до 100%
    — Время нарастания и спада = 10 мкс
    — Имеется ток перегрузки 15 А или ограничение тока с протекающим током бросок R11 и Q1 работают для остановки IC1

    12 В -24V PWM Схема контроллера двигателя с использованием TL494 и IRF1405

    Работа схемы

    Рис: 1 Принципиальная схема этого проекта.
    Характеристики проекта
    — Диапазон питания: от 12 В до 30 В
    — Потребляемый ток: максимум при 20 А
    — Токовый выход: максимум при 20 А
    — Ток в режиме ожидания: 20 мА
    — Контроллер двигателя: от 0 до 100%
    — Отключение Работа при более низком напряжении батареи: как настройка 11,5 В для 12 В и 23 В для батареи 24 В.
    — Регулировка частоты импульсов: от 100 Гц до 1,1 кГц (от 129 Гц до 1,28 кГц в этом проекте)
    — Плавный запуск: от 0 до 100% в диапазоне менее 1 секунды
    Нарастающий и спадающий фронт импульса на затворе МОП-транзистор: 1.5uS и 1.6uS
    -VR1: регулировка скорости
    -VR4: защита выхода низкого напряжения
    -VR3-регулировка выхода частоты импульсов
    -VR2-sub контроллер скорости


    Рис. 2 Схема медной печатной платы


    Рис: Схема 3-х компонентов этого проекта.

    Примечание:
    Мой друг прислал мне эту схему. Он сказал, что это очень хороший контроллер двигателя постоянного тока с высоким током. Но это полная статья, а не четкое фото.

    Детали, которые вам понадобятся
    • IC1: TL494, широтно-импульсная модуляция (ШИМ)
    • REG1: LM2940CT-12, регулятор
    • Q1, Q2: IRF1405, N-канальный MOSFET
    • Q3: BC327, 45 В, 800 мА PNP-транзистор
    • Q4: 2N5484, N-канальный полевой транзистор
    • D1: MBR20100CT, высокочастотный диод
    • D2-D6: 1N4148, 75 В 0.15A Диоды
    • ZD1, ZD2: 1N4744, стабилитрон

    Конденсаторы

    • C5: 22 мкФ 16 В, электролитические
    • C3, C6, C7, C10: 10 мкФ 16 В, электролитические
    • C4: 1 мкФ 6312 В
    • C1: 470nF 63V, полиэстер
    • C2, C8: 100nF 63V, полиэстер
    • C9: 56nF 63V, полиэстер

    0,25W Допуск резисторов: 1%

    • R1, R4, R10: 100K
    • R3 , R5: 10K
    • R6, R7: 2.2K
    • R2: 1K
    • R8, R9: 47 Ом
    • VR1: Подстроечный резистор 10K
    • VR2: Подстроечные потенциометры 10K
    • VR3, VR4: Подстроечные потенциометры 100K
    • 10K Потенциометр
    • Прочие детали, печатная плата, радиатор и многое другое.

    Управление двигателем 24 В с защитой от короткого замыкания 20 А

    Это контроллер двигателя 24 В постоянного тока при токе 20 Ампер. По нему используется управление IC SG3526B в символьном ШИМ, которое получает очень много и приводной двигатель с мощностью Mosfet номер IRFP7410 x 2 шт. Затем можно применить к двигателю постоянного тока при использовании 20 ампер, удобнее и по-прежнему иметь схему защиты от выстрела. Вы видите, как детализация добавляется на изображенной схеме.

    Вращение скорости ШИМ вперед-назад и рекуперативное торможение

    Это цепь вращения двигателя постоянного тока скорости ШИМ.Он может работать в прямом и обратном направлении и с функцией рекуперативного торможения. По этой схеме используется сигнал ШИМ управления скоростью двигателя постоянного тока 12 В с силовым полевым МОП-транзистором IRF150.

    Реле RY1 использует управление реверсом с цифровой сигнализацией, изменением, Q10. Реле RY2 работает как функциональный тормозной резистор. С помощью управления Запуск или остановка с помощью цифрового сигнала тревоги с помощью. F1, используйте защиту через цепь.

    D1 используется для защиты обратного тока от двигателя постоянного тока. Детали другие, пожалуйста, смотрите в схеме.

    ПОЛУЧИТЬ ОБНОВЛЕНИЕ ПО ЭЛЕКТРОННОЙ ПОЧТЕ

    Я всегда стараюсь сделать Electronics Learning Easy .

    4QD-TEC: ШИМ-регулятор скорости

    Содержание этой страницы

    Введение

    4QD производит ШИМ-регуляторы скорости для электродвигателей, поэтому вы вряд ли ожидаете, что мы дадим вам все наши собственные уникальные схемы и технические ноу-хау, но есть много всего, что является общественным достоянием, и есть также способы сделать ШИМ, которые мы опробовали. и отклонено (по любой причине). Эта страница должна дать вам хорошее представление о задействованных принципах и о том, что делать, а также о том, чего не следует делать!

    Эта страница фактически первая из длинной серии, посвященной управлению двигателями, но остальные страницы доступны только членам 4QD-TEC.

    Коммерческий контроллер двигателя — это больше, чем просто схема для изменения скорости двигателя, и у нас есть «экскурсия» по функциям контроллера, которая просто объясняет большинство функций, встроенных в современные контроллеры, и почему они необходимы.

    Принципы

    Для управления скоростью постоянного тока. двигателю нам понадобится переменное напряжение постоянного тока. источник питания. Однако, если вы возьмете двигатель 12 В и включите питание, двигатель начнет ускоряться: двигатели не реагируют немедленно, поэтому для достижения полной скорости потребуется небольшое время.Если мы отключим питание до того, как двигатель достигнет полной скорости, он начнет замедляться. Если мы включим и выключим питание достаточно быстро, двигатель будет работать с некоторой скоростью между нулевой и полной скоростью. Это именно то, что p.w.m. контроллер делает: он включает двигатель серией импульсов. Для управления скоростью двигателя он изменяет (модулирует) ширину импульсов — отсюда и широтно-импульсная модуляция.

    Рассмотрим сигнал выше. Если двигатель соединен одним концом с плюсом батареи, а другим концом с минусом батареи через переключатель (полевой МОП-транзистор, силовой транзистор или аналогичный), то, если полевой МОП-транзистор включен на короткий период и выключен на длительное время, как в A выше, двигатель будет вращаться только медленно.В точке B переключатель находится в положении 50%, а выключении — 50%. В точке C двигатель работает большую часть времени и выключен только на короткое время, поэтому скорость близка к максимальной. В практическом контроллере низкого напряжения переключатель открывается и закрывается с частотой 20 кГц (20 тысяч раз в секунду). Это слишком быстро для бедного старого двигателя, чтобы даже понять, что он включается и выключается: он думает, что питается от чистого постоянного тока. Напряжение. Это также частота выше слышимого диапазона, поэтому любой шум, издаваемый двигателем, будет неслышным. Он также достаточно медленный, чтобы полевые МОП-транзисторы могли легко переключаться на этой частоте.Однако у двигателя есть индуктивность. Индуктивность не любит изменений тока. Если двигатель потребляет какой-либо ток, то этот ток течет через переключающий MOSFET, когда он включен — но куда он будет течь, когда MOSFET выключится? Читайте и узнайте!

    Рассмотрим схему выше: на ней показаны полевой МОП-транзистор привода и двигатель. Когда ведущий полевой МОП-транзистор проводит ток, ток течет от положительного полюса батареи, через двигатель и полевой МОП-транзистор (стрелка A) и обратно к отрицательному полюсу батареи. Когда полевой МОП-транзистор выключается, ток двигателя продолжает течь из-за его индуктивности.К двигателю подключен второй полевой МОП-транзистор: полевые МОП-транзисторы действуют как диоды для обратного тока, а это обратный ток, проходящий через полевой МОП-транзистор, поэтому он проводит. Вы можете использовать такой полевой МОП-транзистор (закоротить его затвор до источника) или использовать силовой диод. Однако не так широко понятный факт о полевых МОП-транзисторах заключается в том, что, когда они включены, они проводят ток в любом направлении. Проводящий МОП-транзистор является резистивным по отношению к току в любом направлении, а на МОП-транзисторе с проводящей мощностью на самом деле падает меньше напряжения, чем на прямом смещенном диоде, поэтому МОП-транзистор требует меньше радиатора и расходует меньше энергии батареи.

    Из приведенного выше вы должны увидеть, что если приводной MOSFET включен в течение 50% рабочего цикла, напряжение двигателя составляет 50% напряжения батареи, и, поскольку ток батареи течет только при включенном MOSFET, ток батареи течет только в течение 50% времени, поэтому средний ток батареи составляет только 50% тока двигателя!

    Главный конденсатор

    Однако существует проблема: когда полевой МОП-транзистор выключается, он не только прерывает ток двигателя, но также прерывает ток, текущий от батареи.Провода от батареи имеют индуктивность (как и батарея), поэтому, когда этот ток прерывается, эта индуктивность вызывает всплеск напряжения: в цепи основной конденсатор поглощает (большую часть) этот всплеск. Когда приводной полевой МОП-транзистор снова включается, аккумуляторный ток должен течь быстро, чего он не может. Главный конденсатор подает ток во время восстановления тока батареи. В контроллере, способном выдавать 120 ампер, этот конденсатор работает очень тяжело, и, если большой ток потребляется слишком долго (в зависимости от длины провода аккумулятора), главный конденсатор может взорваться! На ранних этапах разработки мы когда-то использовали стандартные конденсаторы с проволочным концом и расплавляли провода конденсатора! Конденсаторы имеют провода с медным покрытием из стали , и в системах управления двигателями эти провода могут сильно нагреваться!

    Из вышесказанного очевидно, что работа этого конденсатора в значительной степени зависит от индуктивности контура проводов батареи.Длинные провода будут иметь высокую индуктивность. Скручивание проводов аккумулятора снижает их индуктивность.

    Само собой разумеется, что сопротивление в выводах батареи будет иметь эффект, аналогичный индуктивности, поэтому эти провода должны быть толстыми.

    Также некоторые люди хотят вставить амперметр в провода аккумулятора. Следует устоять перед соблазном: в частности, простые автомобильные амперметры обладают высокой индуктивностью!

    Простые контроллеры (например, используемые для моторизованных сумок для гольфа) обычно не имеют дорогостоящего главного конденсатора и зависят от емкости батареи.Вам это может сойти с рук — и Eagle и Egret — такие контроллеры. Однако краткое объяснение эффектов необходимо. Чтобы проиллюстрировать это, приведен график напряжения батареи, который можно увидеть с помощью осциллографа, подключенного непосредственно к источнику питания батареи на клеммах контроллера. Заземление осциллографа находится на отрицательной шине.

    Вверху показан положительный полюс аккумуляторной батареи, вид сверху, внизу — отрицательный полюс двигателя (который переключается контроллером).Осциллограммы были сильно очищены, чтобы проиллюстрировать: на практике на осциллограмме много «грязного» звона. Показано напряжение питания 12 В.

    Мы соединяем кривую в точке, где нет тока батареи: выход двигателя высокий, и ток повторно циркулирует в маховике. В точке A включается полевой МОП-транзистор привода контроллера, отвлекая ток двигателя от батареи. Но выводы батареи имеют индуктивность! Ток батареи не может начаться немедленно, поэтому провода батареи упадут до 12 В, и напряжение контроллера гаснет до тех пор, пока индуктивность свинца не сможет зарядиться, что происходит в пункте B.Время A-B зависит от тока и индуктивности контура батареи и может составлять значительную часть времени цикла!

    Затем, в точке C, нижний полевой МОП-транзистор резко выключается, прерывая ток. Ток двигателя — это не проблема, он продолжает течь, и устройство маховика должно быть здесь, чтобы убедиться, что это так! Но вы не можете внезапно остановить ток батареи — поэтому он выступает в виде большого скачка напряжения. Этот всплеск нарастает до тех пор, пока что-то не сработает: в этом случае он достигает напряжения лавинного пробоя полевого МОП-транзистора, и полевой МОП-транзистор фиксирует его.Вы можете легко увидеть напряжение зажима с плоской вершиной с помощью осциллографа. МОП-транзисторы рассчитаны на повторяющуюся энергию лавины, и вы должны быть уверены, что 1 / 2Li², хранящийся в индуктивности контура батареи, намного ниже безопасной повторяемой энергии лавины.

    Это проблема: вычислить индуктивность контура батареи практически невозможно — даже для инженера. Игроку это сделать — ну, сложно. Таким образом, производитель просто поставляет контроллеры известной группе клиентов, которые используют их стандартными способами, и решает проблемы по мере их возникновения на эмпирической основе.Это всегда вопрос нетехнического покупателя, пытающегося получить что-то даром: нужен главный конденсатор. Для некоторых приложений вы действительно можете обойтись без! Но это определенно «сходит с рук»!

    В контроллерах с главным конденсатором большая часть (но не все) нарушения питания сглаживаются конденсатором. Тем не менее, вы увидите положительный выброс и звон при прерывании тока батареи.

    Рекуперативное торможение


    Вы можете захотеть вернуться к этому биту после того, как изучите две схемы ниже.«Очень простой контроллер» не включает рекуперативного торможения, в отличие от «более сложного контроллера». Это описание необходимо читать вместе со второй схемой, но оно также относится к приведенной выше схеме, поэтому оно вставлено в этот момент, чтобы избежать повторной загрузки схемы.

    Похоже, что одним из тщательно охраняемых секретов управления двигателем является рекуперативное торможение. Тем не менее, это на самом деле не секрет: схемы, обеспечивающие рекуперативное торможение, не редкость, но, похоже, мало кто понимает, что происходит.Итак, начнем.

    В первой схеме (выше) показана выходная пара полевых МОП-транзисторов с приводом двигателя. Также было указано, что для двигателя выходной сигнал контроллера является чистым постоянным током. напряжение (поскольку индуктивность двигателя поддерживает постоянный ток в течение цикла переключения). Теперь двигатель будет генерировать обратную ЭДС. который пропорционален его скорости вращения. При нулевой нагрузке это задняя э.д.с. поднимется до уровня выходного сигнала контроллера.

    Мы уже видели, что полевой МОП-транзистор представляет собой двунаправленный переключатель, который резистивно проводит (когда он включен) для обоих направлений тока. Итак, рассмотрим ситуацию, когда ток равен нулю, а мощность контроллера теперь уменьшена. Мотор задний э.д.с. теперь выше, чем выходное напряжение контроллера, поэтому двигатель будет пытаться подавать ток обратно в контроллер. Если это удастся, мотор затормозится — у нас будет рекуперативное торможение.

    Этот тип схемы (где верхняя сторона включается, когда нижняя сторона выключена) может подавать ток или понижать его .Это работает следующим образом: обратный ток двигателя теперь является прямым током к полевому МОП-транзистору маховика, поэтому, когда он включен, он замыкает двигатель, тормозной ток которого возрастает в течение этого периода (стрелка B, перевернутая). Теперь полевой МОП-транзистор с маховиком отключается, но этот ток должен продолжать течь — из-за индуктивности двигателя. Таким образом, он течет как обратный ток через приводной полевой МОП-транзистор, при этом заряжая батарею. Дополнительное напряжение для этого получается из энергии, запасенной в индуктивности двигателя.Процесс переключения с привода на торможение полностью автоматический. Более того, это полностью достигается за счет того, что скорость двигателя превышает напряжение привода, и без каких-либо изменений состояния или переключений в контроллере. Регенеративное торможение — это, если хотите, побочный продукт конструкции контроллера и почти полная авария.


    Очень простой контроллер

    Схема ниже описывает простейший контроллер мотора. Для пользы всех, кто хоть что-нибудь знает о контроллерах моторов — компания 4QD не разрабатывала эту схему, и мы полностью от нее отказываемся, так что смело смейтесь или плачьте, не веря своим глазам.Если вы решили сделать это — да, работает, но раз уж мы это не проектировали и не нравится — извините, но вы сами по себе!

    Тем не менее, это схема, которую мы собирали за один раз для заказчика, а сделали несколько тысяч! Многие из них все еще разъезжают по полям для гольфа в Великобритании — так что это работает! Он также показывает, чего не следует делать!

    Первые три секции 4049 скомпонованы с общей обратной связью через резистор 220 кОм и конденсатор 22 нм на входе для сдвига фазы в качестве генератора.Выходной сигнал представляет собой прямоугольный сигнал, который буферизируется другими тремя каскадами 4049 для управления затворами MOSFET. Когда потенциометр на входе изменяется, среднее напряжение на 22n изменяется, и это изменяет отношение метки к пространству (рабочий цикл) генератора. Когда потенциометр установлен на минимум, генератор останавливается с низким уровнем на выходе (т. Е. Полевые МОП-транзисторы не имеют управления затвором и полностью выключены), а с максимальным потенциалом генератор останавливается с высоким выходом — полевые МОП-транзисторы включены все время.Есть несколько проблем: во-первых, такое «вытягивание» осциллятора меняет его частоту. Это не слишком сильно влияет на работу, за исключением того, что если частота становится слишком высокой, полевые МОП-транзисторы включаются и выключаются слишком быстро и становятся слишком горячими. Если он слишком низкий, становится слышна частота генератора и двигатели воют. Другая проблема заключается в том, что практически невозможно вывести осциллятор так, чтобы оно варьировалось от очень высокого до очень низкого отношения метки к пространству! 82K и 2n2 помогают в этом отношении, вводя отрицательную обратную связь для уменьшения усиления в контуре положительной обратной связи, так что генератор только колеблется: это добавление 4QD в схему, и до того, как это было сделано, у контроллера был неприятный скачок от От 80% до 100% полной скорости.Обратите внимание, что IC — это 4049UB (без буферизации), буферизованная версия работать не будет. Кроме того, некоторые модели 4049UB не работают должным образом (кто-нибудь использовал излишки Toshiba 4049UB?), Потому что они слишком хороши!

    Другая неприятная вещь заключается в том, что горшок изменяет осциллятор только примерно в 1/3 своего полезного диапазона: в данном случае это было нормально, потому что горшок использовался в поворотной рукоятке с ходом только на 90 градусов! Но необходимо было отрегулировать ручку, чтобы диапазон был правильным.

    Вот вам и генератор / модулятор.Но поднимите руку всем, кто заметил отсутствие главного конденсатора, о котором я упоминал выше. Это дорогие компоненты: кейди для гольфа, как правило, не используют их по этой причине. Что происходит, так это то, что когда полевые МОП-транзисторы выключают индуктивность контура батареи, возникает большой скачок напряжения на полевом МОП-транзисторе привода (который выключен — помните, что ток двигателя теперь (в основном) протекает через диод). Но между плюсом батареи и затвором MOSFET есть стабилитрон на 36 В. На нем присутствует скачок напряжения, поэтому он проводит, и старый бедный МОП-транзистор снова включается.Фактически стабилитрон ограничивает частоту выключения полевого МОП-транзистора до уровня, необходимого для поддержания импульса 40 В. МОП-транзисторы — очень прочные устройства, и они выдержат такое злоупотребление (но есть более элегантные способы сделать это). Когда MOSFET снова включается, батарея пытается протолкнуть ток через индуктивность контура батареи, но не может, поэтому напряжение на контроллере падает при попытке. Но на затворе MOSFET присутствует напряжение, и если бы не было диода, включенного последовательно с стабилитроном, стабилитрон был бы смещен в прямом направлении, закорачивая затвор на положительную шину (теперь при нулевом напряжении из-за обрыва питания).

    Обратите внимание на диод питания как на обратный ход. Если вы посмотрите спецификации на STP60N06 и 25JPF40, вы увидите, что это некоторый перебор (грубая сила и много невежества), но эта комбинация была достигнута заказчиком, просто использовав более толстое устройство, пока он не перестал отказываться. ! Никакой утонченности! Чтобы усугубить травму, контроллер практически не имел радиатора и был помещен в пластиковый корпус. С точки зрения разработчика электроники, в схеме было очень мало правильного — кроме того, что она работала, и заказчик был ей вполне доволен! Я должен признать, что это на самом деле два важнейших критерия!

    Также нет ничего, что могло бы ограничить ток, протекающий через полевые МОП-транзисторы, за исключением того, что полевые МОП-транзисторы представляют собой устройства 2 x 60 ампер, а ток заторможенного двигателя составлял около 60 ампер.


    Чуть более сложный контроллер


    Вторая цепь как бы связана с первой. Когда я увидел первую схему, она мне не понравилась, и я быстро собрал вторую схему, чтобы показать заказчику, что можно сделать. На самом деле он работает неплохо, но мы сделали всего несколько прототипов. Выпуск 2 стал первой производственной версией нашей серии 2QD. Вы можете смело предположить, что нынешние контроллеры значительно продвинулись дальше этого раннего контроллера! Тем не менее, это простая схема, которая хорошо справляется со своей задачей (в пределах своих ограничений).Это хорошо иллюстрирует принципы.

    В схеме используется 3524, «регулирующий широтно-импульсный модулятор», поэтому краткое описание ИС, кажется, уместно. Чип предназначен для источников питания и имеет два чередующихся выхода (контакты 11 и 14), каждый из которых может работать от 0% до 45% времени цикла. Но эти выходы можно соединить вместе, как мы это сделали здесь. Подключенный таким образом выход представляет собой обычный выход ШИМ (как описано в верхней части этой страницы) с фиксированной частотой и переменной времени включения от 0% до 90%.Что, кстати, является одним из основных недостатков чипа — 90% своевременности означает, что вы можете получить только 90% полной скорости, а не 100%. Это основная причина, по которой 4QD перестал его использовать.

    Осциллятор


    Частота генератора контролируется резистором и конденсатором, подключенными к контактам 6 и 7. Выход генератора, а также внутреннее соединение, доступен на контакте 3. Выход генератора используется для управления удвоителем напряжения для верхней стороны. Поставка ворот MOSFET. Подробнее об этом позже.

    Регулятор


    Также имеется встроенный стабилизатор: питание подается на контакт 15 (контакт 8 — 0 В), контакт 16 — это выход регулируемого опорного напряжения 5 В. Он используется для управления потенциометром скорости (3-контактный разъем). Он также используется для отключения при понижении напряжения на контакте 10. Подробнее об этом позже!

    Компаратор


    Рампа генератора внутренне связана с компаратором, который сравнивает его с сигналом управления скоростью. Выходом этого компаратора является ШИМ-сигнал.

    Вход требуемой скорости от ползунка потенциометра подается на контакт 2. Это вход обычного операционного усилителя, выход с контакта 9 и отрицательная обратная связь поступает через предустановку на вывод 1: затем предустановка регулирует усиление. . Однако этот операционный усилитель необычен тем, что его выход также подключен ко второму «операционному усилителю» таким образом, что второй может перекрыть первый и снизить его выход. Второй используется для ограничения тока. Его положительный вход находится на контакте 4, а его инвертирующий вход — это контакт 5 (который подключен к 0 В).

    Выходной сигнал ШИМ от 3524 подается на пару эмиттерных повторителей, чтобы обеспечить соответствующее управление затвором. Резисторы затвора 47R замедляют время нарастания (включения), а диоды обеспечивают быстрое отключение. 150pf также замедляет время нарастания. Однако эти же 150 пФ также ускоряют выключение верхнего привода (маховика). Hiside следует включать только тогда, когда полевой МОП-транзистор (управляющий) выключен, и, в идеале, должен быть небольшой «нижний слой» — период во время переключения (как при включении, так и при выключении), когда ни один из полевых МОП-транзисторов не имеет напряжения затвора.Если оба работают одновременно, возникает сильный ток, который вызывает нагрев и, в крайнем случае, может быть разрушительным.

    МОП-транзисторы

    Поскольку в нем используются полевые МОП-транзисторы для измерения собственного тока, он может работать с широким спектром полевых МОП-транзисторов. Однако — он предназначен для стандартных полевых МОП-транзисторов. В частности, высокий уровень вряд ли будет правильно работать с полевыми МОП-транзисторами логического уровня, если вы не измените значения несколько.

    Имейте в виду, что затворы MOSFET управляются от линии батареи.Это старая схема, и когда она была спроектирована, у полевых МОП-транзисторов напряжение пробоя затвора составляло около 30 В. С современными полевыми МОП-транзисторами это напряжение становится ниже, и если вы используете полевой МОП-транзистор с максимальным напряжением затвора 20 В — работа привода от батареи 24 В может привести к появлению дыма!

    Привод верхнего калитки


    Верхний полевой МОП-транзистор требует, чтобы его затвор был поднят над положительной шиной питания, поскольку, когда он проводит, и его затвор и исток, по сути, замкнуты друг на друга и на шину питания.Для этого его затвор должен быть как минимум на 7 вольт выше источника и, следовательно, выше источника питания.

    Для этого выходной сигнал генератора 3524 используется для управления схемой накачки. Три транзистора слева усиливают генератор до прямоугольной формы, которая подается на конденсатор накачки 100 нМ и на два диода в конфигурации удвоителя напряжения. Выход удвоителя подается на стабилитрон 12в. Теперь, когда включен МОП-транзистор с обратной стороны, нижняя часть стабилитрона подключена к отрицательной шине питания, так что будет путь постоянного тока от +24 через оба диода и стабилитрон.Резистор 470R, включенный последовательно с диодами накачки, ограничивает ток через этот путь.

    Это поднимает еще один вопрос о насосах высокого давления. Помимо удвоителя напряжения существует также схема «самозагрузки». Не обращайте внимания на цепь насоса. Когда полевой МОП-транзистор с обратной стороны проводит ток, через стабилитрон (как мы видели) будет протекать ток, поэтому конденсатор на стабилитроне будет заряжаться. Когда включается верхняя сторона, этот конденсатор будет сохранять этот заряд, который будет обеспечивать управление затвором верхней стороны.Поэтому нам действительно не нужна насосная схема. Подача энергии на этом конденсаторе прекратится, когда выход перестанет переключаться с отключенной стороной низкого напряжения. Это происходит при очень низких скоростях двигателя, когда (или после) двигатель останавливается, поэтому отсутствие привода не является проблемой. Единственная причина, по которой 2QD имеет гистидиновый насос, заключается в том, что можно использовать два из них, подключенные друг к другу, в мостовой конфигурации. В этой конкретной конфигурации шестигранный привод не должен разрушаться, когда выход перестает переключаться.

    Снижение пониженного напряжения.


    Если вы слишком сильно разряжаете свинцово-кислотную батарею, вы навсегда сокращаете ее срок службы. Таким образом, эта схема измеряет питание и сравнивает его с эталонным источником питания 5 В. Если напряжение батареи падает слишком низко, транзистор блокирует схему ШИМ, подавая сигнал на контакт 10.

    На самом деле эта функция не так необходима, как некоторые думают: с каждой такой «функцией», как эта, есть компромиссы. См. Наше руководство по функциям контроллера для получения дополнительной информации.

    Ограничение тока


    Я рассмотрел измерение тока зеркала MOSFET в другом месте.Вот приложение. Вход считывания 3524 разработан для этого типа измерения тока: он имеет встроенное смещение 200 мВ, поэтому, когда сигнал на выводе 4 превышает 200 мВ, 3524 сокращает время включения, уменьшая скорость двигателя. 330R и 100R определяют напряжения полевого МОП-транзистора, поэтому с этими значениями предел будет около 800 мВ на полевом МОП-транзисторе. Отрегулируйте 100R для разных полевых МОП-транзисторов. Это определение тока довольно хорошо работает с 3524, но сама микросхема обеспечивает регулируемое ограничение тока в зависимости от длительности импульса включения, поэтому измеряемый ток в некоторой степени зависит от характеристик двигателя.

    Недостатки

    Хотя эта схема работает и является практичным контроллером, есть несколько недостатков. Мы не будем вдаваться в подробности здесь, но почти все они объяснены и предоставлены средства правовой защиты членам The Electronics Club , но если вы хотите узнать, как это сделать, вам нужно будет подписаться на 4QD-TEC, см. Нижнюю часть этой страницы.

    • Как указывалось ранее, цепь 3524 не даст более 90% полной скорости.
    • Цепь ограничена по току в режиме движения, но если вы заведете автомобиль на вершине холма и начнете тормозить на спуске, нет ничего, что могло бы ограничить регенерированный ток.Вполне возможно добавить ограничение на торможение с регенерацией, и у 4QD есть уникально простой и эффективный способ сделать это — подобного, которого я не видел больше нигде. Вам нужно будет присоединиться к 4QD-TEC, чтобы получить подробную информацию!
    • Регенеративное перенапряжение. Если аккумулятор отключается при торможении, регенерированная энергия не может быть возвращена в нее: вместо этого регенерированная энергия накачивает напряжение на контроллере до тех пор, пока полевые МОП-транзисторы не выйдут из строя: если они не могут поглотить регенерируемую энергию, тогда у вас будет дорогостоящий дым. генератор.Вылечить легко.
    • Одна вещь, которая разрушает контроллеры MOSFET, — это реверсирование батареи: теперь два MOSFET представляют собой два диода с прямым смещением, подключенных к батарее. См. Наш список часто задаваемых вопросов для лечения.
    • Еще одна вещь, которая разрушает все известные контроллеры MOSFET, — это буксировка транспортного средства, в котором они установлены. Если обратная ЭДС двигателя превышает напряжение батареи, ведущий MOSFET становится диодом с прямым смещением, подающим сгенерированный выход двигателя прямо на аккумулятор. Невозможно ограничить этот ток, поэтому полевой МОП-транзистор вспыхивает и создает клубы дыма.К счастью, такой режим отказа встречается довольно редко, но простой защиты от него действительно нет.

    ШИМ и обогрев двигателя


    Популярная «сказка старой жены» состоит в том, что ШИМ заставляет двигатель нагреваться больше, чем чистый постоянный ток. Как и большинство старых женских сказок, это исходит из частичной правды, взращенной непониманием. «Миф» возникает из-за того, что, если частота слишком низкая , ток будет прерывистым (или, по крайней мере, переменным в зависимости от формы сигнала ШИМ), потому что индуктивность двигателя не может поддерживать ток должным образом в период отключения сигнала.Таким образом, ток двигателя будет импульсным, а не непрерывным. Средний ток будет определять крутящий момент, но нагрев будет интегралом от квадрата тока (нагрев пропорционален I²R) — «форм-фактор» тока будет больше единицы. Чем ниже частота, тем выше ток пульсации и сильнее нагрев.

    Рассмотрим упрощенный случай, когда ток либо включен, либо выключен. Если ток течет, скажем, 1/3 времени, и вам требуется крутящий момент от двигателя, эквивалентный тому, который дает постоянный ток в 1 ампер, то вам явно понадобится средний ток 1 ампер.Для этого при рабочем цикле 33% у вас должно быть 3 ампера (ток течет в течение 1/3 времени).

    Теперь ток в 3 ампера даст 9-кратный (я возведен в квадрат) эффект нагрева, равный 1 амперам непрерывного действия.

    Но если 3 ампера протекают только 1/3 от общего времени — значит, нагрев двигателя в 9 раз за 1/3 времени — или в 3 раза больше, чем устойчивый 1 ампер! Говорят, что этот сигнал имеет «форм-фактор» 3 (или это 33% — без сомнения, кто-то меня поправит!)

    Однако — если частота повторения импульсов достаточно высока, индуктивность двигателя вызовет эффект маховика, и ток станет стабильным.Например, двигатель Lynch имеет индуктивность всего 39 микрогенри (это один из известных мне двигателей с самой низкой индуктивностью) и сопротивление 0,016 Ом. «Постоянная времени» для цепи L-R равна L / R, что (для двигателя Lynch) дает 2,4 мс. Для SEM DPM40P4 (1 кВт) индуктивность составляет 200 микрогенри, а сопротивление 40 миллиом, что дает постоянную времени 5 мсек.

    Как показывает опыт, чтобы избежать излишних математических вычислений, период повторения импульсов должен быть значительно короче постоянной времени двигателя.

    Другие факторы, влияющие на PRF:
    Если он находится в звуковом диапазоне, двигатель может издавать вой (вызванный явлением, известным как «магнитострикция», поэтому держитесь выше звукового диапазона.
    Схема MOSFET рассеивает больше всего при переключении из одного состояния в другое, поэтому частота не должна быть слишком высокой — MOSFET можно использовать до 100 кГц с осторожностью, но это становится немного выше.
    RF-излучения: они увеличиваются с увеличением частоты, поэтому сохраняйте частоту как можно ниже!

    Очевидно, что трудно выбрать «лучший» компромисс между ними, но оптимальная частота, по-видимому, составляет около 20 кГц.


    Послесловие

    Очевидно, что этот сценарий охватывает лишь небольшую часть задействованной технологии: взгляните на спецификацию нашего Pro-120. Он имеет линейные линейные ускорения и замедления, ограничение чрезмерного разряда, блокировку высоких педалей, двойное линейное изменение направления, ограничение тока рекуперации, защиту от обратной полярности, а также все пункты, упомянутые здесь. Мы также указываем 110 ампер на 1 минуту: правда в том, что мы получаем около 120 ампер за одну минуту. Мы также не знаем «честного» способа его уничтожить: даже короткое замыкание двигателя не приведет к его повреждению.Движение задним ходом на полной скорости безопасно. Переворачивание аккумулятора безопасно. Отключение аккумулятора на полной скорости безопасно (для контроллера, но не ожидайте, что он затормозит машину). Затем мы попытались защитить его от всего, что могут сделать с ним нетехнические заказчики. Мы думаем, что добились успеха — пока, конечно, не найдем покупателя умнее нас! Даже если бы я был готов попробовать, есть способ выразить словами весь опыт, необходимый для разработки такого контроллера, не говоря уже о том, чтобы получить прибыль от его продажи по той цене, которую мы делаем.Если вы в это не верите, попробуйте запросить единовременную цену на любой аналогичный контроллер.


    Другие страницы, относящиеся к этому:

    Все эти страницы находятся в личном кабинете участников.
    PWM Часть 2 Имеет дело с схемами раннего 2QD. Включает принципиальную схему и описание.
    PWM Часть 3 Развитие серии 2QD. Позже схема и изменения в деталях.
    PWM Часть 4 Современная серия 2QD. Подробное обсуждение. Включает

    • Предел тока при рекуперативном торможении
    • Использование гистид-полевого МОП-транзистора в качестве синхронного выпрямителя без регенерации.

    ШИМ Часть 5 Изменение скорости и реверсирование. Контроллеры серии NCC, разработанные на основе 2QD.
    PWM Часть 6 Формы сигналов и коммутация в полумосте MOSFET
    ШИМ-управление скоростью двигателя. Часть 7 Начинает работать с полным мостовым управлением.
    Схема, плата и конструктивные особенности серии 2QD
    Информация о странице
    © 1996-2011 4QD-TEC
    Автор страницы: Ричард Торренс

    Цепь ШИМ управления скоростью двигателя постоянного тока

    Цепь ШИМ управления скоростью двигателя постоянного тока

    Двигатель постоянного тока используется во многих приложениях, а в некоторых случаях требуется управление скоростью двигателя постоянного тока, иногда требуется управление направлением вращения.Здесь простая схема ШИМ управления скоростью двигателя постоянного тока построена с использованием микросхемы IC 555 и микросхемы драйвера двигателя L293D.


    На следующей схеме таймер IC 555 действует как генератор ШИМ, а драйвер двигателя H-моста IC L293D берет на себя ответственность за управление двигателем в зависимости от входного сигнала ШИМ. Здесь направление вращения двигателя можно изменить, изменив входные штыри.

    Сигнал ШИМ

    Когда мы подаем питание постоянного тока на двигатель, он начинает вращать вал, но мы не можем контролировать его обороты (оборотов в минуту), когда мы подаем сигнал ШИМ, поскольку питание двигателя постоянного тока зависит от рабочего цикла ШИМ, мы можем контролировать частоту вращения двигателей постоянного тока.

    Здесь рабочий цикл представляет собой процент времени включения в один период и зависит от длительности времени включения и скорости вращения двигателя (об / мин).

    Работа Н-моста

    Н-мост или ИС драйвера двигателя, такие как L293D, используются для преобразования сигнала управления с низким энергопотреблением в сигнал, достаточный для управления двигателями, и для изменения направления питания двигателя нагрузки.

    зависит от положения переключателя в открытом и закрытом положении, двигатель получает питание в прямом и обратном направлении, поэтому вращение изменяется по часовой стрелке или против часовой стрелки в зависимости от положения переключателя, так работают драйверы двигателя H-Bridge.

    Принципиальная схема

    Необходимые компоненты

    1. Двигатель постоянного тока (1000 об / мин) 9 В
    2. IC L293D
    3. IC 555
    4. Аккумулятор 9 В
    5. Переменный резистор 100 кОм
    6. Резистор 1 кОм
    7. Резистор 100 Ом = 2.
    8. Конденсатор электролитный 1 мкФ, 0,1 мкФ
    9. Диод 1N4007 = 2
    10. тумблер
    11. Хлебная доска
    12. Соединительные провода

    Строительство и работа

    Здесь таймер IC 555, используемый в качестве генератора прямоугольных импульсов, зависит от величины переменного резистора, изменяется ширина выходного импульса или рабочий цикл, а выходной сигнал IC 555 напрямую подается на H-мост IC L293D драйвера двигателя через тумблер.Используя тумблер, мы можем изменить входной контакт L293D. Двигатель постоянного тока подключается между выходом 1 и выходом 2.

    Драйвер двигателя L293D

    Микросхема L293D имеет 16 контактов и может одновременно управлять двумя двигателями. На схеме показано двунаправленное управление двигателем постоянного тока.

    Зачем и как контролировать скорость вращения вентилятора для охлаждения электронного оборудования

    Введение

    Растет интерес к интегральным схемам для управления скоростью охлаждающих вентиляторов в персональных компьютерах и другом электронном оборудовании.Компактные электрические вентиляторы дешевы и используются для охлаждения электронного оборудования более полувека. Однако в последние годы технология использования этих вентиляторов значительно изменилась. Эта статья расскажет, как и почему произошла эта эволюция, и предложит некоторые полезные подходы для дизайнера.

    Производство и отвод тепла

    В электронике, особенно потребительской электронике, наблюдается тенденция к выпуску небольших продуктов с улучшенными комбинациями функций.Следовательно, многие электронные компоненты превращаются в очень маленькие форм-факторы. Наглядный пример — ноутбук. Тонкие и «облегченные» ноутбуки значительно сократились, но их вычислительная мощность сохранилась или увеличилась. Другие примеры этой тенденции включают проекционные системы и телевизионные приставки. Что общего у всех этих систем, помимо значительно меньшего — и все еще уменьшающегося — размера, так это то, что количество тепла, которое они должны рассеивать, не уменьшается; часто увеличивается! В портативном ПК большая часть тепла генерируется процессором; в проекторе большая часть тепла генерируется источником света.Это тепло нужно отводить тихо и эффективно.

    Самый тихий способ отвода тепла — использование пассивных компонентов, таких как радиаторы и тепловые трубки. Однако во многих популярных продуктах бытовой электроники этого оказалось недостаточно — к тому же они довольно дороги. Хорошей альтернативой является активное охлаждение, введение вентилятора в систему для создания воздушного потока вокруг корпуса и тепловыделяющих компонентов, эффективного отвода тепла из системы. Однако вентилятор является источником шума.Это также дополнительный источник энергопотребления в системе — очень важное соображение, если питание должно подаваться от батареи. Вентилятор также является еще одним механическим компонентом системы, что не является идеальным решением с точки зрения надежности.

    Регулировка скорости — один из способов ответить на некоторые из этих возражений против использования вентилятора — может иметь следующие преимущества:

    1. Работа вентилятора медленнее снижает уровень шума, который он излучает,
    2. , если вентилятор работает медленнее, он может снизить потребляемую мощность,
    3. , работающий медленнее вентилятора, увеличивает его надежность и срок службы.

    Существует множество различных типов вентиляторов и способов управления ими. Мы обсудим здесь различные типы вентиляторов, а также преимущества и недостатки используемых сегодня методов управления. Один из способов классифицировать поклонников:

    1. 2-проводные вентиляторы
    2. Вентиляторы 3-проводные
    3. Вентиляторы 4-х проводные.

    Здесь обсуждаются следующие методы управления вентиляторами:

    1. без управления вентилятором
    2. двухпозиционное управление
    3. линейное (постоянное) управление
    4. низкочастотная широтно-импульсная модуляция (ШИМ)
    5. управление высокочастотным вентилятором.

    Типы вентиляторов

    Двухпроводный вентилятор имеет клеммы питания и заземления. Трехпроводный вентилятор имеет питание, массу и тахометрический выход (тахометр) , который выдает сигнал с частотой, пропорциональной скорости. Четырехпроводной вентилятор имеет питание, массу, выход тахометра и вход привода ШИМ. Короче говоря, ШИМ использует относительную ширину импульсов в последовательности двухпозиционных импульсов для регулировки уровня мощности, подаваемой на двигатель.

    Управление двухпроводным вентилятором осуществляется путем регулировки либо напряжения постоянного тока, либо ширины импульса в низкочастотной ШИМ.Однако при наличии всего двух проводов сигнал тахометра не всегда доступен. Это означает, что нет никаких указаний относительно того, насколько быстро вентилятор работает — или действительно, работает ли он вообще. Эта форма управления скоростью — разомкнутый контур .

    Трехпроводным вентилятором можно управлять с помощью привода того же типа, что и для двухпроводных вентиляторов — регулируемого постоянного тока или низкочастотной ШИМ. Разница между 2-проводными вентиляторами и 3-проводными вентиляторами заключается в наличии обратной связи от вентилятора для регулирования скорости с обратной связью.Сигнал тахометра показывает, работает ли вентилятор и его скорость.

    Сигнал тахометра, управляемый напряжением постоянного тока, имеет прямоугольную форму на выходе, очень напоминающую «идеальный тахометр» на Рисунке 1. Он всегда действителен, поскольку питание постоянно подается на вентилятор. Однако при низкочастотной ШИМ тахометр действителен только тогда, когда на вентилятор подается питание, то есть во время фазы импульса на . Когда привод ШИМ переключается на фазу выключен , внутренняя схема генерации тахометрического сигнала вентилятора также отключается.Поскольку выходной сигнал тахометра обычно исходит от открытого стока, он будет иметь высокий уровень, когда привод ШИМ находится на от , как показано на рисунке 1. Таким образом, хотя идеальный тахометр отражает фактическую скорость вентилятора, ШИМ-привод эффект «отбивает» выходной сигнал тахометра и может давать ошибочные показания.

    Рис. 1. Форма выходного сигнала тахометра в 3-проводных вентиляторах — идеальный вариант и с ШИМ-управлением.

    Чтобы быть уверенным в правильности считывания скорости вращения вентилятора при ШИМ-регулировании, необходимо периодически включать вентилятор на на время, достаточное для полного цикла тахометра.Эта функция реализована в ряде контроллеров вентиляторов Analog Devices, таких как ADM1031 и ADT7460.

    В дополнение к сигналам питания, заземления и тахометра, 4-проводные вентиляторы имеют вход ШИМ, который используется для управления скоростью вентилятора. Вместо того, чтобы переключать питание всего вентилятора на и на , переключается только питание катушек возбуждения, делая информацию тахометра доступной постоянно. Включение и выключение катушек создает некоторый коммутационный шум .При работе катушек с частотой более 20 кГц шум перемещается за пределы слышимого диапазона, поэтому типичные сигналы привода вентилятора ШИМ используют довольно высокую частоту (> 20 кГц). Еще одно преимущество 4-проводных вентиляторов заключается в том, что скорость вращения вентилятора можно регулировать на уровне 10% от полной скорости вентилятора. На рисунке 2 показаны различия между 3-проводными и 4-проводными схемами вентилятора.

    Рисунок 2. 3- и 4-проводные вентиляторы.

    Управление вентилятором

    Нет управления: Самый простой способ управления вентилятором — вообще не использовать его; просто запускайте вентилятор соответствующей мощности на полной скорости 100% времени.Основными преимуществами этого являются гарантированное безотказное охлаждение и очень простой внешний контур. Однако, поскольку вентилятор всегда включен, его срок службы сокращается, и он потребляет постоянное количество энергии, даже если охлаждение не требуется. Кроме того, его непрекращающийся шум может раздражать.

    Включение / выключение: Следующим простейшим методом управления вентилятором является термостатический, или управление включением / выключением . Этот метод также очень легко реализовать. Вентилятор включается только тогда, когда необходимо охлаждение, и выключается на остальное время.Пользователь должен установить условия, при которых необходимо охлаждение — обычно, когда температура превышает предварительно установленный порог.

    Analog Devices ADM1032 — идеальный датчик для управления включением / выключением вентилятора с использованием заданного значения температуры. Он имеет компаратор, который выдает выходной сигнал THERM — обычно высокий , но переключает низкий , когда температура превышает программируемый порог. Он автоматически переключается обратно на high , когда температура падает на заданное значение ниже предела THERM.Преимущество этого программируемого гистерезиса заключается в том, что вентилятор не включается / выключается постоянно, когда температура приближается к пороговому значению. На рисунке 3 показан пример схемы, использующей ADM1032.

    Рисунок 3. Пример схемы включения / выключения.

    Недостаток управления включением / выключением в том, что он очень ограничен. Когда вентилятор переключается с на , он сразу же начинает раскручиваться до полной скорости, слышно и раздражающе. Поскольку люди быстро привыкают к звуку вентилятора, его выключение на также очень заметно.(Его можно сравнить с холодильником на вашей кухне. Вы не замечали шума, который он производил, пока он не выключился.) Таким образом, с акустической точки зрения управление включением / выключением далеко не оптимально.

    Линейное управление: на следующем уровне управления вентилятором, линейное управление , напряжение, подаваемое на вентилятор, является переменным. Для более низкой скорости (меньшее охлаждение и более тихая работа) напряжение уменьшается, а для более высокой скорости оно увеличивается. У отношений есть ограничения. Рассмотрим, например, вентилятор на 12 В (максимальное номинальное напряжение).Такому вентилятору для запуска может потребоваться минимум 7 В. Когда он действительно начнет вращаться, он, вероятно, будет вращаться примерно на половину своей полной скорости при подаче напряжения 7 В. Из-за необходимости преодоления инерции напряжение, необходимое для запуска вентилятора, выше, чем напряжение, необходимое для его вращения. Так как напряжение, подаваемое на вентилятор, уменьшается, он может вращаться с меньшей скоростью, скажем, до 4 В, после чего он остановится. Эти значения будут отличаться от производителя к производителю, от модели к модели и даже от вентилятора к вентилятору.

    ИС линейного управления вентиляторами ADM1028 от Analog Devices имеет программируемый выход и практически все функции, которые могут потребоваться для управления вентиляторами, включая возможность точного взаимодействия с термочувствительным диодом, предусмотренным на микросхемах, таких как микропроцессоры, которые составляют большая часть рассеивания в системе. (Назначение диода — обеспечить быструю индикацию критических температур перехода, избегая всех тепловых задержек, присущих системе. Он позволяет немедленно инициировать охлаждение, основанное на повышении температуры кристалла.) Чтобы поддерживать потребление энергии ADM1028 на минимальном уровне, он работает при напряжении питания от 3,0 В до 5,5 В с выходным сигналом полной шкалы + 2,5 В.

    Вентиляторы

    на 5 В позволяют регулировать скорость только в ограниченном диапазоне, поскольку их пусковое напряжение близко к уровню 5 В на полной скорости. Но ADM1028 можно использовать с вентиляторами на 12 В, используя простой повышающий усилитель со схемой, подобной показанной на рисунке 4.

    Рис. 4. Схема наддува для управления вентилятором 12 В с использованием выходного сигнала ЦАП ADM1028 с линейным управлением вентилятором.

    Основным преимуществом линейного управления является его бесшумность. Однако, как мы уже отметили, диапазон регулирования скорости ограничен. Например, вентилятор на 12 В с диапазоном управляющих напряжений от 7 В до 12 В может работать на половинной скорости при 7 В. Еще хуже обстоит дело с вентилятором на 5 В. Как правило, для запуска 5-вольтовых вентиляторов требуется 3,5 В или 4 В, но при этом напряжении они будут работать почти на полной скорости с очень ограниченным диапазоном регулирования скорости. Но работа при 12 В с использованием схем, подобных показанной на рисунке 4, далека от оптимума с точки зрения эффективности.Это связано с тем, что повышающий транзистор рассеивает относительно большое количество энергии (когда вентилятор работает при 8 В, падение 4 В на транзисторе не очень эффективно). Требуемая внешняя цепь также относительно дорога.

    ШИМ-управление : В настоящее время распространенным методом управления скоростью вращения вентилятора в ПК является низкочастотный ШИМ-контроль . При таком подходе напряжение, подаваемое на вентилятор, всегда либо нулевое, либо полное, что позволяет избежать проблем, возникающих при линейном управлении при более низких напряжениях.На рисунке 5 показана типичная схема управления, используемая с выходом ШИМ от терморегулятора ADT7460.

    Рисунок 5. Схема низкочастотного ШИМ-привода вентилятора.

    Основным преимуществом этого метода привода является то, что он простой, недорогой и очень эффективный, поскольку вентилятор либо полностью на , либо полностью на .

    Недостатком является то, что информация тахометра прерывается управляющим сигналом ШИМ, поскольку питание не всегда подается на вентилятор. Информация о тахометре может быть получена с помощью метода, называемого растягиванием импульсов — включения вентилятора на время, достаточное для сбора информации о тахометре (с возможным увеличением слышимого шума).На рис. 6 показан случай растяжения импульса.

    Рисунок 6. Растяжение импульса для сбора тахометрической информации.

    Еще один недостаток низкочастотной ШИМ — коммутационные шумы. При постоянном включении и выключении фанкойлов может присутствовать слышимый шум. Чтобы справиться с этим шумом, новейшие контроллеры вентиляторов Analog Devices предназначены для работы вентилятора с частотой 22,5 кГц, которая находится за пределами слышимого диапазона. Схема внешнего управления проще с высокочастотной ШИМ, но ее можно использовать только с 4-проводными вентиляторами.Хотя эти вентиляторы появились на рынке относительно недавно, они быстро становятся все более популярными. На рисунке 7 изображена схема, используемая для высокочастотной ШИМ.

    Рисунок 7. Схема управления вентилятором с высокочастотной ШИМ.

    ШИМ-сигнал напрямую управляет вентилятором; приводной полевой транзистор встроен в вентилятор. Уменьшая количество внешних компонентов, этот подход значительно упрощает внешнюю схему. Поскольку управляющий сигнал ШИМ подается непосредственно на катушки вентилятора, электроника вентилятора всегда включена, а сигнал тахометра всегда доступен.Это устраняет необходимость в растягивании импульсов и создаваемых им шумах. Коммутационный шум также устраняется или значительно снижается, поскольку катушки переключаются с частотой за пределами слышимого диапазона.

    Резюме

    С точки зрения акустического шума, надежности и энергоэффективности наиболее предпочтительным методом управления вентилятором является использование высокочастотного (> 20 кГц) ШИМ-привода.

    Помимо устранения необходимости зашумленного растяжения импульсов и коммутационного шума, связанного с низкочастотной ШИМ, он имеет гораздо более широкий диапазон управления, чем линейное управление.Благодаря высокочастотной ШИМ вентилятор может работать на скорости до 10% от полной скорости, в то время как тот же вентилятор может работать не менее чем на 50% от полной скорости при линейном управлении. Он более энергоэффективен, потому что вентилятор всегда либо полностью включен, либо полностью выключен. (Когда полевой транзистор либо выключен, либо находится в режиме насыщения, его рассеивание очень мало, что устраняет значительные потери в транзисторе в линейном случае.) Это тише, чем при постоянном включении или включении / выключении, поскольку вентилятор может работать на более низких скоростях. — это можно постепенно менять.Наконец, более медленная работа вентилятора также увеличивает срок его службы, повышая надежность системы.

    Метод управления
    Преимущества
    Недостатки
    Вкл. / Выкл.
    Недорого
    Худшие акустические характеристики — вентилятор всегда работает.
    Линейный
    Самый тихий
    Дорогая схема
    Неэффективная — потеря мощности в схеме усилителя
    Низкочастотный ШИМ
    Эффективный
    Широкий диапазон регулирования скорости при измерении скорости
    Шум при коммутации вентилятора
    Требуется растяжение импульса
    Высокочастотный ШИМ
    Efficient
    Хорошая акустика, почти как линейная.Недорогая внешняя цепь
    Широкий диапазон регулирования скорости
    Необходимо использовать 4-проводные вентиляторы

    Введение в широтно-импульсную модуляцию, управление скоростью и приложения

    Использование ШИМ в качестве метода переключения

    Широтно-импульсная модуляция (ШИМ) — это широко используемый метод для общего управления мощностью постоянного тока, подаваемого на электрическое устройство. современные электронные силовые выключатели. Однако он также находит свое место в прерывателях переменного тока.Среднее значение тока, подаваемого на нагрузку, регулируется положением переключателя и продолжительностью его состояния. Если период включения переключателя больше по сравнению с периодом выключения, нагрузка получает сравнительно более высокую мощность. Таким образом, частота переключения ШИМ должна быть выше.

    Обычно переключение должно производиться несколько раз в минуту в электрической плите, 120 Гц в диммере лампы, от нескольких килогерц (кГц) до десятков кГц для моторного привода. Частота коммутации усилителей звука и компьютерных блоков питания составляет от десяти до сотен кГц.Отношение времени включения к периоду импульса известно как рабочий цикл. Если рабочий цикл низкий, это означает низкую мощность.

    Потери мощности в коммутационном устройстве очень низкие из-за почти незначительного тока, протекающего в выключенном состоянии устройства, и незначительного падения напряжения в выключенном состоянии. Цифровое управление также использует метод ШИМ. ШИМ также использовался в некоторых системах связи, где его рабочий цикл использовался для передачи информации по каналу связи.

    ШИМ может использоваться для регулировки общего количества мощности, подаваемой на нагрузку, без потерь, обычно возникающих, когда передача мощности ограничивается резистивными средствами. К недостаткам относятся пульсации, определяемые рабочим циклом, частотой переключения и свойствами нагрузки. При достаточно высокой частоте переключения и, при необходимости, использовании дополнительных пассивных электронных фильтров последовательность импульсов может быть сглажена и восстановлена ​​средняя аналоговая форма волны. Системы управления с высокочастотной ШИМ могут быть легко реализованы с использованием полупроводниковых переключателей.

    Как уже было сказано выше, переключатель почти не рассеивает мощность ни в состоянии, ни в выключенном состоянии. Однако во время переходов между включенным и выключенным состояниями как напряжение, так и ток не равны нулю, и, таким образом, значительная мощность рассеивается в переключателях. К счастью, изменение состояния между полностью включенным и полностью выключенным происходит довольно быстро (обычно менее 100 наносекунд) по сравнению с типичным временем включения или выключения, поэтому средняя рассеиваемая мощность довольно низка по сравнению с мощностью, подаваемой даже при высоких частотах переключения. используются.

    Использование ШИМ для подачи питания постоянного тока на нагрузку

    Большая часть промышленных процессов требует выполнения определенных параметров, касающихся скорости привода. Системы электропривода, используемые во многих промышленных приложениях, требуют более высокой производительности, надежности, регулируемой скорости из-за простоты управления. Регулировка скорости двигателя постоянного тока важна в приложениях, где точность и защита имеют решающее значение. Назначение регулятора скорости двигателя — принять сигнал, представляющий требуемую скорость, и привести двигатель в движение с этой скоростью.

    Широтно-импульсная модуляция (ШИМ) применительно к управлению двигателем — это способ передачи энергии посредством последовательности импульсов, а не непрерывно изменяющегося (аналогового) сигнала. Увеличивая или уменьшая ширину импульса, контроллер регулирует поток энергии на вал двигателя. Собственная индуктивность двигателя действует как фильтр, накапливая энергию во время цикла «ВКЛ», высвобождая ее со скоростью, соответствующей входному или опорному сигналу. Другими словами, энергия поступает в нагрузку не столько с частотой переключения, сколько с опорной частотой.

    Схема используется для управления скоростью двигателя постоянного тока с использованием метода ШИМ. Контроллер двигателя постоянного тока с регулируемой скоростью 12 В использует микросхему таймера 555 в качестве генератора импульсов ШИМ для регулирования скорости двигателя 12 В постоянного тока. IC 555 — это популярная микросхема таймера, используемая для создания схем таймера. Он был представлен в 1972 году компанией Signetics. Он называется 555, потому что внутри находятся три резистора по 5 кОм. ИС состоит из двух компараторов, цепи резисторов, триггера и выходного каскада. Он работает в 3 основных режимах — Астабильный, Моностабильный (где он действует как генератор однократных импульсов и Бистабильный режим.То есть, когда он срабатывает; выходной сигнал становится высоким в течение периода, зависящего от значений резистора синхронизации и конденсатора. В нестабильном режиме (AMV) ИС работает как автономный мультивибратор. Выходной сигнал постоянно меняется на высокий и низкий, давая пульсирующий выход в качестве генератора. В бистабильном режиме, также известном как триггер Шмитта, ИС работает как триггер с высоким или низким выходом на каждом триггере и сбросе.

    В этой схеме используется МОП-транзистор IRF540. Это усовершенствованный N-канальный МОП-транзистор.Это усовершенствованный силовой полевой МОП-транзистор, разработанный, испытанный и гарантированно выдерживающий заданный уровень энергии в лавинном режиме пробоя. Эти силовые полевые МОП-транзисторы предназначены для таких приложений, как импульсные регуляторы, переключающие преобразователи, драйверы двигателей, релейные драйверы и драйверы для мощных биполярных переключающих транзисторов, требующих высокой скорости и низкой мощности управления затвором. Эти типы могут управляться напрямую от интегральных схем. Рабочее напряжение этой цепи можно регулировать в соответствии с потребностями управляемого двигателя постоянного тока.Эта схема может работать от 5-18 В постоянного тока.

    Вышеупомянутая схема, то есть управление скоростью двигателя постоянного тока с помощью метода ШИМ, изменяет рабочий цикл, который, в свою очередь, управляет скоростью двигателя. IC 555 подключен в нестабильном режиме к автономному мультивибратору. Схема состоит из потенциометра и двух диодов, которые используются для изменения рабочего цикла и поддержания постоянной частоты. При изменении сопротивления переменного резистора или потенциометра рабочий цикл импульсов, подаваемых на полевой МОП-транзистор, изменяется, и, соответственно, изменяется мощность постоянного тока на двигатель, и, таким образом, его скорость увеличивается с увеличением рабочего цикла.

    Использование ШИМ для подачи питания переменного тока на нагрузку

    Современные полупроводниковые переключатели, такие как MOSFET или биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT), являются идеальными компонентами. Таким образом могут быть построены контроллеры с высокой эффективностью. Обычно преобразователи частоты, используемые для управления двигателями переменного тока, имеют КПД выше 98%. Импульсные источники питания имеют более низкий КПД из-за низкого уровня выходного напряжения (часто требуется даже менее 2 В для микропроцессоров), но все же можно достичь КПД более 70-80%.

    Этот вид управления переменным током является известным по мощности методом отложенного угла зажигания. Он дешевле и генерирует много электрических шумов и гармоник по сравнению с настоящим ШИМ-регулятором, который создает незначительный шум.

    Во многих приложениях, таких как промышленное отопление, управление освещением, асинхронные двигатели с плавным пуском и регуляторы скорости для вентиляторов и насосов, требуется переменное напряжение переменного тока от постоянного источника переменного тока. Для этих требований широко используется регулировка фазового угла регуляторов.Он предлагает некоторые преимущества, такие как простота и возможность экономичного управления большим количеством энергии. Однако запаздывающий угол зажигания вызывает прерывистость и обилие гармоник в токе нагрузки, а на стороне переменного тока возникает запаздывающий коэффициент мощности при увеличении угла зажигания.

    Эти проблемы можно решить, используя прерыватель переменного тока с ШИМ. Этот прерыватель переменного тока с ШИМ имеет несколько преимуществ, таких как синусоидальный входной ток с коэффициентом мощности, близким к единице. Однако, чтобы уменьшить размер фильтра и улучшить качество выходного регулятора, следует увеличить частоту переключения.Это вызывает большие потери при переключении. Другой проблемой является коммутация переключающего переключателя S1 с переключателем свободного хода S2. Это вызывает всплеск тока, если оба переключателя включены одновременно (короткое замыкание), и всплеск напряжения, если оба переключателя выключены (нет свободного пути).

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *