Схема шим регулятора: Простой ШИМ регулятор

Содержание

RDC2-0024, Одноканальный ШИМ регулятор мощности, ChipDipDac

Описание

Модуль предназначен для плавной регулировки напряжения постоянного тока. Регулировка производится потенциометром, расположенном на плате. В отличии от обычных ШИМ регуляторов напряжения в модуле RDC2-0024 кроме изменения скважности импульсов также можно менять частоту импульсов, причем в очень широких пределах — от 300 Гц до 96 кГц. Это может пригодится для полного уменьшения влияния помех в зоне работы регулятора, например в бортовой сети автомобиля или для плавного, без мерцания регулирования мощных светодиодных прожекторов. А может в ваших лабораторных экспериментах, например с двигателями постоянного тока.
Широкий диапазон регулируемых напряжений (до 100В) позволяет использовать регулятор в большей линейке стандартных бортовых напряжений (12В, 24В, 48В …)
Особенно перспективным будет использование модуля в качестве регулятора яркости мощных LED лент, светодиодных ламп и прожекторов. Напряжение питания последних обычно составляет от 30 до 60В.

Характеристики:

Напряжение питания: 5 – 40 В
Максимальный ток: 5,6 A
Количество каналов ШИМ: 1
Изменение длительности импульса: 0…100 %
Шаг регулировки длительности импульса: 1 %
Частота ШИМ-сигнала: 24 значения от 300 Гц до 96 кГц
Сохранение настроек в энергонезависимой памяти: да
Установленные силовые ключи: 1
Независимое питание нагрузки каждого канала: да
Для управления внешним силовым ключом доступен логический сигнал ШИМ: напряжение 3,3 В. XP3 максимальный выходной ток 3 мА

Схема

Назначение разъемов и подключение нагрузок

Устройство не является генератором, оно регулятор. Микроконтроллер управляет затвором транзистора, открытый сток выведен для подключения нагрузки.
Например, нужно управлять яркостью лампы накаливания. Максимальная яркость (100%) при напряжении 24 В. Подключаем лампу по схеме, подавая на Vload 24 В. Выставляем резистором на индикаторе значение 50 — значит на лампе напряжение 50% от 24 В, т.е. 12 В, она светится с яркостью 50 %. Кнопкой устанавливается частота ШИМ-сигнала регулирования.

У модуля раздельная подача напряжение для самого модуля и для нагрузки, которое регулируется: контакты +Vin, GND — для питания самого модуля; контакты Vload, Rn, GND — для подключения нагрузки.

Это открытый проект! Лицензия, под которой он распространяется – Creative Commons — Attribution — Share Alike license.

Технические параметры

Количество каналов 1
Максимальный ток,А 5.6
Максимальное напряжение,В 200
Вид напряжения DC
Регулирующий элемент n-channel mosfet
Вес, г 35.4

Техническая документация

Схема включения NE555 и простой ШИМ регулятор на чипе 555

В этой инструкции я покажу, как создать простой ШИМ регулятор (широтно-импульсную модуляцию) из чипа 555, таймера и некоторых других компонентов. Всё очень просто, и схема включения NE555 хорошо работает для контроля светодиодов, лампочек, сервомоторов или двигателей постоянного тока.

Мой ШИМ регулятор на 555 может лишь изменять коэффициент заполнения с 10% до 90%.

Шаг 1: Что такое ШИМ

Широтно-импульсная модуляция (ШИМ) сигнала или источника питания включает в себя модуляцию его рабочего цикла, чтобы либо передавать информацию по каналу связи, либо управлять посылаемой мощностью. Самый простой способ генерации сигнала ШИМ требует только пилообразного или треугольного сигнала (легко генерируемого с использованием простого осциллятора) и компаратора.

Когда значение опорного сигнала (зеленый синусоидальной волны на рисунке 2) больше, чем сигнал модуляции (синий), ШИМ сигнал (пурпурный) находится в высоком состоянии, в противном случае она находится в низком состоянии. Но в моем ШИМ я не буду использовать компаратор.

Шаг 2: Типы ШИМ

Существует три типа ШИМ:

  1. Центр пульсации может быть зафиксирован в середине временного окна, и оба края импульса перемещаются для сжатия или расширения ширины.
  2. Передняя кромка пульсации может удерживаться у передней кромки временного окна, а хвостовая кромка будет модулироваться.
  3. Хвостовая кромка пульсации может быть зафиксирована, а передняя кромка будет модулироваться.

Три типа сигналов ШИМ (синий): модуляция передней кромки (верхняя строка), модуляция задней кромки (средняя строка) и пульсация в середине (обе кромки модулируются, нижняя строка). Зеленые линии — это пилообразные сигналы, используемые для генерации сигналов ШИМ с использованием метода пересечения.

Шаг 3: Как нам поможет ШИМ?

Питание:
Шим может использоваться для уменьшения общего количества энергии, подаваемой на LOAD, без потерь, обычно возникающих при ограничении источника питания резистивным средством. Это связано с тем, что средняя подаваемая мощность пропорциональна циклу модуляции.

При достаточно высокой скорости модуляции пассивные электронные фильтры могут использоваться для сглаживания последовательности импульсов и восстановления среднего аналогового сигнала.

Высокочастотные системы управления мощностью при помощи ШИМ легко реализуются с использованием полупроводниковых переключателей. Дискретные состояния включения/выключения модуляции используются для управления состоянием переключателя (переключателей), которые соответственно управляют напряжением. Основным преимуществом этой системы является то, что переключатели либо выключены и не имеют ток, либо включены и (в идеале) не имеют потерь напряжения вокруг них. Произведение тока и напряжение в любое заданное время определяет мощноость, рассеиваемую переключателем, таким образом (в идеале), мощность вообще не рассеивается.

На самом деле, полупроводниковые переключатели не являются идеальными, но на них все же возможно построить контроллеры высокой эффективности.

ШИМ также часто используется для управления подачи электроэнергии на другое устройство, например, при управлении скоростью электродвигателей, регулирования громкости аудиоусилителей класса D или регулировании яркости источников света и многих других приложений силовой электроники. Например, световые диммеры для домашнего использования используют определенный тип управления ШИМ.

Домашние световые диммеры обычно включают в себя электронные схемы, которые подавляют ток в определенных частях каждого цикла напряжения сети переменного тока. Регулировка яркости света, испускаемого источником света, — это просто вопрос настройки напряжения (или фазы) в цикле переменного тока, в котором диммер начинает подавать электрический ток на источник света (например, с помощью электронного переключателя, такого как симистор ). В этом случае рабочий цикл ШИМ определяется частотой сетевого напряжения (50 Гц или 60 Гц в зависимости от страны). Эти довольно простые типы диммеров могут эффективно использоваться с инертными (или относительно медленно реагирующими) источниками света, такими как лампы накаливания, например, для которых дополнительная модуляция в подаваемой электрической энергии, вызванная диммером, вызывает лишь незначительные дополнительные колебания в испускаемый свет.

Однако некоторые другие источники света, такие как светодиоды, очень быстро включаются и выключаются и, по-видимому, мерцают, если они поставляются с низким напряжением. Воспроизводимые эффекты мерцания от таких источников быстрого реагирования могут быть уменьшены за счет увеличения частоты ШИМ. Если флуктуации света достаточно быстры, зрительная система человека больше не может их фиксировать, и глаз воспринимает среднюю интенсивность времени без мерцания (см. Порог слияния фликкера).

Регулирование напряжения:
ШИМ также используется в эффективных регуляторах напряжения. Путем переключения напряжения на нагрузку с соответствующим рабочим циклом выход будет приближать напряжение на желаемом уровне. Шум переключения обычно фильтруется индуктором и конденсатором.

Один метод измеряет выходное напряжение. Когда он ниже желаемого напряжения, он включает переключатель. Когда выходное напряжение выше желаемого напряжения, оно отключает переключатель.

Регуляторы частоты вращения вентиляторов для компьютеров обычно используют ШИМ, так как она намного эффективнее по сравнению с потенциометром.

ШИМ иногда используется в синтезе звука, в частности в субтрактивном синтезе, поскольку она дает звуковой эффект, подобный хору или слегка расстроенным осцилляторам, которые играют вместе. (На самом деле PWM эквивалентна разности двух пилообразных волн.) Отношение между высоким и низким уровнем обычно модулируется низкочастотным генератором или LFO.

Популярным стал новый класс аудиоусилителей, основанный на принципе ШИМ. Называемые «усилители класса D», эти усилители создают эквивалент ШИМ аналогового входного сигнала, который подается на громкоговоритель через подходящую фильтрующую сеть для блокировки несущей и восстановления исходного аудиосигнала. Эти усилители характеризуются очень хорошими показателями эффективности (около 90%) и компактными размерами / малым весом для больших выходных мощностей.

Исторически сложилось, что грубая форма ШИМ используется для воспроизведения цифрового звука PCM на динамике ПК, который способен воспроизводить только два уровня звука. Тщательно определяя длительность импульсов и полагаясь на физические свойства фильтрации динамика (ограниченный частотный отклик, самоиндуктивность и т. д.), можно получить приблизительное воспроизведение образцов моно PCM, хотя и при очень низком качестве, и с очень разными результатами между реализациями.

В более поздние времена был введен метод цифрового кодирования прямого потока Digital Stream, который использует обобщенную форму широтно-импульсной модуляции, называемую модуляцией плотности импульса, при достаточно высокой частоте дискретизации (как правило, порядка МГц) для покрытия всех акустических частот с достаточной точностью. Этот метод используется в формате SACD, а воспроизведение кодированного аудиосигнала по существу аналогично методу, используемому в усилителях класса D.

Динамик: Используя ШИМ, можно модулировать дугу (плазму), и если она находится в диапазоне слуха, ее можно использовать в качестве динамика. Такой динамик используется в звуковой системе Hi-Fi в качестве высокочастотного динамика.

Круто, не так ли?

Шаг 4: Необходимые компоненты

Это простая схема с одним чипом, поэтому вам не понадобится много компонентов

  • NE555, LM555 или 7555 (cmos)
  • Рекомендую использовать два диода 1n4148, но подойдут и диоды серии 1n40xx
  • Потенциометр 100К
  • Зеленый конденсатор 100nf
  • Керамический конденсатор 220pf
  • Печатная плата
  • Полупроводниковый транзистор

Шаг 5: Построение устройства

Просто следуйте диаграмме и поместите все детали на макет. Проверьте дважды расположение каждого компонента перед тем, как включить устройство. Если вы хотите эффективно управлять и контролировать яркость источника света или двигатель, вы можете поставить на его выход только силовой транзистор, но если вы хотите лишь управлять источником света или двигателем, тогда рекомендуется поставить ёмкий конденсатор, например, 2200uf. Если поставить этот конденсатор и включить мотор на нагрузке в 40%, то двигатель будет на 60% эффективнее на той же скорости и крутящем моменте.

Здесь есть два видео, на которых показано, как работает моя ШИМ. На первом вы можете видеть, что вентилятор начинает вращаться на 90% рабочем цикле. На втором вы можете видеть, что светодиоды мигают, а вентилятор работает на 80%.

Файлы

Радиосхема

Датчик температуры для ШИМ-регулятора.

 

Автор: Nemod

 

 

В статье «ШИМ-регулятор для компьютерного вентилятора» рассматривалось трёхканальное  устройство управления компьютерными вентиляторами постоянного тока, собранное на доступной элементной базе. Устройство было оснащено ручным регулятором.

 

Для того чтобы автоматизировать процесс поддержания комфортной температуры внутри системного блока персонального компьютера был спроектирован простой термодатчик. Он будет самостоятельно контролировать обороты вентиляторов. Минимальные обороты обеспечиваются при температуре около 20 градусов внутри системного блока, а максимальные – свыше 37 градусов по шкале Цельсия. Передаточная характеристика регулятора – вопрос весьма спорный, сколько людей, столько же мнений. Впрочем, зависимость оборотов вентилятора от температуры можно легко подкорректировать по собственному вкусу, изменяя сопротивление одного из резисторов.


Итак: схема содержит сдвоенный операционный усилитель, терморезистор и транзистор.


Ниже приведена модель схемы с учётом изменения температуры окружающей среды. Моделирование выполнено в симуляторе Micro Сap 9.

На первом рисунке температура равна 25 градусам.

На второй схеме температура достигла 30 градусов выше нуля.

На третьей схеме температура равна 37-ми градусам.

 

Регулятор оборотов на третьей схеме работает почти на максимуме. Напомню, что управляющее напряжение в ШИМ-регуляторе обратно пропорционально оборотам вентиляторов.


Принципиальная схема датчика температуры приведена ниже. Датчик легко стыкуется с ШИМ-регулятором и вырабатывает необходимое регулятору управляющее напряжение, заменяет собой переменный резистор (см. схему ШИМ-регулятора).

 

Увеличить

 


Питается датчик от ШИМ-регулятора. Соединяется с ним тремя проводами. Схема проста и вряд ли требует пояснений. Размещать плату датчика целесообразнее на верхней крышке системного блока с внутренней стороны, прикрепив с помощью двустороннего скотча. Плата односторонняя, не имеет отверстий, поскольку все детали SMD, следовательно плату можно смело клеить к металлическим поверхностям. Терморезистор взят от старой материнской платы (синенький такой). Соединительный шнур желательно применить экранированный. Оплётка — земля; питание и сигнальный выход — внутренние провода. Вполне сгодится звуковой шнур. Настройку зависимости выходного напряжения от температуры можно проводить подбором резистора R3. На выходе стабилизатора DA2 можно установить блокировочный керамический или танталовый конденсатор емкостью до 10 мкФ. Это если вдруг возникнут проблемы с устойчивостью работы. На плате ШИМ-регулятора предусмотрены контактные площадки для подключения термодатчика.

 

 

Печатная плата датчика температуры.

Сверлить отверстия под терморезистор и провода не нужно, достаточно просто подпаяться к контактным площадкам со стороны монтажа.

 


Архив содержит принципиальную схему и файл печатной платы в формате Sprint Layout 5.0.

 

Регулятор оборотов электродвигателя коллекторного типа на ШИМ

Для регулировки частоты вращения маломощных электродвигателей коллекторного типа обычно применяют резистор, который включают последовательно с двигателем. Но такой способ включения обеспечивает очень низкий КПД, а самое главное не позволяет осуществлять плавную регулировку оборотов (найти переменный резистор достаточной мощности на несколько десятков Ом совсем не просто). А самый главный недостаток такого способа, это то, что иногда происходит остановка ротора при снижении напряжения питания.

ШИМ-регуляторы, речь о которых пойдет в этой статье, позволяют осуществлять плавную регулировку оборотов без перечисленных выше недостатков. Помимо этого ШИМ-регуляторы так же можно применять и для регулировки яркости ламп накаливания.

Рис.1.

На рис.1 приведена схема одного из таких ШИМ-регуляторов. Полевой транзистор VT1 является генератором пилообразного напряжения (с частотой повторения 150 Гц), а операционный усилитель на микросхеме DA1 работает как компаратор, формирующий ШИМ-сигнал на базе транзистора VT2. Частота вращения регулируется переменным резистором R5, изменяющим ширину импульсов. Благодаря тому, что их амплитуда равна напряжению питания, электродвигатель не будет «тормозить», а кроме этого можно добиться более медленного вращения, чем в обычном режиме.

Рис.2.

Схема ШИМ регуляторов на рис.2 аналогична предыдущей, но задающий генератор здесь выполнен на операционном усилителе (ОУ) DA1. Этот ОУ функционирует в роли генератора импульсов напряжения треугольной формы с частотой повторения 500 Гц. Переменный резистор R7 позволяет осуществлять плавную регулировку вращения.

Рис.3.

На рис.3. представлена весьма интересная схема регулятора. Этот ШИМ регулятор выполнен на интегральном таймере NE555. Задающий генератор имеет частоту повторения 500 Гц. Длительность импульсов, а, следовательно, и частоту вращения ротора электродвигателя можно регулировать в диапазоне от 2 до 98 % периода повторения. Выход генератора ШИМ регулятора на таймере NE555 подключен к усилителю тока, выполненному на транзисторе VT1 и собственно управляет электродвигателем М1.

Главным недостатком схем рассмотренных выше является отсутствие элементов стабилизации частоты вращения вала при изменении нагрузки. А вот следующая схема, показанная на рис.4., поможет решить эту проблему.

Рис.4.

Данный ШИМ регулятор как и большинство аналогичных устройств, имеет задающий генератор импульсов напряжения треугольной формы (частота повторения 2 кГц), выполненный на DA1.1.DA1.2, компаратор на DA1.3, электронный ключ на транзисторе VT1, а также регулятор скважности импульсов, а по сути частоты вращения электродвигателя — R6. Особенностью схемы является наличие положительной обратной связи посредством резисторов R12, R11, диода VD1,конденсатора C2, и DA1.4, которая обеспечивает постоянную частоты вращения вала электродвигателя при изменении нагрузки. При подключении ШИМ регулятора к конкретному электродвигателю при помощи резистора R12 производится регулировка глубины ПОС, при которой не возникает автоколебаний частоты вращения при увеличении или уменьшении нагрузки на вал двигателя.

Элементная база. В приведенных в статье схемах можно использовать следующие аналоги деталей: транзистор КТ117А можно заменить на КТ117Б-Г или как вариант на 2N2646; КТ817Б — КТ815, КТ805; микросхему К140УД7 на К140УД6, или КР544УД1, ТL071, TL081; таймер NE555 на С555, или КР1006ВИ1; микросхему TL074 на TL064, или TL084, LM324. Если необходимо подключить к ШИМ-регулятору более мощную нагрузку ключевой транзистор КТ817 необходимо заменить более мощным полевым транзистором, как вариант, IRF3905 или подобным. Указанный транзистор способен пропускать токи до 50А.

Подготовлено по материалам статьи: А.В. Тимошенко, Радіоаматор №4, 2008г.

Шим регулятор мощности схема – Поделки для авто

Регулятор мощности – ШИМ, является неотъемлемой частью блока питания любого вида. Схема, которая представлена ниже, дает возможность регулировать напряжение всего блока от одного Вольта до граничной точки.

Однако пограничное напряжение не должно превышать максимально допустимого значения для данного блока питания.

Использовать подобный регулятор можно в зарядном устройстве импульсного типа, который стоит в автомобильных аккумуляторах. Схема позволяет управлять широким диапазоном мощных нагрузок, ее можно использовать для процесса регулировки оборотов двигателя электрического типа, а также в качестве средства для регулирования яркости автомобильных фар, имеющих галогенные или светодиодные лампы.

Область применения регулятора зависит от нужд, которые есть у вас и вашей фантазии, что делает диапазон его применения довольно широким.

Если планируется подключение нагрузок малой мощности, то можно полевой транзистор использовать биполярного типа, выбор его не критичен. Однако, если планируется управление нагрузками большой мощности, то необходимо произвести замену транзистора на тот, который имеет большую мощность. Несмотря на это подобрать транзистор довольно просто, так как их выбор широк.

Переменный резистор позволяет регулировать значение напряжение уже на выходе схемы. Его номинал может быть различен, варьируется от 100кОм до пяти-восьми мОм. Надо рассмотреть разные варианты, чтобы подобрать оптимальный резистор.

Использовать регулятор, схема которого представлена выше, не стоит в случаях, когда блок питания представлен в однотактном виде. В случае с подобными блоками будет происходить изменения напряжения в случае касания резистора переменного типа. Данное отклонение может варьировать до семи Вольт.

Для того чтобы монтаж было удобнее производить, таймер 555 устанавливают на специальную панель, чтобы в случае выхода из строя, его было просто заменить за короткий промежуток времени.

Схема проста в использовании, не требует доработок и настройки. Такой блок можно совмещать с источником питания любого типа. Можно регулировать яркость низковольтного ночника, светодиодной матрицы и прочего.

Мощный шим регулятор для лабораторного блока питания

Схема регулятора оборотов двигателя постоянного тока работает на принципах широтно-импульсной модуляции и применяется для изменения оборотов двигателя постоянного тока на 12 вольт. Регулирование частоты вращения вала двигателя при помощи широтно-импульсной модуляции дает больший КПД, чем при применение простого изменения постоянного напряжения подаваемого на двигатель, хотя эти схемы мы тоже рассмотрим

Двигатель подключен в цепь к полевому транзистору который управляется широтно-импульсной модуляцией осуществляемой на микросхеме таймере NE555, поэтому и схема получилась такой простой.


ШИМ регулятор реализован с помощью обычного генератора импульсов на нестабильном мультивибраторе, генерирующий импульсы с частотой следования 50 Гц и построенного на популярном таймере NE555. Сигналы поступающие с мультивибратора создают поле смещения на затворе полевого транзистора. Длительность положительного импульса настраивается при помощи переменного сопротивления R2. Чем выше длительность положительного импульса поступающего на затвор полевого транзистора, тем большая мощность подается на электродвигатель постоянного тока. И на оборот чем меньше длительность импульса, тем слабее вращается электродвигатель. Эта схема прекрасно работает от аккумуляторной батареи на 12 вольт.

Скорость 6 вольтового моторчика можно регулируется в пределах 5-95%

Регулировка оборотов в этой схеме достигается подачей на электромотор импульсов напряжения, различной длительности. Для этих целей используются ШИМ (широтно-импульсные модуляторы). В данном случае широтно-импульсное регулирование обеспечивается микроконтроллер PIC. Для управления скоростью вращения двигателя используются две кнопки SB1 и SB2, «Больше» и «Меньше». Изменять скорость вращенияможно только при нажатом тумблере «Пуск». Длительность импульса при этом изменяется, в процентном отношении к периоду, от 30 — 100%.


В качестве стабилизатора напряжения микроконтроллера PIC16F628A, используется трехвыводной стабилизатор КР1158ЕН5В, имеющий низкое падение напряжение «вход-выход», всего около 0,6В. Максимальное входное напряжение — 30В. Все это позволяет применять двигатели с напряжением от 6В до 27В. В роли силового ключа используется составной транзистор КТ829А который желательно установить на радиатор.

Устройство собрано на печатной плате размерами 61 х 52мм. Скачать рисунок печатной платы и файл прошивки можно по ссылке выше. (Смотри в архиве папку 027-el )

Для регулировки частоты вращения маломощных электродвигателей коллекторного типа обычно применяют резистор, который включают последовательно с двигателем. Но такой способ включения обеспечивает очень низкий КПД, а самое главное не позволяет осуществлять плавную регулировку оборотов (найти переменный резистор достаточной мощности на несколько десятков Ом совсем не просто). А самый главный недостаток такого способа, это то, что иногда происходит остановка ротора при снижении напряжения питания.

ШИМ-регуляторы , речь о которых пойдет в этой статье, позволяют осуществлять плавную регулировку оборотов без перечисленных выше недостатков. Помимо этого ШИМ-регуляторы так же можно применять и для регулировки яркости ламп накаливания.

На рис.1 приведена схема одного из таких ШИМ-регуляторов . Полевой транзистор VT1 является генератором пилообразного напряжения (с частотой повторения 150 Гц), а операционный усилитель на микросхеме DA1 работает как компаратор, формирующий ШИМ-сигнал на базе транзистора VT2. Частота вращения регулируется переменным резистором R5, изменяющим ширину импульсов. Благодаря тому, что их амплитуда равна напряжению питания, электродвигатель не будет «тормозить», а кроме этого можно добиться более медленного вращения, чем в обычном режиме.


Схема ШИМ регуляторов на рис.2 аналогична предыдущей, но задающий генератор здесь выполнен на операционном усилителе (ОУ) DA1. Этот ОУ функционирует в роли генератора импульсов напряжения треугольной формы с частотой повторения 500 Гц. Переменный резистор R7 позволяет осуществлять плавную регулировку вращения.


На рис.3. представлена весьма интересная схема регулятора. Этот ШИМ регулятор выполнен на интегральном таймере NE555 . Задающий генератор имеет частоту повторения 500 Гц. Длительность импульсов, а, следовательно, и частоту вращения ротора электродвигателя можно регулировать в диапазоне от 2 до 98 % периода повторения. Выход генератора ШИМ регулятора на таймере NE555 подключен к усилителю тока, выполненному на транзисторе VT1 и собственно управляет электродвигателем М1.

Главным недостатком схем рассмотренных выше является отсутствие элементов стабилизации частоты вращения вала при изменении нагрузки. А вот следующая схема, показанная на рис.4., поможет решить эту проблему.


Данный ШИМ регулятор как и большинство аналогичных устройств, имеет задающий генератор импульсов напряжения треугольной формы (частота повторения 2 кГц), выполненный на DA1.1.DA1.2, компаратор на DA1.3, электронный ключ на транзисторе VT1, а также регулятор скважности импульсов, а по сути частоты вращения электродвигателя — R6. Особенностью схемы является наличие положительной обратной связи посредством резисторов R12, R11, диода VD1,конденсатора C2, и DA1.4, которая обеспечивает постоянную частоты вращения вала электродвигателя при изменении нагрузки. При подключении ШИМ регулятора к конкретному электродвигателю при помощи резистора R12 производится регулировка глубины ПОС, при которой не возникает автоколебаний частоты вращения при увеличении или уменьшении нагрузки на вал двигателя.

Элементная база. В приведенных в статье схемах можно использовать следующие аналоги деталей: транзистор КТ117А можно заменить на КТ117Б-Г или как вариант на 2N2646; КТ817Б — КТ815, КТ805; микросхему К140УД7 на К140УД6, или КР544УД1, ТL071, TL081; таймер NE555 на С555, или КР1006ВИ1; микросхему TL074 на TL064, или TL084, LM324. Если необходимо подключить к ШИМ-регулятору более мощную нагрузку ключевой транзистор КТ817 необходимо заменить более мощным полевым транзистором, как вариант, IRF3905 или подобным. Указанный транзистор способен пропускать токи до 50А.

Эта самодельная схема может быть использована в качестве регулятора скорости для двигателя постоянного тока 12 В с номинальным током до 5 А или как диммер для 12 В галогенных и светодиодных ламп мощностью до 50 Вт. Управление идёт с помощью широтно-импульсной модуляции (ШИМ) при частоте следования импульсов около 200 Гц. Естественно частоту можно при необходимости изменить, подобрав по максимальной стабильности и КПД.

Большинство подобных конструкций собирается по гораздо . Здесь же представляем более усовершенствованный вариант, который использует таймер 7555, драйвер на биполярных транзисторах и мощный полевой MOSFET. Такая схематика обеспечивает улучшенное регулирование скорости и работает в широком диапазоне нагрузки. Это действительно очень эффективная схема и стоимость её деталей при покупке для самостоятельной сборки довольно низкая.

В схеме используется Таймер 7555 для создания переменной ширины импульсов около 200 Гц. Он управляет транзистором Q3 (через транзисторы Q1 — Q2), который контролирует скорость электро двигателя или ламп освещения.




Есть много применений для этой схемы, которые будут питаться от 12 В: электродвигатели, вентиляторы или лампы. Использовать её можно в автомобилях, лодках и электротранспортных средствах, в моделях железных дорог и так далее.



Светодиодные лампы на 12 В, например LED ленты, тоже можно смело сюда подключать. Все знают, что светодиодные лампы гораздо более эффективны, чем галогенные или накаливания, они прослужит намного дольше. А если надо — питайте ШИМ-контроллер от 24 и более вольт, так как сама микросхема с буферным каскадом имеют стабилизатор питания.

По следам китайского регулятора оборотов HX-PWM — Электропривод

Прочитав тему «DC-регулятор 500W для двигателя китайского станка» https://www.chipmaker.ru/topic/128809/ , подумал, что неплохо бы тоже заменить штатный тиристорный регулятор в своем токарнике MML1830V. Но на алиэкспрессе и ибее регулятор HX-PWM, доработка которого описана в теме, уже давно исчез из продажи.

Вдруг недавно я натолкнулся на алиэкспрессе на новую продажу этого регулятора и заказал его. Но тут меня ожидал сюрприз. Вместо него приехал другой регулятор — HQ-SXPWM, сделанный по совершенно другой схеме — с управляющим микроконтроллером и на другой элементной базе.

С одной стороны, я несколько расстроился, поскольку новый регулятор – это «черный ящик», в отличие от регулятора HX-PWM, схема которого хоть в некоторой степени известна и, самое главное, имеет возможность доработки, что неопровержимо доказал Владимир vsh, а также, в случае чего, достаточно ремонтопригодна, что тоже немаловажно.

С другой стороны, другой наш коллега — Владимир Katolix, который уже купил новый регулятор, рассказал мне, что он нормально работает и без допиливания.

В общем, подключил я его к станку и стал тестировать. Результат меня несколько охладил. Нет, работает-то он нормально, не глючит, но, даже при установке на максимум параметра, отвечающего за стабилизацию оборотов под нагрузкой, по крутящему моменту на малых оборотах он проиграл слегка подрегулированному штатному тиристорному регулятору. Вот такой пердимонокль. Возможно, судя по заявленным параметрам, он лучше работает с более мощными движками, чем с моим на 600 китайских ватт.

Понятное дело, прошивка микроконтроллера — тайна за семью печатями, и изменить чисто программно ничего не получится. Попытался я проследить по плате, какие номиналы деталей можно было бы поменять, чтобы увеличить величину сигнала используемого для ПОС, но как-то с наскока явно ничего не нашел. Да и ковыряться в СМД монтаже не было сил.

 

В результате, я пришел к решению собрать регулятор самому. Правда, поиск в сети более-менее вменяемых исходников ШИМ-регуляторов для двигателей с таким напряжением питания пока толком результатов не дал. В качестве одного из исходников я восстановил схему регулятора HX-PWM по фото и описаниям платы из вышеуказанной темы. А также схему с доработками, сделанными Владимиром vsh. Не факт, что буду делать именно такой вариант, но, думаю, даже при всем том, что владельцев этого регулятора немного, кому-нибудь схема да пригодится. Например, для ремонта (тьфу три раза).

Хочу выразить огромную благодарность Владимиру vsh, за помощь и время, потраченное на вразумление меня. А так же Валерию Khom за предоставленный вариант схемы, восстановленной им. Без их помощи я бы колупался значительно дольше.

 

Поскольку при присоединении к сообщению картинок качество их снижается даже при выкладывании через галерею, положил упаковку с файлами в файловый архив https://www.chipmake…les/file/16189/ В упаковке две схемы в формате программы sPlan7.0 ( в более ранних версиях этой программы они открываться не будут) и те же две схемы в графическом формате GIF.

 

Теперь некоторые пояснения к схемам.

На исходной схеме не нарисован диодный мост для питания статорной обмотки, поскольку для двигателя с постоянными магнитами он не нужен, а место на схеме занимает. И так пришлось все ужать, чтобы поместить схему на листе А4.

Нумерация клемм сделана так, как они расположены на блоке регулятора — слева направо. Естественно, клеммы для статорной обмотки не нарисованы и их номера пропущены. Эти клеммы используются в доработанной варианте регулятора для подключения светодиода-индикатора перегрузки. Но на схеме с доработками этот индикатор нарисован без подключения через клеммы, опять же по соображениям «впихивания» в схему без излишних ее перекраиваний.

Изменения в схеме, вызванные доработками, сделаны красным цветом. Нумерация вновь введенных элементов продолжает нумерацию элементов исходной схемы.

Вновь введенный конденсатор С25 между минусом высоковольтного выпрямителя и металлическим корпусом регулятора, а также варистор, подключенный параллельно двигателю, в теме не были описаны. О них Владимир vsh сообщил дополнительно. Варистор с классификационным напряжением 390 вольт. Какой конкретно, в смысле максимальной поглощаемой энергии, Владимир не указал, а я уточнять не стал и указал номинал по максимуму поглощаемой энергии.

У некоторых элементов в исходной схеме — диодного моста, диодов, биполярных транзисторов, терморезистора и одного предохранителя, отсутствуют указания типов, поскольку на фото платы их не было. Кроме того, может быть разница в комлектации конкретного ВАШЕГО экземпляра регулятора силовыми элементами. Возможны как замена аналогами тех, что указаны на схеме, так и замена двух ключевых мосфетов одним, рассчитанным на удвоенный ток.

 

Пока всё. Продолжение следует.

Управление скоростью двигателя постоянного тока с помощью широтно-импульсной модуляции (ШИМ)

Широтно-импульсная модуляция (ШИМ) или методы изменения рабочего цикла обычно используются для управления скоростью двигателей постоянного тока. Рабочий цикл определяется как процентное отношение цифрового «высокого» к цифровому «низкому» плюс цифровая «высокая» ширина импульса в течение периода ШИМ. На рис. 1 показаны импульсы 5 В с рабочим циклом от 0% до 50%.

Рис. 1: Плюсы с рабочим циклом от 0% до 50%

Среднее значение напряжения постоянного тока для рабочего цикла 0% равно нулю; при рабочем цикле 25% среднее значение равно 1.25В (25% от 5В). При коэффициенте заполнения 50 % среднее значение составляет 2,5 В, а при коэффициенте заполнения 75 % среднее напряжение составляет 3,75 В и так далее. Максимальный рабочий цикл может составлять 100 %, что эквивалентно форме волны постоянного тока. Таким образом, изменяя ширину импульса, мы можем изменять среднее напряжение на двигателе постоянного тока и, следовательно, его скорость.

Схема цепи

Схема простого регулятора скорости для мини-двигателя постоянного тока, такого как используется в магнитофонах и игрушках, показана на рис. 2.

Рис. 2. Управление скоростью двигателя постоянного тока с помощью метода ШИМ.

. Пояснение схемы:

.

Здесь инвертирующий триггер Шмитта N1 настроен как нестабильный мультивибратор с постоянным периодом, но переменной скважностью.Хотя общее внутрисхемное сопротивление VR1 во время полного цикла составляет 100 кОм, часть, используемая в положительный и отрицательный периоды каждого цикла, может варьироваться путем изменения положения его скользящего контакта для получения переменной ширины импульса. Затвор Шмитта N2 просто действует как буфер/драйвер для управления транзистором T1 во время положительных вторжений на его базу. Таким образом, средняя амплитуда управляющих импульсов постоянного тока или скорость двигателя M пропорциональны настройке положения ползунка потенциометра VR1. Конденсатор С2 служит накопительным конденсатором для обеспечения стабильного напряжения в цепи.

Таким образом, изменяя VR1, рабочий цикл можно изменить от 0% до 100%, а скорость двигателя от «остановленного» состояния до «полной скорости» равномерным и непрерывным образом. Диоды эффективно обеспечивают различные значения резистора времени во время заряда и разряда конденсатора времени C1.

Рис. 3. Конфигурация выводов BC337A

. Импульс или период покоя приблизительно определяется следующим уравнением: Импульс или период покоя ≈ 0,4 x C1 (Фарад) x VR1 (Ом) секунд. Здесь используйте внутрисхемное значение VR1 во время импульса или периода покоя, если применимо.

Частота останется постоянной и определяется уравнением:

 Частота ≈ 2,466/(VR1.C1) ≈ 250 Гц (для VR1=100 кОм и C1=0,1 мкФ) 

Рекомендуемое значение сопротивления в цепи должно быть больше 50 кОм, но меньше 2 МОм, а емкость конденсатора должна быть больше 100 пФ, но меньше 1 мкФ.

Больше интересных проектов здесь.


Эта статья была впервые опубликована 28 июня 2017 г. и обновлена ​​23 июля 2019 г.

Цепь управления скоростью двигателя постоянного тока высокой мощности 30A PWM LM358 CD4093 — Electronics Projects Circuits

Мощность цепи управления скоростью двигателя постоянного тока может работать от 30 ампер до 12…32 вольт. Управление скоростью осуществляется с помощью технологии PWM. Он имеет «реверсивное» реверсивное прямое управление. Схема управления скоростью LM358, CD4093 и IRF2804 на основе… Electronics Projects, схема управления скоростью двигателя постоянного тока высокой мощности 30 А с ШИМ LM358 CD4093 «цепь управления двигателем, схема драйвера двигателя, цепи ШИМ», Дата 23.02.2022

Мощность цепи управления скоростью двигателя постоянного тока может работать от 30 ампер до 12…32 вольт.Управление скоростью осуществляется с помощью технологии PWM. Он имеет «реверсивное» реверсивное прямое управление. Схемы управления скоростью LM358, CD4093 и IRF2804 на основе мосфетов могут быть выполнены с помощью потенциометра 5k или джойстика под названием «дроссель на эффекте холла».

12-32В 30А схема управления скоростью двигателя плавный пуск, реле переключения направления двигателя ШИМ-управление скоростью схема

30A Цепь управления скоростью двигателя

Согласно контроллеру скорости двигателя постоянного тока High Power, материалы, которые легко построить, можно найти между 12-32 В и 30 А.Он имеет плавный пуск, релейное переключение направления двигателя и ШИМ-управление скоростью.

Контроллер скорости двигателя постоянного тока использует пару высокомощных МОП-транзисторов, подключенных параллельно, для управления двигателем и релейной схемой, чтобы сделать двигатель реверсивным. Может работать от аккумуляторов 12-32В при токах до 30А. Логическое управление реверсивной схемой означает, что она может изменить направление только при остановленном двигателе.

Блок состоит из двух частей. Первый — это базовое управление скоростью с помощью двух параллельных МОП-транзисторов и двойного операционного усилителя для обеспечения широтно-импульсной модуляции (ШИМ).Второй раздел добавляет схему реле и логическое управление. Если вам не нужно изменение направления вращения двигателя, вы можете просто выполнить этап ШИМ-управления схемой

Управление скоростью может осуществляться с помощью встроенного подстроечного потенциометра, внешнего потенциометра 5k или дроссельной заслонки мотоцикла на основе датчика Холла. Это может быть идеальным для контроллера инвалидной коляски или электрического велосипеда.

Изображения осциллографа контроля скорости двигателя

Рис. 1. Основные операции управления.Треугольная волна от генератора сравнивается с эталонным напряжением 3,5 В (розовая линия), и когда оно превышает этот эталон, генерируется соответствующий импульс привода двигателя (синяя линия).

Рис. 2: Работа при более высоких настройках скорости. Треугольная форма сигнала теперь превышает опорное напряжение в течение большей части времени, и поэтому импульсы, подаваемые на двигатель, намного шире.

Описание цепи

Во-первых, давайте сосредоточимся на IC1 (двойной операционный усилитель LM358) и потенциометре 5k.Операционный усилитель IC1a и связанные с ним компоненты включают генератор треугольной волны. Его частота составляет около 300 Гц, а выходная амплитуда составляет около 1 В от пика до пика. Средний уровень постоянного тока этой треугольной формы может быть повышен или понижен в зависимости от настройки потенциометра управления скоростью 5k.

Этот выходной сигнал подключен к неинвертирующему входу IC1b, контакт 5. IC1b подключен как компаратор и сравнивает треугольную форму сигнала с фиксированным опорным напряжением 3,5 В на контакте 6. Треугольная форма сигнала на контакте 5 превышает 3.Опорное напряжение 5 В на контакте 6, выход на контакте 7 станет высоким, и это включит два силовых МОП-транзистора (IRF2804), Q6 и Q7.

Это означает, что МОП-транзисторы пульсируют, когда пик треугольной формы сигнала превышает 3,5 В. Расширение управления скоростью увеличивает рабочий цикл импульсов.

Работа схемы

показана в измерениях с помощью осциллографа на рис. 1 и рис. 2. Во всех случаях зеленая линия указывает на треугольную форму сигнала, а розовая линия — на 3.опорное напряжение 5 В, стабильное. Как вы можете видеть, каждый раз, когда часть треугольной формы волны пересекается с розовой линией и находится над ней, на затворы Mosfet подается импульс, как показано на синей линии. Напряжение на двигателе между положительной линией питания и стоками Mosfet обозначено желтой линией.

. Источник: http://www.siliconchip.com.au/cms/A_112070/article.html.

СПИСОК ССЫЛОК ДЛЯ СКАЧИВАНИЯ ФАЙЛОВ (в формате TXT): LINKS-13320.zip pass: 320volt.com

Управление щеточными двигателями постоянного тока с помощью ШИМ

Загрузите эту статью в формате PDF.

Многие приложения, использующие миниатюрные коллекторные двигатели постоянного тока, требуют, чтобы двигатели работали более чем в одной точке нагрузки или в определенных циклах нагрузки. Для запуска двигателя в рабочих точках нагрузки требуется переменный, управляемый источник питания. Это можно сделать с помощью непрерывного источника питания с линейной регулировкой или широтно-импульсной модуляции (ШИМ).

Линейное регулирование, как правило, неэффективно и требует большего корпуса.Более того, в приложениях с батарейным питанием нецелесообразно использовать линейное регулирование при различных точках нагрузки. ШИМ-регулирование напряжения, с другой стороны, является эффективным и может эффективно использоваться в приложениях с питанием от батареи или постоянного тока. Более высокая эффективность ШИМ-привода увеличивает срок службы батареи и снижает нагрев электронных компонентов.

Одним из недостатков использования ШИМ с двигателем являются потери на вихревые токи в обмотках ротора из-за непрерывного переключения ШИМ, которые, как правило, отсутствуют в линейных источниках питания.Однако правильно спроектированный ШИМ сводит к минимуму эффекты вихревых токов и улучшает работу двигателей.

Коллекторные двигатели постоянного тока без сердечника имеют низкую инерцию и индуктивность. Это позволяет использовать их в приложениях, требующих динамического поведения и быстрой реакции двигателя. Использование ШИМ позволяет точно контролировать ток в обмотках. Следовательно, выходной крутящий момент, который линейно пропорционален среднему току обмотки, можно правильно регулировать в двигателях без сердечника.

В отличие от чисто резистивных нагрузок для двигателей постоянного тока, сопротивление, индуктивность и обратная ЭДС на обмотках ротора являются решающими факторами при оптимизации частоты ШИМ и рабочего цикла.

Линейный и ШИМ-источник питания

В линейном источнике постоянного тока (как показано на рисунке ниже) ток зависит только от сопротивления обмотки. Индуктивность не влияет на ток, как при постоянном источнике. Импеданс катушки индуктивности равен нулю.

Значения по каталогу и прогнозируемый срок службы для большинства двигателей без сердечника оцениваются с использованием постоянного линейного источника питания постоянного тока.

При использовании источника ШИМ схема видит омическое сопротивление и индуктивность из-за частых переключений.Кроме того, на клемме создается противо-ЭДС, эквивалентная характеристикам двигателя (KE) и скорости. Это усложняет схему ШИМ при разработке ее для конкретного приложения, поскольку для достижения наилучших характеристик двигателя необходимо точно контролировать не только рабочий цикл, но и частоту ШИМ.

Когда двигатель находится в состоянии покоя или вращается с низкой скоростью, противо-ЭДС можно пренебречь. Упрощенная эквивалентная схема двигателя показана ниже.

Обгонный или демпфирующий диод (параллельно клеммам двигателя на приведенной выше схеме) никогда не следует опускать при использовании переменного напряжения, например, с ШИМ.Диод позволяет рассеивать заряд без образования дуги при переключении.

Когда двигатель работает на умеренно высокой скорости, противо-ЭДС сравнима с приложенным напряжением, поэтому в эквивалентную схему необходимо добавить составляющую, представляющую противо-ЭДС. Модифицированная эквивалентная схема показана ниже.

Обратная ЭДС вместе с цепью RL в щеточном двигателе постоянного тока вносит нелинейность в управление ШИМ, а частота ШИМ и рабочий цикл ШИМ становятся важными для получения наилучшей выходной мощности.

Когда ШИМ управляет двигателем и электромагнитная совместимость имеет решающее значение, рекомендуется анализировать влияние излучения, поскольку излучаемая электромагнитная энергия обычно выше с ШИМ, чем с линейными источниками постоянного тока.

Вольт-амперные характеристики

Когда напряжение подается на цепь RL, катушка индуктивности противодействует току в цепи. В результате ток экспоненциально возрастает до установившегося значения, которое зависит от отношения двигателя L/R .На приведенном ниже графике показано экспоненциальное увеличение тока через обмотку в цепи RL. Когда приложенное напряжение снимается с цепи, ток медленно падает до нуля, затухая по экспоненциальному закону.

Константа L/R (она же постоянная времени для RL-цепи) определяет максимальную скорость изменения приложенного напряжения в цепи. Стационарное состояние после любого изменения приложенного напряжения достигается через период, равный нескольким постоянным времени. График тока двигателя (выше) показывает его экспоненциальный рост, что представляет собой идеальный сценарий.Пятикратная постоянная времени ( 5L/R ) обычно считается временем, необходимым для достижения устойчивого состояния. Однако при пятикратной постоянной времени схема составляет около 99,33% от своего максимального значения.

Пренебрегая для простоты наличием противо-ЭДС, нарастание тока в простой RL-цепи можно представить как:

Где

I 0 — максимальный ток через RL-цепь при заданном напряжении; τ — постоянная времени цепи RL, определяемая как время, необходимое для достижения током значения 1/e, или около 63.21% от максимального тока; а т это время.

После достижения устойчивого состояния при отключении питания ток в цепи RL спадает экспоненциально (как показано ниже).

Рекомендации по проектированию ШИМ

Когда привод ШИМ используется с щеточными двигателями постоянного тока, внутренняя индуктивность ротора действует как фильтр тока, что хорошо для цепи привода. Однако другие конструктивные параметры, такие как частота ШИМ и рабочий цикл, влияют на пульсации тока и, следовательно, на срок службы щеточной коммутации.

Когда ШИМ управляет двигателем, ток через двигатель увеличивается и падает с каждым периодом ШИМ. Игнорируя противо-ЭДС двигателя, нарастание тока является функцией индуктивности двигателя и общего сопротивления. Для каждого цикла ШИМ частота ШИМ должна быть выбрана таким образом, чтобы было достаточно времени, чтобы ток достиг своего установившегося значения, которое обычно превышает 5τ. На приведенном ниже графике показаны условия, когда частота ШИМ достаточна для достижения устойчивого состояния.

Когда частота ШИМ превышает пороговое значение, время включения и выключения ШИМ становится короче, чем время, необходимое для работы цепи RL и достижения установившегося состояния тока.Следовательно, ток колеблется между двумя неустановившимися значениями, что вызывает пульсации тока. На приведенном ниже графике показано состояние, когда частота ШИМ выше, чем время, необходимое для установившегося режима, и ток через двигатель колеблется.

С точки зрения конструкции пульсации тока должны быть уменьшены путем регулировки частоты возбуждения таким образом, чтобы выходной крутящий момент был почти линейным. Также рекомендуется поддерживать частоту ШИМ выше диапазона слышимости человека (выше 20 кГц), поскольку пульсации тока в этом диапазоне частот могут создавать шум во время работы двигателя.

Пульсация тока

Для определенных щеточных двигателей без сердечника пульсации тока должны быть как можно ниже. Как правило, пульсация ниже 10% считается низким значением. Более высокие пульсации влияют на производительность несколькими способами: Ÿ Выходной крутящий момент двигателя пропорционален току, тогда как омический (резистивный) нагрев обмотки пропорционален квадрату тока. Таким образом, при пиковых токах преобладает нагрев обмоток, который снижает производительность и срок службы двигателя. Ÿ В щеточных двигателях постоянного тока Portescap не используются пластины из железа, поэтому потери на вихревые токи и гистерезис в магнитной цепи прямо пропорциональны пульсациям тока и могут снизить общую производительность двигателя.Ÿ При коммутации драгоценных металлов повышенная электроэрозия влияет на срок службы двигателя, поскольку электроэрозия пропорциональна коэффициенту L x I eff 2 . где L — индуктивность, а I eff — эффективный ток через обмотку. Ÿ При коммутации угольных щеток повышенная пульсация тока увеличивает накопление патины. (Патина или пленка — это слой оксида меди, образующийся на поверхности коллектора угольной щетки, который улучшает коммутацию и снижает трение.) Следовательно, при более низких скоростях контакт щеток будет ухудшаться. На средних и высоких скоростях патина не оказывает существенного влияния на работу двигателя.

Индуктивное напряжение на клемме может быть указано как:

Где L — индуктивность; U L — напряжение, генерируемое на катушке индуктивности; а T — бесконечно малое время, за которое ток изменяется на ∆I.

При работе двигателя с ШИМ напряжение на его клемме противодействует противо-ЭДС, генерируемой на клемме двигателя.Следовательно, уравнение 3 можно переписать как для нарастания, так и для падения тока в операциях ШИМ как:

и:

Где нижний индекс ON обозначает время «включения», а OFF обозначает время «выключения» импульса ШИМ, так что общее время T P определяется как:

Из уравнения. 5,

Вставка значения из уравнения. 7 в уравнение 4, мы получаем

T ON и T OFF в приведенном выше уравнении можно дать как

и

Где D — рабочий цикл ШИМ-сигнала.

Отсюда уравнение 8 можно переписать как:

Ур. 11 можно использовать для извлечения пульсаций тока в двигателе из-за ШИМ-сигнала с рабочим циклом D и частотой 1/T P .

Интересно отметить из уравнения. 11 видно, что пульсации тока максимальны, когда рабочий цикл составляет 50%. Следовательно, предлагается, чтобы проектировщики запускали двигатель вдали от зоны рабочего цикла 50%.

Кроме того, из приведенного выше уравнения пульсации тока зависят только от индуктивности двигателя, а не от электрической постоянной времени двигателя.

В идеальном случае для двигателей без сердечника разница (U ON – U OFF ), иногда обозначаемая как ∆U, должна быть как можно меньше в зависимости от максимального входного напряжения двигателя и скорости применения.

Индуктивность двигателя на клеммах зависит от частоты ШИМ. Например, в каталоге указана индуктивность двигателя Portescap при частоте 1 кГц; но на частоте 100 кГц индуктивность может уменьшиться до 20% от каталожного значения.

По сравнению с двигателями с железным сердечником индуктивность двигателей без сердечника ниже в два раза.Кроме того, добротность хуже, так как в обмотках ротора отсутствуют железные пластины. Следовательно, ШИМ-привод с двигателем без сердечника будет иметь относительно более высокие потери и меньшую электронную стабильность.

Срок службы двигателя

В коллекторных двигателях постоянного тока наиболее распространенным видом отказа является износ щеток из-за коммутации. В течение срока службы двигателя щетки (угольно-графитовые или из драгоценных металлов) подпружиниваются и механически соединяются с сегментами коллектора для зарядки катушек.Это делает износ щеток функцией механического трения, возникающего при скольжении щеток по сегментам коллектора, и электроэрозии, вызванной электрическими разрядами во время коммутации.

При использовании ШИМ-приводов для работы двигателя с различными скоростями и нагрузками расчетный срок службы двигателя представляет собой сложную комбинацию различных факторов, влияющих на его износостойкость. Эти факторы могут включать: Ÿ Более высокая плотность тока в коммутации из-за снижения эффективности, высокого механического трения, недостаточной смазки или рециркуляции тока.Ÿ Высокая электроэрозия при скачках тока при использовании источников ШИМ. Ÿ Более высокая рабочая температура двигателя из-за условий окружающей среды или более высокая удельная мощность двигателя, что снижает качество смазки.

В зависимости от области применения и источника питания двигателя ожидаемый срок его службы может зависеть от одного или нескольких факторов, описанных выше.

Для конструкций двигателей, в которых точка нагрузки требует, чтобы двигатель работал с умеренными крутящим моментом и скоростью, без осевых и радиальных нагрузок, действующих на вал, и в умеренном диапазоне температур (обычно ниже 60°C), износ, как правило, обусловлен электромеханическими нагрузками. -эрозия.Тогда срок службы двигателя обратно пропорционален индуктивности и квадрату тока:

В приведенном выше уравнении рассматривается линейный источник или источник ШИМ с незначительной пульсацией тока по сравнению со средним током, протекающим через двигатель. В практических сценариях пульсация может значительно сократить срок службы двигателя.

Случай 1: Пульсации тока менее 10 %. Чтобы уменьшить пульсации тока до уровня менее 10 % в коллекторных двигателях постоянного тока Portescap, диапазон частот может достигать 40–120 кГц.

С ШИМ, экв. 12 можно переписать как:

l потери — это потери в диоде и потери из-за вихревых токов и гистерезиса на трубке двигателя. Эти потери снижают общий КПД двигателя. Тем не менее, хорошая конструкция обеспечивает КПД ШИМ от 85 до 90%.

Из уравнения. 12 и 13, и с учетом l потерь как 10% от I двигателя .

Тогда:

 

Следовательно, при эффективности ШИМ 90 %

Случай 2: Пульсации тока значительны. Уравнение 14 справедливо, когда I потери малы по сравнению с I двигателя . Но когда пульсация тока высока, мгновенный ток проходит через двигатель и нагревает его; тогда уравнение следует изменить, чтобы оно стало следующим:

Учитывая ШИМ с рабочим циклом 50%, где пульсации максимальны, а средняя мощность двигателя равна P, интегральная часть может быть переписана как:

Таким образом, уравнение. 16 можно переписать с учетом 90% эффективности ШИМ следующим образом:

ШИМ увеличивает срок службы двигателя

Есть несколько вещей, которые можно сделать для увеличения срока службы двигателя при использовании ШИМ:

1.Уменьшить пульсации тока двигателя. Пульсации тока можно уменьшить, увеличив частоту ШИМ. Если частота ШИМ значительно выше, чем постоянная времени двигателя (L/R), пульсации еще больше уменьшаются. Для двигателей без сердечника Portescap рекомендуется пульсация менее 10 % для увеличения срока службы двигателя.

Другой интуитивный подход к уменьшению пульсаций тока заключается в добавлении внешней индуктивности в цепь двигателя, которая действует как фильтр тока. Обычно это повышает эффективность. Однако индуктор усугубляет общую электроэрозию системы щетка-коллектор, поскольку электроэрозия прямо пропорциональна индуктивности цепи.Следовательно, если только эффективность и нагрев двигателя не являются проблемой, этот подход не рекомендуется.

2. Конструкция преобразователя постоянного тока. В конструкциях, подобных приведенной ниже, эффективность системы резко повышается, а срок службы щеток двигателя увеличивается по сравнению с решением, в котором в цепь добавляется внешняя индуктивность.

Для оптимизации схемы пульсации напряжения, заданные ур. 18, следует свести к минимуму. Значение менее 10 % достаточно для практической работы двигателя.

Из приведенного ниже уравнения следует, что на более высоких частотах значение катушки индуктивности и конденсатора будет уменьшаться, и, следовательно, общая упаковка привода ШИМ уменьшится.

Ультразвуковые колебания могут возникать в роторе при работе двигателя на более низких частотах. Поэтому предлагается управлять двигателем на частотах выше 20 кГц.

Для приложений с батарейным питанием, где используются миниатюрные двигатели, эффективность приложения определяет цикл заряда батарей.Привод PWM помогает, позволяя двигателю работать на разных скоростях. Однако необходима точная конструкция ШИМ, чтобы пульсации тока и напряжения были незначительными и срок службы двигателя не сокращался.

Sunil Kedia м Менеджер по дизайну и разработке в Portescap.

ШИМ-схема управления скоростью двигателя постоянного тока

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


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

ШИМ-сигнал

Когда мы подаем питание постоянного тока на двигатель, он начинает вращать вал, но мы не можем контролировать его RPM (обороты в минуту), когда мы подаем сигнал PWM, поскольку питание двигателя постоянного тока зависит от рабочего цикла PWM, мы можем управлять оборотами двигателя постоянного тока.

Здесь рабочий цикл представляет собой процент времени включения за один период и зависит от продолжительности времени включения и скорости вращения двигателя (об/мин) подсчета импульсов.

Операция H-моста

ИС

H-Bridge или драйвера двигателя, такие как L293D, используются для преобразования сигнала управления малой мощностью в сигнал достаточной мощности для привода двигателей и для изменения направления питания двигателя нагрузки.

зависит от открытия и закрытия переключателя, 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 двигателей H-Bridge.

Принципиальная схема

Необходимые компоненты

  1. Двигатель постоянного тока (1000 об/мин) 9 В
  2. IC L293D
  3. ИЦ 555
  4. Батарея 9 В
  5. Переменный резистор 100 кОм
  6. Резистор 1 кОм
  7. Резистор 100 Ом = 2.
  8. Конденсатор 1 мкФ электролит, 0,1 мкФ
  9. Диод 1N4007=2
  10. тумблер
  11. Доска для хлеба
  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 коэффициент заполнения, а выходной сигнал IC 555 напрямую подается на драйвер двигателя H-Bridge IC L293D через тумблер.Используя тумблер, мы можем изменить входной контакт L293D. Двигатель постоянного тока подключен между выходами 1 и 2.

Драйвер двигателя L293D

Микросхема L293D имеет 16 контактов и может одновременно управлять двумя двигателями. Здесь схема показывает двунаправленное управление двигателем постоянного тока.

 

Управление скоростью двигателя постоянного тока с помощью ШИМ с микросхемой 555 — Share Project

Модуль ATMEGA328P со встроенным LoRa и CAN-BUSВВЕДЕНИЕ В своем стремлении усовершенствовать свою систему телеметрии LoRa к настоящему времени я прошел через довольно много прототипов.Этот пост будет посвящен следующему дизайну узла. В связи с тем, что площадь, на которой я буду развертывать систему, довольно большая, но с примерно квадратными граничными линиями ограждения, я решил попробовать уменьшить количество узлов LoRa Radio, необходимых для покрытия всей области. Это открыло возможность использовать шину CAN-BUS для подключения узлов, работающих только с датчиками, к радиоузлу, чтобы они сообщали о состоянии при возникновении исключений, а также по запросам от радиоузла. Таким образом, устройство будет функционировать как шлюз LoRa-to-CAN-BUS с некоторой локальной автоматизацией для управления передачей данных на мастер-станцию.Эта концепция также может быть адаптирована для использования в других областях, таких как домашняя автоматизация или промышленная установка. В основе устройства я остановился на универсальном ATMEGA328P, который, если исключить текущую нехватку чипов и текущие высокие цены, является очень недорогим чипом с множеством хорошо протестированных библиотек и относительно низкой кривой обучения, в значительной степени из-за его очень широкого использования в экосистеме Arduino. Компонент LoRa обрабатывается модулем RA-02 или даже RA-01H от AI-Tinker (не спонсируется).Это устройство, как мы видели в предыдущих прототипах, требует использования преобразователей логических уровней из-за того, что оно принимает только логические уровни 3,3 В. Хотя я мог бы избавиться от них, если бы запитал ATMEGA328P от 3,3 В, это вызвало бы две проблемы, одна из которых по-прежнему будет заставлять использовать преобразователи уровней… Я решил запустить ATMEGA328P на частоте 16 МГц, что в основном заставляет мне использовать 5v для питания чипа. Вторая причина не так очевидна, если вы внимательно не прочитаете несколько таблиц данных… Компонент CAN-Bus обрабатывается автономным контроллером SPI-to-CAN MCP2515, а также приемопередатчиком CAN-шины TJA1050. устройство только на 5В. Таким образом, теоретически я мог бы использовать преобразователи логических уровней только между MCP2515 и TJA1050, в то время как остальная часть схемы работает на 3,3 В … Учитывая, что я бы предпочел использовать ATMEGA328P на частоте 16 МГц, а также тот факт, что мой LoRa Radio Схема модуля со схемой преобразователя логического уровня работает очень хорошо, я решил не менять ее и оставить шину CAN на 5 В на всем протяжении, так как мне все равно придется использовать регулятор 5 В на печатной плате только для эта цель.Соединения ввода-вывода для модулей LoRa и CAN BUS Оба встроенных компонента ( Lora и CAN ) являются устройствами SPI. Это означает, что они имеют общие линии SCK, MISO и MOSI (обеспечиваемые на ATMEGA328P контактами D13, D12 и D11 соответственно. Затем индивидуальное устройство SPI дополнительно выбирается для работы с помощью вывода CE, по одному уникальному выводу на устройство). который устанавливается микроконтроллером на низкий уровень, чтобы указать устройству, что оно должно обратить внимание на данные, передаваемые по шине SPI … И LoRa, и CAN также используют другие контакты, LoRa нуждается в контакте сброса, подключенном к D9 , вывод CS/CE на D10, а также вывод аппаратного прерывания, подключенный к D2.(Обратите внимание, что это для использования с библиотекой LoRa Sandeep Mistry. Для библиотеки Radiolib потребуется дополнительный контакт, обычно подключенный к DIO1 на модуле LoRa. Устройство не обеспечивает доступ к этим контактам в его текущем макете, поэтому вы можете использовать только это с библиотекой Sandeep Mistry, по крайней мере на данный момент …) Модуль CAN использует вывод CE / CS на D4 с выводом IRQ на D6, который, хотя и не является выводом аппаратного прерывания, имеет функциональность PCINT. Контакты D10, D9 и D2 не размыкаются для доступа пользователя.хотя я решил дать доступ к D4 и D6, а также к шине SPI, D11, D12, D13, чтобы разрешить взаимодействие с логическими анализаторами или добавить к шине другие устройства SPI… Это подводит нас к очень интересному моменту. … Действительно ли два устройства SPI хорошо работают вместе? и что я имею в виду под «хорошо играть вместе»? Чтобы ответить на этот вопрос, мы вынуждены сначала взглянуть на немного теории, а также понять фундаментальные различия между SPI и I2C… Разница между SPI и I2CБольшинство из нас будет хорошо знакомо с I2C, так как это очень распространенный протокол, используемый для подключения датчиков к микроконтроллеру.Он состоит всего из двух линий ввода-вывода, SDA для данных и SCL для часов. Каждое устройство на шине имеет собственный встроенный адрес, как и в случае расширителя ввода-вывода PCF8574, этот адрес можно выбрать между 0x20h и 0x27h. Все устройства совместно используют эти общие линии данных и будут реагировать только тогда, когда специально адресуется главным контроллером… Если вы случайно не поместите два устройства с одинаковым адресом на одну и ту же шину (если это вообще сработает), таким образом, чтобы неправильное устройство ответило на любой запрос данных…SPI, с другой стороны, работает по совершенно другому принципу, что делает его в несколько раз быстрее, чем I2c, при этом данные одновременно отправляются и принимаются активным устройством… SPI также известен как четырехпроводной протокол. Каждое устройство имеет как минимум 4 линии данных, а именно SCK (часы), MOSI (для данных, передаваемых ОТ ведущего устройства НА ведомое устройство), MISO (для данных, передаваемых НА ведущее устройство ОТ ведомого устройства) и CE или CS (чип). выберите ) pin.SCK, MISO и MOSI являются ОБЩИМИ для всех устройств, что означает, что они являются общими для всех из них.CE/CS — это уникальный контакт для КАЖДОГО устройства, а это означает, что если у вас есть четыре устройства SPI на шине, вам нужно будет иметь четыре отдельных контакта CE/CS! Устройство будет или, скорее, должно реагировать только на данные на SPI- BUS, ЕСЛИ мастер переводит соответствующий вывод CE/CS в НИЗКИЙ уровень. Теперь вам должно очень быстро стать ясно, что это может превратиться в очень, очень сложный беспорядок, очень быстро. Возьмем очень хороший пример. модуль дисплея SPI ST7789 имеет дешевую версию, обычно продается на Ali-express, а также в других интернет-магазинах.Этот конкретный модуль, я полагаю, чтобы упростить его использование, имеет вывод CE / CS, который по умолчанию внутренне опущен на землю … Так что насчет этого, спросите вы? Что в этом плохого, ведь это экономит вам пин-код ввода-вывода? На самом деле это очень неправильно, факт, который вы очень быстро обнаружите, если когда-либо пытались использовать один из этих дисплеев на шине SPI вместе с другими устройствами SPI… Ничего не будет работать, или будет работать только дисплей (если вы повезло) Но почему? Вытягивание CE/CS LOW сигнализирует микросхеме, что она должна реагировать на инструкции на общих линиях SCK, MISO и MOSI.если штифт находится внутри НИЗКОГО уровня, это заставляет этот чип всегда реагировать, даже когда он не должен. Таким образом, загрязняя всю SPI-BUS мусором … Ответ на вопрос После этого очень многословного объяснения, которое все еще является чрезвычайно простым, пришло время вернуться к нашему первоначальному вопросу: Sx127x ( RA-02 ) Модуль и MCP2515 Могут ли контроллер хорошо работать на одной шине? Ответ не однозначен, так как он сводится к тому, какие библиотеки вы используете… Помните, что библиотека должна сбрасывать вывод CE/CS устройства, с которым она хочет взаимодействовать.Некоторые библиотеки ошибочно полагают, что используются только они, и игнорируют тот простой факт, что они должны освобождать вывод CE/CS ПОСЛЕ КАЖДОЙ транзакции, чтобы освободить шину для других устройств, которые также могут ее использовать… Однако я могу сказать, что библиотека LoRa от Sandeep Mistry, а также библиотека mcp_can действительно хорошо сочетаются друг с другом. Эти две библиотеки не удерживают отдельные выводы CE/CS в НИЗКОМ состоянии и позволяют совместно использовать шину spi. Это не относится к описанному выше модулю ST7789, где аппаратное обеспечение фактически все время вытягивает штифт… Взглянем поближе на печатную плату Давайте поближе познакомимся с печатной платой. Модуль Ra-02 (LoRa) занимает большую часть левой стороны печатной платы, а ATMEGA328P — справа. RA-02 окружен преобразователями уровня с использованием N-канального мосфета BSS138 и резисторов 10 кОм (от Q1 до Q6, R1, R2, R3, R4, R5, R6, R8, R9, R10, R11, R12, R13). ) C1 и C2 — шунтирующие конденсаторы для модуля Ra-02. В левом нижнем углу у нас есть кнопка аппаратного сброса, для сброса ATMEGA328P, с желтой перемычкой (h2) рядом с ней.Эта перемычка управляет балластным резистором 120 Ом (R17) для шины CAN. Удаление перемычки удалит балласт. Непосредственно под ним находится разъем CAN, помеченный как U5, где CH обозначается как CAN-H, а CL — как порты CAN-L. U3 и U4 вместе с R18, R19, X2, C16, C17 составляют компоненты CAN на печатной плате. Развязка обеспечивается C6, C7, C8, а также C9 и C12 (также включает развязку ATMEGA328P). Заголовок программирования ICSP предоставляется выше U1 (ATMEGA328P) для использования с USPASP, AVRASP или Arduino в качестве интернет-провайдера и т.п.На плате не предусмотрен преобразователь USB в последовательный порт, возможна последовательная загрузка, загружаемая с помощью загрузчика Arduino для Arduino NANO (чтобы использовать все аналоговые входы). Контакты RxD, TxD и DTR выведены на противоположные стороны печатной платы, а также доступ к контактам 3,3 В, 5 В и GND. Предусмотрена розетка постоянного тока. он может принимать до 12 В постоянного тока, хотя я бы рекомендовал не превышать 7,2 В, чтобы не слишком нагружать регуляторы LDO на задней панели печатной платы (LDO1 и LDO2). на картинке выше я подключил преобразователь USB-to-Serial, а также CAN-BUS к устройству.Принципиальная схема Подробные принципиальные схемы представлены ниже: Лист 1 (вверху) относится к ATMEGA328p и поддерживающим его схемам, а также к источнику питания через регуляторы LDO. Лист 2 (внизу) относится к преобразователям логического уровня, RA-02. (Sx1278) Модуль LoRa, контроллер CAN-BUS и схема приемопередатчика. Программное и микропрограммное обеспечение Чтобы протестировать этот модуль, я использовал библиотеку mcp_can от Cory J Fowler для части CAN-Bus, а также Arduino-LoRa от Sandeep MistryКомбинированный пример, использующий одновременно LoRa и CAN, будет выпущен вместе со следующей частью проекта, а именно модулем CAN-Relay.

ШИМ-контроллер | ШИМ-контроллер повышения и понижения напряжения

Электронные схемы могут содержать как аналоговые, так и цифровые компоненты.ШИМ, что означает широтно-импульсная модуляция, облегчает управление аналоговыми устройствами с помощью цифрового сигнала. Многие электрические конструкции используют ШИМ для регулирования, причем ШИМ используется как способ уменьшить среднюю мощность, передаваемую электрическим сигналом, путем его разделения на более мелкие части. RS Components предлагает ряд ШИМ-контроллеров от множества надежных брендов, включая ON Semiconductor, STMicroelectronics, Texas Instruments и другие.

Что делают ШИМ?

Аналоговые сигналы могут быть включены или выключены, или даже могут быть помещены в промежуточное положение между ними, в то время как цифровой сигнал может быть только включен или выключен.Оба сигнала появляются в электронных схемах и часто могут потребоваться для совместной работы. Входы могут быть преобразованы с помощью ЦАП (цифро-аналоговый преобразователь) или АЦП (аналогово-цифровой преобразователь). ШИМ доступен для управления выходом устройства: например, ШИМ может преобразовывать цифровой выход микроконтроллера (MCU) в аналоговый сигнал для управления следующим аналоговым компонентом.

Типы устройств ШИМ:

Контроллеры режима напряжения ШИМ работают, подавая на вход управляющее напряжение (Vc) и линейное изменение ШИМ (Vramp).Контроллеры режима тока ШИМ
  • добавляют вторую петлю обратной связи к току индуктора для создания рампы ШИМ.
  • Импульсные ШИМ-регуляторы подают входное напряжение обратно через ШИМ-контроллер, чтобы поддерживать постоянное выходное напряжение.
  • Что такое рабочий цикл?

    Сигналы ШИМ характеризуются двумя основными характеристиками: частотой и рабочим циклом. Рабочий цикл указывается в процентах (%) и относится к количеству времени, в течение которого сигнал включен. Например, если рабочий цикл равен 50 %, сигнал включен в течение 50 % и выключен в течение 50 % периода времени.В широтно-импульсной модуляции используется прямоугольная импульсная волна.

    Где используются ШИМ-контроллеры?

    Двигатели
  • Светодиодное освещение
  • Лампы
  • Обогреватели/HVAC
  • Электромобили
  • Робототехника
  • Системы связи
  • Как построить автоматическую схему PWM Door Open/Close Controller 9000 схема турникета или двери, обеспечивающая автоматическое открытие/закрытие с помощью каскада фотопрерывателя.


    На представленной схеме можно увидеть простую схему управления двигателем на основе ШИМ с высоким крутящим моментом и характеристикой немедленной остановки/реверса, которая может быть использована для работы предлагаемого турникета или автоматической двери.

     


    Если предполагается, что ШИМ на основе Arduino будет функционировать, то фазу IC на приведенной выше схеме можно убрать, и ШИМ от Arduino вполне можно будет сразу же использовать на базе MOSFET через резистор 10 Ом. как показано ниже.1 мкФ/100 В
    Z1 = 15 В, 1/2 Вт
    Q1 = IRF540
    N1 — N6 = IC MM74C14
    DPDT = ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ DPST ИЛИ РЕЛЕ DPDT
    Для начала со схемой выше, которая может не использовать Arduino вход настроен на 6 вентилей НЕ Шмидта шестнадцатеричного инвертора от микросхемы MM74C14, где N1 формирует необходимый генератор прямоугольных импульсов, N2 используется для определения коэффициента заполнения импульсов, создаваемых N1 через потенциометр P1, хотя остальные вентили подключены как буферы.
    P1 используется для определения скорости, при которой дверь должна работать мгновенно.
    Конечный выход ШИМ, получаемый с выходов буферов N3-N6, подается на MOSFET-транзистор Q1 драйвера, который отвечает за управление скоростью подключенного двигателя на основе заданных данных ШИМ питания.
    Переключатель DPDT можно увидеть прикрепленным к клеммам двигателя и MOSFET, этот переключатель используется для немедленного торможения и изменения направления вращения двигателя.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.