Схемы шим регуляторов: Простой ШИМ регулятор

Содержание

Схема шим регулятора

Богородчаны Вчера Днепр, Жовтневый 11 окт. Киев, Дарницкий 11 окт. Хотите продавать быстрее?


Поиск данных по Вашему запросу:

Схемы, справочники, даташиты:

Прайс-листы, цены:

Обсуждения, статьи, мануалы:

Дождитесь окончания поиска во всех базах.

По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам. ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: ШИМ регулятор своими руками

Простой ШИМ регулятор


Совсем недавно решил изготовить несколько зарядных устройств для автомобильного аккумуляторы, который собирался продавать на местном рынке. В наличии имелись довольно красивые промышленные корпуса, стоило лишь изготовить хорошую начинку и все дела. Но тут столкнулся с рядами проблем, начиная от блока питания, заканчивая узлом управления выходного напряжения. Пошел и купил старый добрый электронный трансформатор типа ташибра китайский бренд на ватт и начал переделку.

Ташибра — электронный импульсный сетевой блок питания реализованный на полумостовой основе, не имеет никаких защит, даже простой сетевой фильтр отсутствует.

После переделки об этом в следующих статьях удалось получить на выходе трансформатора до 18 Вольт постоянного напряжения с током Ампер, что более, чем достаточно для зарядки даже довольно емких автомобильных аккумуляторов. Размеры платы не более пачки от сигарет, довольно компактный и мощный блок питания в итоге получился. Вторая проблема была связана с регулятором мощности, напрямую зарядить аккумулятор не получиться, поэтому было решено использовать схему простого ШИМ регулятора.

В нашей схеме силовым звеном является мощный N-канальный полевой транзистор, в моем случае IRFZ44, естественно он не критичен, можно задействовать почти любые аналогичные ключи с допустимым током 20Ампер и более.

Полевой транзистор в ходе работы будет перегреваться, но этот перегрев не будет слишком большим, но на всякий случай транзистор стоит установить на теплоотвод. На рис. Рассмотренный выше автоматический способ управления таймером NE по входу Е выв. В роли рис. Цепочка R15, С15 рис. На схемах рис. Диод VD7 рис. HER, FR в порядке ухудшения быстродействия.

Если нагрузка не индуктивная: нагреватели, гальванические ванны и др. Использовать подобный модуль можно согласно схеме на рис. Для этого см. Конденсаторы С21, С22 вместе с диодным мостом VD12 на рис. Будет значительно лучше, если использовать интегральный стабилизатор DA1 рис.

Дополнительная стабилизация напряжения источника, в этом случае, тоже не помешает. Очень важно! Для этого от внешнего источника напряжением На практике часто возникает необходимость в защите от экстремальных условий работы источника питания — перегрузки, короткого замыкания в нагрузке, перенапряжения и т.

В этом случае рис. Дополнительные дроссели L5, L6 на рис. После втягивания это реле остается под напряжением, даже если напряжение само нормализовалось — для выявления и устранения неисправности оперативным персоналом. Схема немного сложнее, но имеет большее быстродействие. Александр Шуфотинский, г. Схема регулятора основанного на широтно-импульсной модуляции или просто ШИМ, может быть использована для изменения оборотов двигателя постоянного тока на 12 вольт.

Регулирование частоты вращения вала при помощи ШИМ дает большую производительность, чем при использовании простого изменения постоянного напряжения подаваемого на двигатель. Из-за применения таймера NE схема регулирования оборотов получилась достаточно простой. Как уже было сказано выше, шим регулятор оборотов двигателя выполнен с помощью простого генератора импульсов вырабатываемого нестабильным мультивибратором с частотой 50 Гц выполненного на таймере NE Длительность положительного импульса можно регулировать переменным резистором R2.

Чем больше ширина положительного импульса поступающего на затвор MOSFET транзистора, тем больше мощность поступает на двигатель постоянного тока. И наоборот чем уже ширина его, тем меньше мощности передается и как следствие понижаются обороты двигателя.

Данная схема может работать от источника питания в 12 вольт. Регулятор оборотов двигателя 5В…16В 10A Бесплатная доставка. Цена: 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. Без переделки схемы напряжение можно поднимать до 16 вольт. Транзистор ставить в зависимости от мощности нагрузки. Полевик без радиатора, при нагрузке до 7 ампер, не греется.

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. 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. Резистор R3 обеспечивает подтяжку выхода к высокому уровню — так так там выход с открытым коллектором. Который не способен самостоятельно выставить высокий уровень. Диоды можно ставить любые, конденсаторы примерно такого номинала, как на схеме. Отклонения в пределах одного порядка не влияют существенно на работу устройства. 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, stalker Форум по широтно-импульсным регуляторам. Ваш e-mail не будет опубликован. Добавить комментарий Отменить ответ Ваш e-mail не будет опубликован. Свежие записи Расшифровка кабельной маркировки Свет на балконе Высокотемпературная сверхпроводимость Ремонт телевизоров видео уроки Как работает шаговый двигатель?

Лента светодиодная мощность Как измерить ток мультиметром Светодиодные лампы как люминесцентные Светодиодное освещение потолка Электроника и наноэлектроника. Свежие комментарии.


ШИМ регулятор схема

Войти Регистрация. Логин: Пароль Забыли? Популярные ICO. Обзор ICO Agrotechfarm: цели, преимущества, токены.

Схема содержит минимум компонентов в обвязках микросхем. На TL собран основной регулятор ШИМ от 0% до %, который.

Шим регулятор на 555

Трудно перечислить, для каких только целей не использовалась эта недорогая, но многофункциональная микросхема за почти полувековой период своего существования. Однако, даже несмотря на быстрое развитие электронной промышленности в последние годы, она по-прежнему продолжает пользоваться популярностью и выпускается в значительных объемах. Предлагаемая Jericho Uno простенькая схемка автомобильного ШИМ-регулятора — не профессиональная, полностью отлаженная разработка, отличающаяся своей безопасностью и надежностью. Это всего лишь небольшой дешевый эксперимент, собранный на доступных бюджетных деталях и вполне удовлетворяющий минимальным требованиям. Поэтому его разработчик не берет на себя ответственности за все то, что может произойти с вашим оборудованием при эксплуатации смоделированной схемы. Вернуться назад 80 1 2 3 4 5. Установите галочку:. Комментарии 2.

ШИМ регулятор оборотов: схема модуля управления мотором

Очень часто нужно иметь возможность регулировать ток, протекающий через лампы или нагревательные элементы. Поскольку нагрузка у них резистивная — самое простое решение собрать небольшой PWM с английского ШИМ — широтно-импульсная модуляция регулятор. Микроконтроллер генерирует чёткие импульсы нужной формы и скважности, что значительно упрощает схему. Есть две кнопки, для увеличения и уменьшения мощности. В зависимости от ширины импульса — светодиод медленнее или быстрее мигает, так визуально можно оценить скважность.

Совсем недавно решил изготовить несколько зарядных устройств для автомобильного аккумуляторы, который собирался продавать на местном рынке. В наличии имелись довольно красивые промышленные корпуса, стоило лишь изготовить хорошую начинку и все дела.

Принципиальные схемы

Один знакомый попросил сделать ему подсветку приборной панели, но получилось что ночью светит слишком ярко, а регулятора яркости в машине нет, поэтому пришлось делать его самому с помощью микросхемы NE,. Расположение выводов микросхемы NE Схема ШИМ регулятора. При установке в автомобиль, регулировочный резистор будет выведен на панель. Регулятор можно использовать не только для подсветки, я подключал вентилятор 12 Вольтовый, и управлял скоростью вращения. Печатная плата: NE

ШИМ РЕГУЛЯТОР НА МИКРОКОНТРОЛЛЕРЕ

На биполярных транзисторах VT1 и VT2 построен мультивибратор с регулируемой скважностью импульсов. Частота следования которых около 7кГц. Скважность изменяется подстроечным сопротивлением R4. При крайнем левом положении этого сопротивления, смотри верхний рисунок импульсы на выходе узкие, что говорит о минимальной выходной мощности. При крайнем правом положении,, устройство работает на максимальную мощность. В качестве нагрузке к регулятору можно подключить лампы накаливания в том числе и галогенные на 12 вольт , электродвигатели постоянного тока и даже регулировать ток в зарядном устройстве. Конструкция очень простая, и при правильном монтаже сразу начинают работать. В качестве управляющего ключа, также как и в предыдущем случае применен мощный полевой n- канальный транзистор.

Вариант ШИМ — регулятора на основе таймера показан на рисунке 1. Схема достаточно проста и базируется все на мультивибраторе, правда.

ШИМ регулятор напряжения 12 вольт. Две схемы

Русский: English:. Бесплатный архив статей статей в Архиве. Справочник бесплатно.

ШИМ контроллер на 12 вольт

Представляем простую конструкцию регулятора мощности, схема которого построена на таймере , работающем в режиме ШИМ. Транзисторы IRF являются управляемыми элементами, причем транзисторы соединены параллельно для уменьшения сопротивления и лучшего рассеивания тепла. Напряжение от трансформатора выпрямляется мостом на 50 А, установленным на радиаторе. Подается оно далее на стабилизатор 8 В, а затем в схему управления. Устройство должно было работать с несколькими галогенками 12 В 50 Вт.

С микросхемой NE аналог КР знаком каждый радиолюбитель. Её универсальность позволяет конструировать самые разнообразные самоделки: от простого одновибратора импульсов с двумя элементами в обвязке до многокомпонентного модулятора.

Схема ШИМ-регулятора яркости светодиодов для сборки своими руками

Регулировать напряжение питания мощных потребителей удобно с помощью регуляторов с широтно-импульсной модуляцией. Преимущество таких регуляторов заключается в том, что выходной транзистор работает в ключевом режиме, а значить имеет два состояния — открытое или закрытое. Известно, что наибольший нагрев транзистора происходит в полуоткрытом состоянии, что приводит к необходимости устанавливать его на радиатор большой площади и спасать его от перегрева. Предлагаю простую схему ШИМ регулятора. Питается устройство от источника постоянного напряжения 12В.

Primary Menu

Накидал на макетке схему 1, питание 12,5В, подключил 12В моторчик от шуруповёрта. Обороты изменяются, НО на любых оборотах можно остановить двигатель рукой. Что не так?


24 вольтовый шим регулятор своими руками. Мощный шим регулятор. Что потребуется для сборки

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, 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.

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.

Простое решение для вашей задачи!

Есть в наличии

Купить оптом

Модуль построен на базе мощного силового ключа IRF2204 с рабочим током до 210А, и предназначен для регулировки яркости ламп накаливания, светодиодных лент и частоты вращения электродвигателей напряжением 6-30В.

Будет полезен для регулировки яркости дневных ходовых огней и будет незаменим для регулировки оборотов печки, а так же в качестве регулятора скорости надувной лодки с электромотором.

Регулировка частоты ШИМ управления позволит полностью убрать гул обмоток двигателя, а встроенная защита ограничит превышение рабочего тока.

Технические характеристики

Особенности
  • Компактный размер
  • Широкий диапазон плавной регулировки частоты ШИМ — 300-10000Гц.
  • Широкий диапазон рабочего напряжения 6-30В
  • Возможность ограничения рабочего тока.
  • Защита от неправильного подключения полярности.
  • Построен на базе мощного полевого ключа IRF2204
  • Предусмотрена возможность усиления силового ключа.

Дополнительная информация

При токе боле 5А необходима установка радиатора. При максимальном токе 80А площадь радиатора должна составлять не менее 600 см2.

Статьи

Комплект поставки
  • Модуль — 1 шт.
  • Инструкция — 1 шт.

Что потребуется для сборки
  • Для подключения понадобится: провод, отвертка, бокорезы.

Подготовка к эксплуатации
  • Подключите лампу накаливания, напряжением 12В, к клемме OUT.
  • Подайте питание 12В на клемму IN
  • Вращайте переменный резистор. При вращении должна меняться яркость свечения лампы.
  • Проверка завершена. Приятной эксплуатации.

Условия эксплуатации
  • Температура -30С до +50С. Относительная влажность 20-80% без образования конденсата.

Меры предосторожности
  • Не превышайте максимально допустимое напряжение питания модуля.
  • Не превышайте максимально допустимую мощность нагрузки.
  • Не соблюдение данных требований может привести к выходу устройства из строя.

Вопросы и ответы
  • Добрый день. Вопрос по MP4511 ШИМ регулятор мощности 6-35В 80А Задача собрать электросамокат и электромобиль ребенку. Для этого есть двигатель на 90 Вт 24 В 7 А для самоката и двигатель на 110 ВТ от печки Газ на 15А 12 В и аккумулятор. Прошу подтвердить правильно ли я понял. данного устройства будет достаточно для регулирования оборотов?! т.к. на сайтах самодельщиков все заказывают китайские контроллеры, а с применением данного устройства что то никто не собирает. Или нужно будет что то еще включить в цепь. Так же прошу сообщить стоимость доставки до Оренбурга, получение на почте?! или транспортная компания до по адресата?! Спасибо.
    • Здравствуйте, Виктор! MP4511 — хороший выбор, этот модуль будет работать с Вашим мотором без каких-либо дополнительных устройств. По поводу доставки: мы работаем со службой СПСР, стоимость доставки до Вашего города рассчитывается после оформления заказа.
  • возможно ли заказать 12(24)-60В 80А???
    • Владимир, к сожалению, модуля с такими параметрами у нас в продаже нет.
  • Здравствуйте. Для плавной регулировки скорости детского электромобиля хочу использовать данный прибор, скажите, можно ли использовать с ним электронную педаль от приоры (вместо подстроечного резистора). Есть ли альтернатива этой педали меньшего размера?
    • Здравствуйте! Я не знаю, на каком принципе работает электронная педаль Приоры. Если там переменный резистор сопротивлением 100…500 кОм — то подойдёт.
  • Добрый день. купил модуль мр4511 80а. пролежал полгода без дела, а сегодня понадобился. Необходимо напряжение с аккумулятора шуроповерта понизить с 22 до 18 вольт. Подключаю аккумулятор и на входе регулятора вижу напряжение 6,7 вольт. нагрузка отключена. Подключаю для пробы нагрузку лампу 12 вольт 5 ватт напряжение на выходе не более 2,3 вольта. Схемы нет. Куда копать. Можете ли выслать схему. С уважением Алексей.
    • Проверьте наличие установленных перемычек. И качество пайки всех компонентов.
  • Здравствуйте. Хочу использовать данный модуль в авто. Чтобы после замены лампочек на светодиоды использовать данный ШИМ регулятор (подключить к старому резисторному 6…12В). Нужно ли мне менять дополнительно базовую схему или оставить всё как есть?
    • Модуль не подойдет для вашей задачи. Поптому-что регулировка производится по цепи -12В
  • Можно ли подключить электр. лодочный мотор ECO MOTOR PRO NISSAMARAN 36, если да, то как это сделать. Нужен ли шунт, где его достать и как устранить свист мотора если будет. Нужно ли ставить паралельно мотора силовой диод и какой лучше. Обороты регулируются с 0?
    • Можно. В установки ШУНТА необходимости нет. Установите в место него перемычку. Частоту ШИМ генератора установите в положении Hi. Если остаточный свист обмоток будет мешать, попробуйте поднять частоту ШИМ генератора до 20 КГц. Для этого поменяйте номинал резистора R1 на 510 Ом, R5 на 10 кОм, R8 на 4,7 кОм. Для облегчения работы силового ключа рекомендуем установить параллельно дополнительный, на плате предусмотрено место и обозначено как VT2. Силовые ключи должны быт установлены на радиатор площадью не менее 1000 см2..jpg
  • Получил регулятор мощности, подскажите пожалуйста, как мастерить радиатор если элементов, через которые должно отводиться тепло на плате два, а не один, как на картинке, и между ними НАПРЯЖЕНИЕ! Т,е я не смогу подсоединить их к одному радиатору, потому что коротнет, а два радиатора на каждый не получится, потому что расстояние между ними 1 мм!!!
    • Элементы необходимо устанавливать на радиатор через термопродящую пластину. В некоторых случаях элемент VD2, имеющий два вывода, не требует установку на радиатор. Проверьте если он не греется просто отогните его от радиатора.
  • Какой радиатор необходим? Максимальный ток 5А.
    • Sl-01H будет оптимален https://сайт/shop/1920368
  • Есть ли для него коробочка?
    • Специального корпуса для устройства нет. Универсальный корпус можно подобрать тут https://сайт/shop/cases
  • Здравствуйте! Хотел приобрести ШИМ 4511 цена 1030 доставка 850р. почему так дорого? Город Нальчик, Кабардино-Балкарская республика. Почтой нет возможности отправить?
    • Добрый день. Для отправки Почтой России Заполните все поля в корзине, и выберете онлайн оплату.Почтой России доставляются только оплаченные заказы. Доставка наложенным платежом не осуществляется!
  • Доброе время суток. Скажите данный регулятор можно использовать для регулировки накала нихрома подключив его к выходам блока питания ПК. Случайно купил регулятор частоты, он не снижает напряжение)
  • Здравствуйте, вопрос по мр4511. Использую для регулировки накалатнихромовой проволоки. Питание от БП компьютера. Подключаю на шим минус, +12в с выходного минуса к нихрому и второй конец проволоки к 5 в Блока питания. Все работает но пищат обмотки трансформатора БП. Как можно убрать это? Просто от 5 в шим не работает. Приходиться так. Может как то перемычки переставить
    • Это не всегда возможно, так как напрямую зависит от особенностей катушек трансформатора и электродвигателя. Тем не менее шум обмоток можно убрать или уменьшить с помощью регулятора частоты ШИМ генератора на модуле.
  • Здравствуйте! Как сделать что бы вентилятор не свистел при снижении оборотов?
    • Это не всегда возможно, так как напрямую зависит от особенностей обмоток трансформатора и электродвигателя. Тем не менее можно попробовать изменить номинал резистора R1 на 510 Ом, R5 на 10 кОм, R8 на 4,7 кОм.
  • Выдержит ли этот регулятор 500 вт и 37 вольт
    • 500Вт выдержит, а вот напряжение 37В будет на возможном пределе микросхемы линейного стабилизатора. Какая попадется микросхема. Если параметр будет занижен может сгореть.
  • Добрый день! Скажите, можно ли этим устройством управлять через «Ардуино нано» по аналоговому выходу 0 — +5В, через транзистор, для смены полюсовки и подключив вместо потенциометра?
    • В теории возможно, нужно пробовать.

Очередное электронное устройство широкого применения.
Представляет собой мощный ШИМ (PWM) регулятор с плавным ручным управлением. Работает на постоянном напряжении 10-50V (лучше не выходить за диапазон 12-40V) и подходит для регулирования мощности различных потребителей (лампы, светодиоды, двигатели, нагреватели) с максимальным током потребления 40А.

Прислали в стандартном мягком конверте


Корпус скрепляется на защёлках, которые легко ломаются, поэтому вскрывать аккуратно.


Внутри плата и снятая ручка регулятора


Печатная плата — двусторонний стеклотекстолит, пайка и монтаж аккуратные. Подключение через мощный клеммник.


Вентиляционные прорези в корпусе малоэффективны, т.к. почти полностью перекрываются печатной платой.


В собранном виде выглядит примерно так


Реальные размеры чуть больше заявленных: 123x55x40мм

Принципиальная электрическая схема устройства


Заявленная частота ШИМ 12kHz. Реальная частота изменяется в диапазоне 12-13kHz при регулировании выходной мощности.
При необходимости, частоту работы ШИМ можно уменьшить, подпаяв нужный конденсатор параллельно С5 (исходная ёмкость 1nF). Увеличивать частоту нежелательно, т.к. увеличатся коммутационные потери.
Переменный резистор имеет встроенный выключатель в крайнем левом положении, позволяющий отключать устройство. Также на плате расположен красный светодиод, горящий в рабочем состоянии регулятора.
С микросхемы ШИМ контроллера маркировка зачем-то старательно затёрта, хотя нетрудно догадаться, что стоит аналог NE555:)
Диапазон регулирования близок к заявленным 5-100%
Элемент CW1 похож на стабилизатор тока в корпусе диода, но точно не уверен…
Как и на большинстве регуляторов мощности, регулирование осуществляется по минусовому проводнику. Защита от КЗ отсутствует.
На мосфетах и диодной сборке маркировка изначально отсутствует, они стоят на индивидуальных радиаторах с термопастой.
Регулятор может работать на индуктивную нагрузку, т.к. на выходе стоит сборка защитных диодов Шоттки, подавляющая ЭДС самоиндукции.
Проверка током 20А показала, что радиаторы греются незначительно и могут вытянуть больше, предположительно до 30А. Измеренное суммарное сопротивление открытых каналов полевиков всего 0,002 Ом (падает 0,04В на токе 20А).
Если снизить частоту ШИМ, вытянут все заявленные 40А. Жаль проверить не смогу…

Выводы можете сделать сами, мне устройство понравилось:)

Планирую купить +56 Добавить в избранное Обзор понравился +38 +85


ШИМ регулятор предназначен для регулирования скорости вращения полярного двигателя,яркости освещения лампочки или мощностью нагревательного элемента.

Преимущества:
1 Простота изготовления
2 Доступность компонентов(стоимость не превышает 2$)
3 Широкое применение
4 Для новичков лишний раз потренироваться и порадовать себя=)

Однажды понадобился мне «девайс» для регулировки скорости вращения кулера. Для чего именно уже не помню. С начала пробовал через обычный переменный резистор, он сильно грелся и это было не приемлемо для меня. В итоге покопавшись в интернете нашел схему на мне уже знакомой микросхеме NE555. Это была схема обычного ШИМ регулятора с скважностью (длительностью) импульсов равной или меньше 50% (позже приведу графики как это работает). Схема оказалось очень простой и не требовала настройки, главное было не накосячить с подключением диодов и транзистора. Первый раз его собрал на макетной плате и испытал, все заработало с пол оборота. Позже уже развел небольшую печатную плату и аккуратнее все выглядело=) Ну теперь взглянем на саму схему!

Схема ШИМ регулятора

Из нее мы видим что это обычный генератор с регулятором скважности импульсов собранный по схеме из даташита. Резистором R1 мы и меняем эту скважность, резистор R2 служит нам защитой от КЗ, так как 4 вывод микросхемы через внутренний ключ таймера подключен на землю и при крайнем положении R1 он просто замкнет. R3 это подтягивающий резистор. С2 это задающий частоту конденсатор. Транзистор IRFZ44N — это N канальный мосфет. D3 — это защитный диод который предотвращает выхода из строя полевик при обрыве нагрузки. Теперь немного о скважности импульсов. Скважность импульса — это отношение его периода следования (повторения) к длительности импульса, то есть через определенный промежуток времени будет происходить переход от (грубо говоря) плюса к минусу, а точнее от логической единицы к логическому нулю. Так вот этот промежуток времени между импульсами и есть та самая скважность.


Скважность при среднем положении R1

Скважность при крайнем левом положении R1


Скважность при крайнем правом положении R

Ниже приведу печатные платы с расположением деталей и без них


Теперь немного о деталях и их вид. Сама микросхема выполнена в DIP-8 корпусе, конденсаторы керамические малогабаритные, резисторы на 0,125-0,25 ватт. Диоды обычные выпрямительные на 1А (самое доступное это 1N4007 их везде навалом). Так же микросхему можно устанавливать на панельку, если в будущем вы хотите ее использовать в других проектах и лишний раз не выпаивать ее. Ниже приведу фотографии деталей.



В данной статье приводится описание двух принципиальных схем регулятора основанных на постоянного тока, которые реализованы на базе операционного усилителя К140УД6.

ШИМ регулятор напряжения 12 вольт — описание

Особенностью данных схем является возможность применить фактически любые имеющиеся в наличии операционные усилители, с напряжение питания на уровне 12 вольт, например, или .

Изменяя величину напряжения на неинвертирующем входе операционного усилителя (вывод 3) можно изменять величину выходного напряжения. Таким образом, эти схемы можно использовать как регулятор тока и напряжения, в диммерах, а также в качестве регулятора оборотов двигателя постоянного тока.

Схемы достаточно просты, состоят из простых и доступных радиокомпонентов и при верном монтаже сразу начинают работать. В качестве управляющего ключа применен мощный полевой n- канальный транзистор. Мощность полевого транзистора, а так же площадь радиатора, необходимо подобрать согласно току потребления нагрузки.

Для предупреждения пробоя затвора полевого транзистора, в случае использовании ШИМ регулятора с напряжением питания 24 вольта, необходимо между затвором VT2 и коллектором транзистора VT1 подключить сопротивление величиной в 1 кОм, а параллельно сопротивлению R7 подключить стабилитрон на 15 вольт.

В случае если необходимо изменять напряжение на нагрузке, один из контактов которой подсоединен к «массе» (такое встречается в автомобиле), то применяется схема, в которой к плюсу источника питания подсоединяется сток n -канального полевого транзистора, а нагрузка подключается к его истоку.

Желательно для создания условий, при котором открытие полевого транзистора будет происходить в полной мере, цепь управления затвором должна содержать узел с повышенным напряжением порядка 27…30 вольт. В этом случае напряжение между истоком и затвором будет более 15 В.

Если ток потребления нагрузкой менее 10 ампер, то возможно применить в ШИМ регуляторе мощные полевые p- канальные транзисторы.

Во второй схеме ШИМ регулятор напряжения 12 вольт меняется и вид транзистора VT1, а также меняется направление вращения переменного резистора R1. Так у первого варианта схемы, уменьшение напряжения управления (ручка перемещается к «-» источника питания) вызывает увеличение напряжения на выходе. У второго варианта все на оборот.

Мощный шим регулятор. Мощный шим регулятор Схема шим регулятора двигателя с питанием 24

Простое решение для вашей задачи!

Есть в наличии

Купить оптом

Модуль построен на базе мощного силового ключа IRF2204 с рабочим током до 210А, и предназначен для регулировки яркости ламп накаливания, светодиодных лент и частоты вращения электродвигателей напряжением 6-30В.

Будет полезен для регулировки яркости дневных ходовых огней и будет незаменим для регулировки оборотов печки, а так же в качестве регулятора скорости надувной лодки с электромотором.

Регулировка частоты ШИМ управления позволит полностью убрать гул обмоток двигателя, а встроенная защита ограничит превышение рабочего тока.

Технические характеристики

Особенности
  • Компактный размер
  • Широкий диапазон плавной регулировки частоты ШИМ — 300-10000Гц.
  • Широкий диапазон рабочего напряжения 6-30В
  • Возможность ограничения рабочего тока.
  • Защита от неправильного подключения полярности.
  • Построен на базе мощного полевого ключа IRF2204
  • Предусмотрена возможность усиления силового ключа.

Дополнительная информация

При токе боле 5А необходима установка радиатора. При максимальном токе 80А площадь радиатора должна составлять не менее 600 см2.

Статьи

Комплект поставки
  • Модуль — 1 шт.
  • Инструкция — 1 шт.

Что потребуется для сборки
  • Для подключения понадобится: провод, отвертка, бокорезы.

Подготовка к эксплуатации
  • Подключите лампу накаливания, напряжением 12В, к клемме OUT.
  • Подайте питание 12В на клемму IN
  • Вращайте переменный резистор. При вращении должна меняться яркость свечения лампы.
  • Проверка завершена. Приятной эксплуатации.

Условия эксплуатации
  • Температура -30С до +50С. Относительная влажность 20-80% без образования конденсата.

Меры предосторожности
  • Не превышайте максимально допустимое напряжение питания модуля.
  • Не превышайте максимально допустимую мощность нагрузки.
  • Не соблюдение данных требований может привести к выходу устройства из строя.

Вопросы и ответы
  • Добрый день. Вопрос по MP4511 ШИМ регулятор мощности 6-35В 80А Задача собрать электросамокат и электромобиль ребенку. Для этого есть двигатель на 90 Вт 24 В 7 А для самоката и двигатель на 110 ВТ от печки Газ на 15А 12 В и аккумулятор. Прошу подтвердить правильно ли я понял. данного устройства будет достаточно для регулирования оборотов?! т.к. на сайтах самодельщиков все заказывают китайские контроллеры, а с применением данного устройства что то никто не собирает. Или нужно будет что то еще включить в цепь. Так же прошу сообщить стоимость доставки до Оренбурга, получение на почте?! или транспортная компания до по адресата?! Спасибо.
    • Здравствуйте, Виктор! MP4511 — хороший выбор, этот модуль будет работать с Вашим мотором без каких-либо дополнительных устройств. По поводу доставки: мы работаем со службой СПСР, стоимость доставки до Вашего города рассчитывается после оформления заказа.
  • возможно ли заказать 12(24)-60В 80А???
    • Владимир, к сожалению, модуля с такими параметрами у нас в продаже нет.
  • Здравствуйте. Для плавной регулировки скорости детского электромобиля хочу использовать данный прибор, скажите, можно ли использовать с ним электронную педаль от приоры (вместо подстроечного резистора). Есть ли альтернатива этой педали меньшего размера?
    • Здравствуйте! Я не знаю, на каком принципе работает электронная педаль Приоры. Если там переменный резистор сопротивлением 100…500 кОм — то подойдёт.
  • Добрый день. купил модуль мр4511 80а. пролежал полгода без дела, а сегодня понадобился. Необходимо напряжение с аккумулятора шуроповерта понизить с 22 до 18 вольт. Подключаю аккумулятор и на входе регулятора вижу напряжение 6,7 вольт. нагрузка отключена. Подключаю для пробы нагрузку лампу 12 вольт 5 ватт напряжение на выходе не более 2,3 вольта. Схемы нет. Куда копать. Можете ли выслать схему. С уважением Алексей.
    • Проверьте наличие установленных перемычек. И качество пайки всех компонентов.
  • Здравствуйте. Хочу использовать данный модуль в авто. Чтобы после замены лампочек на светодиоды использовать данный ШИМ регулятор (подключить к старому резисторному 6…12В). Нужно ли мне менять дополнительно базовую схему или оставить всё как есть?
    • Модуль не подойдет для вашей задачи. Поптому-что регулировка производится по цепи -12В
  • Можно ли подключить электр. лодочный мотор ECO MOTOR PRO NISSAMARAN 36, если да, то как это сделать. Нужен ли шунт, где его достать и как устранить свист мотора если будет. Нужно ли ставить паралельно мотора силовой диод и какой лучше. Обороты регулируются с 0?
    • Можно. В установки ШУНТА необходимости нет. Установите в место него перемычку. Частоту ШИМ генератора установите в положении Hi. Если остаточный свист обмоток будет мешать, попробуйте поднять частоту ШИМ генератора до 20 КГц. Для этого поменяйте номинал резистора R1 на 510 Ом, R5 на 10 кОм, R8 на 4,7 кОм. Для облегчения работы силового ключа рекомендуем установить параллельно дополнительный, на плате предусмотрено место и обозначено как VT2. Силовые ключи должны быт установлены на радиатор площадью не менее 1000 см2..jpg
  • Получил регулятор мощности, подскажите пожалуйста, как мастерить радиатор если элементов, через которые должно отводиться тепло на плате два, а не один, как на картинке, и между ними НАПРЯЖЕНИЕ! Т,е я не смогу подсоединить их к одному радиатору, потому что коротнет, а два радиатора на каждый не получится, потому что расстояние между ними 1 мм!!!
    • Элементы необходимо устанавливать на радиатор через термопродящую пластину. В некоторых случаях элемент VD2, имеющий два вывода, не требует установку на радиатор. Проверьте если он не греется просто отогните его от радиатора.
  • Какой радиатор необходим? Максимальный ток 5А.
    • Sl-01H будет оптимален https://сайт/shop/1920368
  • Есть ли для него коробочка?
    • Специального корпуса для устройства нет. Универсальный корпус можно подобрать тут https://сайт/shop/cases
  • Здравствуйте! Хотел приобрести ШИМ 4511 цена 1030 доставка 850р. почему так дорого? Город Нальчик, Кабардино-Балкарская республика. Почтой нет возможности отправить?
    • Добрый день. Для отправки Почтой России Заполните все поля в корзине, и выберете онлайн оплату.Почтой России доставляются только оплаченные заказы. Доставка наложенным платежом не осуществляется!
  • Доброе время суток. Скажите данный регулятор можно использовать для регулировки накала нихрома подключив его к выходам блока питания ПК. Случайно купил регулятор частоты, он не снижает напряжение)
  • Здравствуйте, вопрос по мр4511. Использую для регулировки накалатнихромовой проволоки. Питание от БП компьютера. Подключаю на шим минус, +12в с выходного минуса к нихрому и второй конец проволоки к 5 в Блока питания. Все работает но пищат обмотки трансформатора БП. Как можно убрать это? Просто от 5 в шим не работает. Приходиться так. Может как то перемычки переставить
    • Это не всегда возможно, так как напрямую зависит от особенностей катушек трансформатора и электродвигателя. Тем не менее шум обмоток можно убрать или уменьшить с помощью регулятора частоты ШИМ генератора на модуле.
  • Здравствуйте! Как сделать что бы вентилятор не свистел при снижении оборотов?
    • Это не всегда возможно, так как напрямую зависит от особенностей обмоток трансформатора и электродвигателя. Тем не менее можно попробовать изменить номинал резистора R1 на 510 Ом, R5 на 10 кОм, R8 на 4,7 кОм.
  • Выдержит ли этот регулятор 500 вт и 37 вольт
    • 500Вт выдержит, а вот напряжение 37В будет на возможном пределе микросхемы линейного стабилизатора. Какая попадется микросхема. Если параметр будет занижен может сгореть.
  • Добрый день! Скажите, можно ли этим устройством управлять через «Ардуино нано» по аналоговому выходу 0 — +5В, через транзистор, для смены полюсовки и подключив вместо потенциометра?
    • В теории возможно, нужно пробовать.

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, 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.

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.


ШИМ регулятор предназначен для регулирования скорости вращения полярного двигателя,яркости освещения лампочки или мощностью нагревательного элемента.

Преимущества:
1 Простота изготовления
2 Доступность компонентов(стоимость не превышает 2$)
3 Широкое применение
4 Для новичков лишний раз потренироваться и порадовать себя=)

Однажды понадобился мне «девайс» для регулировки скорости вращения кулера. Для чего именно уже не помню. С начала пробовал через обычный переменный резистор, он сильно грелся и это было не приемлемо для меня. В итоге покопавшись в интернете нашел схему на мне уже знакомой микросхеме NE555. Это была схема обычного ШИМ регулятора с скважностью (длительностью) импульсов равной или меньше 50% (позже приведу графики как это работает). Схема оказалось очень простой и не требовала настройки, главное было не накосячить с подключением диодов и транзистора. Первый раз его собрал на макетной плате и испытал, все заработало с пол оборота. Позже уже развел небольшую печатную плату и аккуратнее все выглядело=) Ну теперь взглянем на саму схему!

Схема ШИМ регулятора

Из нее мы видим что это обычный генератор с регулятором скважности импульсов собранный по схеме из даташита. Резистором R1 мы и меняем эту скважность, резистор R2 служит нам защитой от КЗ, так как 4 вывод микросхемы через внутренний ключ таймера подключен на землю и при крайнем положении R1 он просто замкнет. R3 это подтягивающий резистор. С2 это задающий частоту конденсатор. Транзистор IRFZ44N — это N канальный мосфет. D3 — это защитный диод который предотвращает выхода из строя полевик при обрыве нагрузки. Теперь немного о скважности импульсов. Скважность импульса — это отношение его периода следования (повторения) к длительности импульса, то есть через определенный промежуток времени будет происходить переход от (грубо говоря) плюса к минусу, а точнее от логической единицы к логическому нулю. Так вот этот промежуток времени между импульсами и есть та самая скважность.


Скважность при среднем положении R1

Скважность при крайнем левом положении R1


Скважность при крайнем правом положении R

Ниже приведу печатные платы с расположением деталей и без них


Теперь немного о деталях и их вид. Сама микросхема выполнена в DIP-8 корпусе, конденсаторы керамические малогабаритные, резисторы на 0,125-0,25 ватт. Диоды обычные выпрямительные на 1А (самое доступное это 1N4007 их везде навалом). Так же микросхему можно устанавливать на панельку, если в будущем вы хотите ее использовать в других проектах и лишний раз не выпаивать ее. Ниже приведу фотографии деталей.



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

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 —

Регулировать напряжение питания мощных потребителей удобно с помощью регуляторов с широтно-импульсной модуляцией. Преимущество таких регуляторов заключается в том, что выходной транзистор работает в ключевом режиме, а значить имеет два состояния — открытое или закрытое. Известно, что наибольший нагрев транзистора происходит в полуоткрытом состоянии, что приводит к необходимости устанавливать его на радиатор большой площади и спасать его от перегрева.

Предлагаю простую схему ШИМ регулятора. Питается устройство от источника постоянного напряжения 12В. При указанном экземпляре транзистора, выдерживает ток до 10А.

Рассмотрим работу устройства: На транзисторах VT1 и VT2 собран мультивибратор с регулируемой скважностью импульсов. Частота следования импульсов около 7кГц. С коллектора транзистора VT2 импульсы поступают на ключевой транзистор VT3, который управляет нагрузкой. Скважность регулируется переменным резистором R4. При крайнем левом положении движка этого резистора, см. верхнюю диаграмму, импульсы на выходе устройства узкие, что свидетельствует о минимальной выходной мощности регулятора. При крайнем правом положении, см. нижнюю диаграмму, импульсы широкие, регулятор работает на полную мощность.


Диаграмма работы ШИМ в КТ1

С помощью данного регулятора можно управлять бытовыми лампами накаливания на 12 В, двигателем постоянного тока с изолированным корпусом. В случае применения регулятора в автомобиле, где минус соединён с корпусом, подключение следует выполнять через p-n-p транзистор, как показано на рисунке.
Детали: В генераторе могут работать практически любые низкочастотные транзисторы, например КТ315, КТ3102. Ключевой транзистор IRF3205, IRF9530. Транзистор p-n-p П210 заменим на КТ825, при этом нагрузку можно подключать на ток до 20А!

И в заключении следует сказать, что данный регулятор работает в моей машине с двигателем обогрева салона уже более двух лет.

Список радиоэлементов
Обозначение Тип Номинал Количество Примечание Магазин Мой блокнот
VT1, VT2 Биполярный транзистор

KTC3198

2 В блокнот
VT3 Полевой транзистор N302AP 1 В блокнот
C1 Электролитический конденсатор 220мкФ 16В 1 В блокнот
C2, C3 Конденсатор 4700 пФ 2 В блокнот
R1, R6 Резистор

4.7 кОм

2 В блокнот
R2 Резистор

2.2 кОм

1 В блокнот
R3 Резистор

27 кОм

1 В блокнот
R4 Переменный резистор 150 кОм 1 В блокнот
R5 Резистор

Диагностика автомобильных ШИМ-регуляторов напряжения Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

ЭЛЕКТРОННЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «APRIORI. CЕРИЯ: ЕСТЕСТВЕННЫЕ И ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ»

УДК 621.317.2

ДИАГНОСТИКА АВТОМОБИЛЬНЫХ

ШИМ-РЕГУЛЯТОРОВ НАПРЯЖЕНИЯ

Мускатиньев Александр Валентинович

канд. техн. наук Кульков Евгений Александрович

студент

Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарева, Саранск

Аннотация. В статье рассматриваются два типа автомобильных регуляторов напряжения: релейного типа и ШИМ-регуляторы. Предлагается устройство диагностики ШИМ-регуляторов на основе простой электрической схемы, в которой регулятор выполняет функцию стабилизации напряжения бортовой сети. Контроль работоспособности регулятора осуществляется по величине напряжения сети.

Ключевые слова: регулятор напряжения; генератор; ШИМ-регулятор; ток возбуждения.

THE METHOD OF MEASURING THE BARRIER CAPACITY OF THE POWER SEMICONDUCTOR DEVICES

Muskatinyev Alexander Valentinovich

candidate of technical sciences Kulykov Evgeny Alexandrovich

student

Mordovian state university of N.P. Ogaryov, Saransk

Abstract. This article discusses two types of automotive voltage regulators: relay type and PWM-regulators. An apparatus diagnostic PWM- regulators on the basis of a simple electric circuit, which control the function of stabilizing the voltage on-board network. Control regulator performance is carried out on the value of the supply voltage.

Key words: voltage regulator; generator; PWM controller; excitation current.

Введение

В современных автомобилях, в основном, применяется генератор переменного тока с обмоткой возбуждения, расположенной на роторе. Вращающаяся обмотка возбуждения соединяется с внешней электрической цепью при помощи контактных колец на роторе и графитовых щеток, располагающихся неподвижно на крышке генератора, или интегрированных с регулятором напряжения. Такой тип возбуждения имеет место во всех современных автомобильных генераторах переменного тока, которые работают с параллельной обмоткой возбуждения [1].

Напряжение генератора определяется тремя факторами — частотой вращения ротора п, силой тока !н, отдаваемой генератором в нагрузку, и величиной магнитного потока Ф.

Электродвижущая сила (ЭДС) Ег генератора является функцией двух переменных: частоты вращения ротора и тока в обмотке возбуждения !в. То-есть [2]:

Er = f (П, 1в) = С Ф П, (1)

где С — постоянный конструктивный коэффициент. Магнитный поток Ф в генераторе формируется магнитодвижущей силой, определяемой как:

Fв = W и, (2)

где W — число витков обмотки возбуждения.

При работе генератора без нагрузки его напряжение иг равно электродвижущей силе Ег. Напряжение генератора под нагрузкой током !н меньше ЭДС Ег на величину падения напряжения на внутреннем сопротивлении Rr генератора, т.е. можно записать:

Ег = и + = и (I + Р) (3)

где Р = 1н Rr/ Ег — коэффициент нагрузки. Выражение (3) с учетом (1) примет вид:

иг = п С Ф/ (1 + Р) (4)

Данное уравнение показывает, что при разных частотах п вращения ротора генератора и при изменяющейся нагрузке Р, постоянство напряжения иг генератора может быть получено только соответствующим изменением магнитного потока Ф или, в конечном счете, тока 1в обмотки возбуждения. Все регуляторы напряжения, отечественные и зарубежные, стабилизируют напряжение изменением тока возбуждения. Если напряжение возрастает или уменьшается, регулятор соответственно уменьшает или увеличивает ток возбуждения и вводит напряжение генератора в нужные пределы.

Разновидности регуляторов напряжения Структурная схема регулятора напряжения представлена на рис. 1 [3].

Рис. 1. Структурная схема автомобильного регулятора напряжения

Регулятор 1 содержит измерительный элемент 5, элемент сравнения 3 и регулирующий элемент 4. Измерительный элемент воспринимает выходное напряжение и генератора 2 и преобразует его в сигнал иизм., который в элементе сравнения сравнивается с эталонным значением иэт. Если величина иизм. отличается от эталонной величины иэт, на выходе сравнивающего элемента появляется сигнал и0, который воздействует на регулирующий элемент. Он изменяет ток 1в в обмотке возбуждения так, чтобы напряжение генератора вернулось в заданные пределы.

В генераторах применяются электронные транзисторные регуляторы релейного типа и регуляторы с широтно-импульсной модуляцией, которые вытесняют первые. Принцип работы релейного регулятора напряжения можно рассмотреть на примере упрощенной схемы (рис. 2).

Рис. 2. Принципиальная схема релейного автомобильного регулятора напряжения

К стабилитрону VD1 прикладывается напряжение с выхода генератора (клемма Д) через делитель напряжения на резисторах К1, К2. Пока напряжение генератора мало, стабилитрон закрыт, транзистор VII тоже закрыт. Ток через резистор R6 открывает пару транзисторов УТ2 — УТ3, соединенных по схеме Дарлингтона. При этом обмотка возбуждения генератора через переход эмиттер-коллектор VT3 подключена к цепи питания. В схеме на рис. 2 диод VD2 обеспечивает путь протекания тока возбуждения при разомкнутом состоянии составной пары транзисторов VT2, VT3. Сопротивление R3 обеспечивает положительную обратную связь в регуляторе напряжения, превращая его в триггер Шмита, обла-

дающего гистерезисными свойствами и улучшенными характеристиками переключения транзисторов УТ1 — УТ3.

Если напряжение генератора возросло, например, за счет увеличения частоты вращения ротора или из-за уменьшения нагрузки по току в бортовой сети автомобиля, то стабилитрон VD1 пробивается, транзистор УТ1 открывается, а транзисторы VT2, VТЗ закрываются, разрывая цепь питания обмотки возбуждения. Ток возбуждения снижается, напряжение генератора уменьшается. Стабилитрон VD1 снова закрывается, и процесс повторяется.

Таким образом, регулировка напряжения генератора регулятором осуществляется дискретно за счет относительного изменения времени подключения 1вкл и времени отключения 1выкл. обмотки возбуждения от цепи питания. При этом форма тока в обмотке возбуждения показана на рис. 3. При большей частоте вращения среднее значение тока возбуждения 1В2 и параметр 1вкл уменьшается, а 1выкл увеличивается. При меньшей частоте вращения или большей нагрузки указанные параметры изменяются противоположным образом.

к /ш 1 Л/ 1яык. 1 *2

А (ека 1

/ ‘ V к Л /

¡в, т, N Г

1Вз г2 г -►

Рис. 3. Форма токов 1В в обмотке возбуждения при различных частотах вращения п (п2 > п1) ротора генератора

В релейном регуляторе период изменения тока возбуждения Т — величина переменная. То-есть частота переключения регулятора зависит от режима работы генератора и изменяется в пределах 25-200 герц.

В регуляторах напряжения с ШИМ частота переключения постоянна и равна примерно 20 кГц. Упрощенная функциональная схема такого регулятора показана на рис. 4. Включение его в бортовую сеть автомобиля с напряжением ис осуществляется через контакты К1-К3. Причем пара контактов К2-К3 представляет собой графитовые щетки, подключаемые к ротору генератора. Нагрузка сети имитируется резистором Кн.

Рис. 4. Функциональная схема регулятора напряжения с ШИМ

Регулятор содержит стандартные для подобных устройств блоки. Генератор формирует тактовые импульсы для управления КБ-триггером по Б входу, устанавливая его в единичное состояние в начале каждого периода работы. В этот момент ключевой транзистор VI включается, и через обмотку возбуждения ОВ генератора начинает протекать нарастающий ток. Напряжение ис в бортовой сети начинает увеличиваться. Усиленная разность между опорным напряжением иоп и напряжением

сети ис сравнивается в компараторе (рис.4) с напряжением пилообразной формы. В момент их равенства компаратор сбрасывает триггер, транзистор VI выключается, и ток возбуждения уменьшается, замыкаясь через диод VD (рис. 4). В следующий период тактовых импульсов процессы в схеме повторяются. Длительность открытого состояния транзистора VI будет тем больше, чем меньше напряжение бортовой сети относительно опорного напряжения.

Решение задачи

В специализированных торговых сетях возникает необходимость осуществления входного контроля регуляторов напряжения разных производителей. В авторемонтных предприятиях подобную задачу решают на дорогостоящих специальных стендах, содержащих генератор с электроприводом. Однако проверку регулятора можно провести проще, используя методы диагностики без применения электрических машин.

Рис. 5. Принципиальная схема для испытания регуляторов

напряжения с ШИМ

На рис. 5 показана одна из принципиальных схем, предназначенная для испытания регуляторов напряжения с ШИМ. Назначение элементов в

схеме следующее. Накопительный конденсатор С выполняет роль аккумулятора цепи, который заряжается от источника Е (ЭДС генератора) через сопротивление КЗ (внутреннее сопротивление генератора). Транзистор УТ2 и резистор К6 имитируют импульсную нагрузку автомобильной сети для конденсатора С. Транзистор УТ2 управляется сигналом с коллектора ключа VII, входящего в состав регулятора, который подключается к испытательной схеме с помощью трех контактов К1-К3. По показаниям вольтметра V можно сделать вывод об исправности регулятора.

В установившемся режиме работа схемы происходит следующим образом.2 принудительно меняются установкой триггера, и процессы в схеме повторяются. Таким образом, стабилизация напряжения сети около 14 В выполняется импульсным способом с помощью ШИМ, в отличие, например, от линейного [4,5], где регулирующий элемент работает в активном режиме.

Номиналы элементов схемы следующие: КЗ = 47 Ом, К4 = К5 = 1 кОм, К6 = 100 Ом, С = 3,3 мкФ. Транзистор VT2 — КТ972.

Список использованных источников

1. Принципы построения автомобильных генераторов [Электронный ресурс]. Режим доступа: http:// avto-barmashova.ru/avtotronoe_ oborudovanie/prinzip_postroeni_avto_generatorov/index.html

2. Регуляторы напряжения автомобильных генераторов [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://avto-barmashova.ru/avtotronoe_ oborudovanie/regul_naprag_avto_g eneratorov/i ndex.html

3. Принцип действия регулятора напряжения [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://principact.ru/content/view/156/81

4. Патент на полезную модель 49281 RU, МПК7001 R 31/26. Устройство для измерения токов утечки силовых полупроводниковых приборов / А.А. Мускатиньев (RU), А.В. Мускатиньев (RU). № 2005121204/22; заявлено 06.07.2005; опубл. 10.11.2005, Бюл. № 31. 2 с.

5. Мускатиньев А.В., Мускатиньев А.А. Особенности измерения токов утечки в силовых полупроводниковых приборах в состоянии низкой проводимости // XXI век: итоги прошлого и проблемы настоящего плюс. 2014. № 3 (19). С. 157-163.

ШИМ регулятор оборотов микродрели, автоматический. | Меандр

Всем доброго, в данной статье хочу поделиться схемой автоматического регулятора оборотов для «сверлилки».

Схема автора.

Схема автора.

Данное устройство является частью сверлильного станка. Представленная схема реализует автоматическое управление оборотами коллекторного двигателя, что значительно упрощает осверловку ПП.

Представленное устройство построено на почти типовом включении «таймера» в режиме ШИМ регулятора управляемого компаратором построенным на операционном усилителе.
При минимальной нагрузке на валу двигателя — таймер формирует ШИМ с минимальной скважностью, соответственно — двигатель работает на минимальных оборотах. Как только на валу мотора появляется нагрузка (сверло встречается с текстолитом), ток через обмотки мотора возрастает, что неизбежно вызывает увеличение падения напряжения на шунте.
Снимаемое напряжение с шунта через диод D1 и резистор R8 поступает на не инвертирующий вход ОУ и в тот момент когда оно, напряжение, превышает значение на инвертирующем входе ОУ, последний переключается и выводит ШИМ таймера на максимум. Обороты двигателя возрастают до практически максимальных.
После снятия нагрузки, ток через шунт уменьшается и соответственно падение напряжения на оном так же уменьшается — устройство переходит в изначальное состояние.
Устройство собрано на печатной плате размерами 48Х45мм.
Диод D2 установлен непосредственно на выводах двигателя.

Собранное из исправных деталей устройство работает сразу, единственное, что придется подбирать — это сопротивление шунта. В моём случае с питанием 12В и мотором от 14ти вольтового шуруповерта шунт набран из двух резисторов по 1Ом.
Чувствительность срабатывания регулируется переменным резистором R2. Силовому транзистору радиатор не нужен, но в моем станочке он будет, — просто плата будет крепиться этим ключом к подвижной части станка.
В этой папке лежат файлы проекта.
На днях установлю плату в станочек и покажу как оно работает.
Спасибо за внимание и до скорого!

Широтно-импульсная модуляция (ШИМ). Аналоговая и цифровая Цифровой шим регулятор мощности с обратной связью

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.

Еще один обзор на тему всяких вещей для самоделок. На этот раз я расскажу о цифровом регуляторе оборотов. Вещица по своему интересная, но хотелось большего.
Кому интересно, читайте дальше:)

Имея в хозяйстве некоторые низковольтные устройства типа небольшой шлифовальной машинки и т.п. я захотел немного увеличить их функциональный и эстетический вид. Правда это не получилось, хотя я надеюсь все таки добиться своего, возможно в другой раз, на за саму вещицу расскажу сегодня.
Производитель данного регулятора фирма Maitech, вернее именно это название часто встречается на всяких платках и блочках для самоделок, хотя сайт этой фирмы почему то мне не попался.

Из-за того, что я не сделал в итоге то, что хотел, обзор будет короче обычного, но начну как всегда с того, как это продается и присылается.
В конверте лежал обычный пакетик с защелкой.

В комплекте только регулятор с переменным резистором и кнопкой, жесткой упаковки и инструкции нет, но доехало все целым и без повреждений.

Сзади присутствует наклейка, заменяющая инструкцию. В принципе большего для такого устройства и не требуется.
Указан рабочий диапазон напряжения 6-30 Вольт и максимальный ток в 8 Ампер.

Внешний вид весьма неплох, темное «стекло», темно-серый пластик корпуса, в выключенном состоянии кажется вообще черным. По внешнему виду зачет, придраться не к чему. Спереди была приклеена транспортировочная пленка.
Установочные размеры устройства:
Длина 72мм (минимальное отверстие в корпусе 75мм), ширина 40мм, глубина без учета передней панели 23мм (с передней панелью 24мм).
Размеры передней панели:
Длина 42.5, мм ширина 80мм

Переменный резистор идет в комплекте с ручкой, ручка конечно грубовата, но для применения вполне сойдет.
Сопротивление резистора 100КОм, зависимость регулировки — линейная.
Как потом выяснилось, 100КОм сопротивление дает глюк. При питании от импульсного БП невозможно выставить стабильные показания, сказывается наводка на провода к переменному резистору, из-за чего показания скачут +\- 2 знака, но ладно бы скакали, вместе с этим скачут обороты двигателя.
Сопротивление резистора высокое, ток маленький и провода собирают все помехи вокруг.
При питании от линейного БП такая проблема отсутствует полностью.
Длина проводов к резистору и кнопке около 180мм.

Кнопка, ну тут ничего особенного. Контакты нормально открытые, установочный диаметр 16мм, длина 24мм, подсветки нет.
Кнопка выключает двигатель.
Т.е. при подаче питания индикатор включается, двигатель запускается, нажатие на кнопку его выключает, второе нажатие включает опять.
Когда двигатель выключен то индикатор так же не светится.

Под крышкой находится плата устройства.
На клеммы выведены контакты питания и подключения двигателя.
Плюсовые контакты разъема соединены вместе, силовой ключ коммутирует минусовой провод двигателя.
Подключение переменного резистора и кнопки разъемное.
На вид все аккуратно. Выводы конденсатора немного кривоваты, но я думаю что это можно простить:)

Дальнейшую разборку я спрячу под спойлер.

Подробнее

Индикатор довольно большой, высота цифры 14мм.
Размеры платы 69х37мм.

Плата собрана аккуратно, около контактов индикатора присутствуют следы флюса, но в целом плата чистая.
На плате присутствуют: диод для защиты от переполюсовки, стабилизатор 5 Вольт, микроконтроллер, конденсатор 470мкФ 35 Вольт, силовые элементы под небольшим радиатором.
Так же видны места под установку дополнительных разъемов, назначение их непонятно.

Набросал небольшую блок-схему, просто для примерного понимания что и как коммутируется и как подключается. Переменный резистор так и включен одной ногой к 5 Вольт, второй на землю. потому его можно спокойно заменить на более низкий номинал. На схеме нет подключений к нераспаянному разъему.

В устройстве использован микроконтроллер производства STMicroelectronics.
Насколько мне известно, этот микроконтроллер используется в довольно большом количестве разных устройств, например ампервольтметрах.

Стабилизатор питания , при работе на максимальном входном напряжении нагревается, но не очень сильно.

Часть тепла от силовых элементов отводится на медные полигоны платы, слева видно большое количество переходов с одной стороны платы на другую, что помогает отводить тепло.
Так же тепло отводится при помощи небольшого радиатора, который прижат к силовым элементам сверху. Такое размещение радиатора кажется мне несколько сомнительным, так как тепло отводится через пластмассу корпуса и такой радиатор помогает несильно.
Паста между силовыми элементами и радиатором отсутствует, рекомендую снять радиатор и промазать пастой, хоть немного но станет лучше.

В силовой части применен транзистор , сопротивление канала 3.3мОм, максимальный ток 161 Ампер, но максимальное напряжение всего 30 Вольт, потому я бы рекомендовал ограничивать входное на уровне 25-27 Вольт. При работе на околомаксимальных токах присутствует небольшой нагрев.
Так же рядом расположен диод, который гасит выбросы тока от самоиндукции двигателя.
Здесь применен 10 Ампер, 45 Вольт. К диоду вопросов нет.


Первое включение. Так получилось, что испытания я проводил еще до снятия защитной пленки, потому на этих фото она еще есть.
Индикатор контрастный, в меру яркий, читается отлично.

Сначала я решил попробовать на мелких нагрузках и получил первое разочарование.
Нет, претензий к производителю и магазину у меня нет, просто я надеялся, что в таком относительно недешевом устройстве будет присутствовать стабилизация оборотов двигателя.
Увы, это просто регулируемый ШИМ, на индикаторе отображается % заполнения от 0 до 100%.
Мелкого двигателя регулятор даже не заметил, дня него это совсем смешной ток нагрузки:)

Внимательные читатели наверняка обратили внимание на сечение проводов, которыми я подключил питание к регулятору.
Да, дальше я решил подойти к вопросу более глобально и подключил более мощный двигатель.
Он конечно заметно мощнее регулятора, но на холостом ходу его ток около 5 Ампер, что позволило проверить регулятор на режимах более приближенных к максимальным.
Регулятор вел себя отлично, кстати я забыл указать что при включении регулятор плавно увеличивает заполнение ШИМ от нуля до установленного значения обеспечивая плавный разгон, на индикаторе при этом сразу показывается установленное значение, а не как на частотных приводах, где отображается реальное текущее.
Регулятор не вышел из строя, немного нагрелся, но не критично.

Так как регулятор импульсный, то я решил просто ради интереса потыкаться осциллографом и посмотреть что происходит на затворе силового транзистора в разных режимах.
Частота работы ШИМа около 15 КГц и не меняется в процессе работы. Двигатель заводится примерно при 10% заполнения.

Изначально я планировал поставить регулятор в свой старый (скорее уже древний) блок питания для мелкого электроинструмента (о нем как нибудь в другой раз). по идее он должен был стать вместо передней панели, а на задней должен был расположиться регулятор оборотов, кнопку ставить не планировал (благо при включении устройство сразу переходит в режим — включено).
Должно было получиться красиво и аккуратно.

Но дальше меня ждало некоторое разочарование.
1. Индикатор хоть и был немного меньше по габаритам чем вставка передней панели, но хуже было то, что он не влазил по глубине упираясь в стойки для соединения половинок корпуса.
и если пластмассу корпуса индикатора можно было срезать, то не стал бы все равно, так как дальше мешала плата регулятора.
2. Но даже если бы первый вопрос я бы решил, то была вторая проблема, я совсем забыл как у меня сделан блок питания. Дело в том, что регулятор рвет минус питания, а у меня дальше по схеме стоит реле реверса, включения и принудительной остановки двигателя, схема управления всем этим. И с их переделкой оказалось все куда сложнее:(

Если бы регулятор был со стабилизацией оборотов, то я бы все таки заморочился и переделал схему управления и реверса, либо переделал регулятор под коммутацию + питания. А так можно и переделаю, но уже без энтузиазма и теперь не знаю когда.
Может кому интересно, фото внутренностей моего БП, собирался он лет так около 13-15 назад, почти все время работал без проблем, один раз пришлось заменить реле.

Резюме.
Плюсы
Устройство полностью работоспособно.
Аккуратный внешний вид.
Качественная сборка
В комплект входит все необходимое.

Минусы .
Некорректная работа от импульсных блоков питания.
Силовой транзистор без запаса по напряжению
При таком скромном функционале завышена цена (но здесь все относительно).

Мое мнение. Если закрыть глаза на цену устройства, то само по себе оно вполне неплохое, и выглядит аккуратно и работает нормально. Да, присутствует проблема не очень хорошей помехозащищенности, думаю что решить ее несложно, но немного расстраивает. Кроме того рекомендую не превышать входное напряжение выше 25-27 Вольт.
Больше расстраивает то, что я довольно много смотрел варианты всяких готовых регуляторов, но нигде не предлагают решение со стабилизацией оборотов. Возможно кто то спросит, зачем мне это. Объясню, как то попала в руки шлифовальная машинка со стабилизацией, работать гораздо приятнее чем обычной.

На этом все, надеюсь что было интересно:)

Товар предоставлен для написания обзора магазином. Обзор опубликован в соответствии с п.18 Правил сайта.

Планирую купить +23 Добавить в избранное Обзор понравился +38 +64

При работе с множеством различных технологий часто стоит вопрос: как управлять мощностью, которая доступна? Что делать, если её необходимо понизить или повысить? Ответом на эти вопросы служит ШИМ-регулятор. Что он собой представляет? Где применяется? И как самому собрать такой прибор?

Что такое широтно-импульсная модуляция?

Без выяснения значения этого термина продолжать не имеет смысла. Итак, широтно-импульсная модуляция — это процесс управления мощностью, которая подводится к нагрузке, осуществляемая путём видоизменения скважности импульсов, которая делается при постоянной частоте. Существует несколько типов широтно-импульсной модуляции:

1. Аналоговый.

2. Цифровой.

3. Двоичный (двухуровневый).

4. Троичный (трехуровневый).

Что такое ШИМ-регулятор?

Теперь, когда мы знаем, что такое широтно-импульсная модуляция, можно поговорить и о главной теме статьи. Используется ШИМ-регулятор для того, чтобы регулировать напряжение питания и для недопущения мощных инерционных нагрузок в авто- и мототехнике. Это может звучать слишком сложно и лучше всего пояснить на примере. Допустим, необходимо сделать, чтобы лампы освещения салона меняли свою яркость не сразу, а постепенно. Это же относится к габаритным огням, автомобильным фарам или вентиляторам. Воплотить такое желание можно путём установки транзисторного регулятора напряжения (параметрический или компенсационный). Но при большом токе на нём будет выделяться чрезвычайно большая мощность и потребуется установка дополнительных больших радиаторов или дополнение в виде системы принудительного охлаждения с использованием маленького вентилятора, снятого с компьютерного устройства. Как видите, данный путь влечёт за собой много последствий, которые необходимо будет преодолеть.

Настоящим спасением из данной ситуации стал ШИМ-регулятор, который работает на мощных полевых силовых транзисторах. Они могут коммутировать большие токи (которые достигают 160 Ампер) при напряжении всего в 12-15В на затворе. Следует отметить, что сопротивление у открытого транзистора довольное мало, и благодаря этому можно заметно снизить уровень рассеиваемой мощности. Чтобы создать свой собственный ШИМ-регулятор, понадобится схема управления, которая сможет обеспечить разность напряжения между истоком и затвором в границах 12-15В. Если этого не получится достичь, то сопротивление канала будет сильно увеличиваться и значительно возрастёт рассеиваемая мощность. А это, в свою очередь, может привести к тому, что транзистор перегреется и выйдет из строя.

Выпускается целый ряд микросхем для ШИМ-регуляторов, которые смогут выдержать повышение входного напряжения до уровня 25-30В, при том, что питание будет всего 7-14В. Это позволит включать выходной транзистор в схеме вместе с общим стоком. Это, в свою очередь, необходимо для подключения нагрузки с общим минусом. В качестве примеров можно привести такие образцы: L9610, L9611, U6080B … U6084B. Большинство нагрузок не потребляет ток больше 10 ампер, поэтому они не могут вызвать просадку напряжения. И как результат — использовать можно и простые схемы без доработки в виде дополнительного узла, который будет повышать напряжение. И именно такие образцы ШИМ-регуляторов и будут рассмотрены в статье. Они могут быть построены на основе несимметрического или ждущего мультивибратора. Стоит поговорить про ШИМ-регулятор оборотов двигателя. Об этом далее.

Схема №1

Эта схема ШИМ-регулятора собиралась на инверторах КМОП-микросхемы. Она является генератором прямоугольных импульсов, который действует на 2-х логических элементах. Благодаря диодам здесь отдельно изменяется постоянная времени разряда и заряда частотозадающего конденсатора. Это позволяет менять скважность, которую имеют выходные импульсы, и как результат — значение эффективного напряжения, которое есть на нагрузке. В данной схеме возможно использование любых инвертирующих КМОП-элементов, а также ИЛИ-НЕ и И. В качестве примеров подойдут К176ПУ2, К561ЛН1, К561ЛА7, К561ЛЕ5. Можно использовать и другие виды, но перед этим придётся хорошо подумать о том, как правильно сгруппировать их входы, чтобы они могли выполнять возложенный функционал. Преимущества схемы — доступность и простота элементов. Недостатки — сложность (практически невозможность) доработки и несовершенство относительно изменения диапазона выходного напряжения.

Схема №2

Обладает лучшими характеристиками, нежели первый образец, но сложнее в выполнении. Может регулировать эффективное напряжение на нагрузке в диапазоне 0-12В, до которого изменяется с начального значения 8-12В. Максимальный ток зависит от типа полевого транзистора и может достигать значительных значений. Учитывая, что выходное напряжение является пропорциональным входному управляющему, данную схему можно использовать как часть системы регулирования (для поддержки уровня температуры).

Причины распространения

Чем привлекает автолюбителей ШИМ-регулятор? Следует отметить стремление к увеличению КПД, когда проводится построение вторичных для электронной аппаратуры. Благодаря данному свойству можно данную технологию найти также при изготовлении компьютерных мониторов, дисплеев в телефонах, ноутбуках, планшетах и подобной техники, а не только в автомобилях. Также следует отметить значительную дешевизну, которой отличается данная технология при своём использовании. Также, если решите не покупать, а собирать ШИМ-регулятор собственноручно, то можно сэкономить деньги при усовершенствовании своего собственного автомобиля.

Заключение

Что ж, вы теперь знаете, что собой представляет ШИМ-регулятор мощности, как он работает, и даже можете сами собрать подобные устройства. Поэтому, если есть желание поэкспериментировать с возможностями своего автомобиля, можно сказать по этому поводу только одно — делайте. Причем можете не просто воспользоваться представленными здесь схемами, но и существенно доработать их при наличии соответствующих знаний и опыта. Но даже если всё не получится с первого раза, то вы сможете получить очень ценную вещь — опыт. Кто знает, где он может в следующий раз пригодиться и насколько важным будет его наличие.

Широтно-импульсная модуляция (ШИМ) – это метод преобразования сигнала, при котором изменяется длительность импульса (скважность), а частота остаётся константой. В английской терминологии обозначается как PWM (pulse-width modulation). В данной статье подробно разберемся, что такое ШИМ, где она применяется и как работает.

Область применения

С развитием микроконтроллерной техники перед ШИМ открылись новые возможности. Этот принцип стал основой для электронных устройств, требующих, как регулировки выходных параметров, так и поддержания их на заданном уровне. Метод широтно-импульсной модуляции применяется для изменения яркости света, скорости вращения двигателей, а также в управлении силовым транзистором блоков питания (БП) импульсного типа.

Широтно-импульсная (ШИ) модуляция активно используется в построении систем управления яркостью светодиодов. Благодаря низкой инерционности, светодиод успевает переключаться (вспыхивать и гаснуть) на частоте в несколько десятков кГц. Его работа в импульсном режиме воспринимается человеческим глазом как постоянное свечение. В свою очередь яркость зависит от длительности импульса (открытого состояния светодиода) в течение одного периода. Если время импульса равно времени паузы, то есть коэффициент заполнения – 50%, то яркость светодиода будет составлять половину от номинальной величины. С популяризацией светодиодных ламп на 220В стал вопрос о повышении надёжности их работы при нестабильном входном напряжении. Решение было найдено в виде универсальной микросхемы – драйвера питания, работающего по принципу широтно-импульсной или частотно-импульсной модуляции. Схема на базе одного из таких драйверов детально описана .

Подаваемое на вход микросхемы драйвера сетевое напряжение постоянно сравнивается с внутрисхемным опорным напряжением, формируя на выходе сигнал ШИМ (ЧИМ), параметры которого задаются внешними резисторами. Некоторые микросхемы имеют вывод для подачи аналогового или цифрового сигнала управления. Таким образом, работой импульсного драйвера можно управлять с помощью другого ШИ-преобразователя. Интересно, что на светодиод поступают не высокочастотные импульсы, а сглаженный дросселем ток, который является обязательным элементом подобных схем.

Масштабное применение ШИМ отражено во всех LCD панелях со светодиодной подсветкой. К сожалению, в LED мониторах большая часть ШИ-преобразователей работает на частоте в сотни Герц, что негативно отражается на зрении пользователей ПК.

Микроконтроллер Ардуино тоже может функционировать в режиме ШИМ контроллера. Для этого следует вызвать функцию AnalogWrite() с указанием в скобках значения от 0 до 255. Ноль соответствует 0В, а 255 – 5В. Промежуточные значения рассчитываются пропорционально.

Повсеместное распространение устройств, работающих по принципу ШИМ, позволило человечеству уйти от трансформаторных блоков питания линейного типа. Как результат – повышение КПД и снижение в несколько раз массы и размеров источников питания.

ШИМ-контроллер является неотъемлемой частью современного импульсного блока питания. Он управляет работой силового транзистора, расположенного в первичной цепи импульсного трансформатора. За счёт наличия цепи обратной связи напряжение на выходе БП всегда остаётся стабильным. Малейшее отклонение выходного напряжения через обратную связь фиксируется микросхемой, которая мгновенно корректирует скважность управляющих импульсов. Кроме этого современный ШИМ-контроллер решает ряд дополнительных задач, способствующих повышению надёжности источника питания:

  • обеспечивает режим плавного пуска преобразователя;
  • ограничивает амплитуду и скважность управляющих импульсов;
  • контролирует уровень входного напряжения;
  • защищает от короткого замыкания и превышения температуры силового ключа;
  • при необходимости переводит устройство в дежурный режим.

Принцип работы ШИМ контроллера

Задача ШИМ контроллера состоит в управлении силовым ключом за счёт изменения управляющих импульсов. Работая в ключевом режиме, транзистор находится в одном из двух состояний (полностью открыт, полностью закрыт). В закрытом состоянии ток через p-n-переход не превышает несколько мкА, а значит, мощность рассеивания стремится к нулю. В открытом состоянии, несмотря на большой ток, сопротивление p-n-перехода чрезмерно мало, что также приводит к незначительным тепловым потерям. Наибольшее количество тепла выделяется в момент перехода из одного состояния в другое. Но за счёт малого времени переходного процесса по сравнению с частотой модуляции, мощность потерь при переключении незначительна.

Широтно-импульсная модуляция разделяется на два вида: аналоговая и цифровая. Каждый из видов имеет свои преимущества и схемотехнически может реализовываться разными способами.

Аналоговая ШИМ

Принцип действия аналогового ШИ-модулятора основан на сравнении двух сигналов, частота которых отличается на несколько порядков. Элементом сравнения выступает операционный усилитель (компаратор). На один из его входов подают пилообразное напряжение высокой постоянной частоты, а на другой – низкочастотное модулирующее напряжение с переменной амплитудой. Компаратор сравнивает оба значения и на выходе формирует прямоугольные импульсы, длительность которых определяется текущим значением модулирующего сигнала. При этом частота ШИМ равна частоте сигнала пилообразной формы.

Цифровая ШИМ

Широтно-импульсная модуляция в цифровой интерпретации является одной из многочисленных функций микроконтроллера (МК). Оперируя исключительно цифровыми данными, МК может формировать на своих выходах либо высокий (100%), либо низкий (0%) уровень напряжения. Однако в большинстве случаев для эффективного управления нагрузкой напряжение на выходе МК необходимо изменять. Например, регулировка скорости вращения двигателя, изменение яркости светодиода. Что делать, чтобы получить на выходе микроконтроллера любое значение напряжения в диапазоне от 0 до 100%?

Вопрос решается применением метода широтно-импульсной модуляции и, используя явление передискретизации, когда заданная частота переключения в несколько раз превышает реакцию управляемого устройства. Изменяя скважность импульсов, меняется среднее значение выходного напряжения. Как правило, весь процесс происходит на частоте в десятки-сотни кГц, что позволяет добиться плавной регулировки. Технически это реализуется с помощью ШИМ-контроллера – специализированной микросхемы, которая является «сердцем» любой цифровой системы управления. Активное использование контроллеров на основе ШИМ обусловлено их неоспоримыми преимуществами:

  • высокой эффективности преобразования сигнала;
  • стабильность работы;
  • экономии энергии, потребляемой нагрузкой;
  • низкой стоимости;
  • высокой надёжности всего устройства.

Получить на выводах микроконтроллера ШИМ сигнал можно двумя способами: аппаратно и программно. В каждом МК имеется встроенный таймер, который способен генерировать ШИМ импульсы на определённых выводах. Так достигается аппаратная реализация. Получение ШИМ сигнала с помощью программных команд имеет больше возможностей в плане разрешающей способности и позволяет задействовать большее количество выводов. Однако программный способ ведёт к высокой загрузке МК и занимает много памяти.

Примечательно, что в цифровой ШИМ количество импульсов за период может быть различным, а сами импульсы могут быть расположены в любой части периода. Уровень выходного сигнала определяется суммарной длительностью всех импульсов за период. При этом следует понимать, что каждый дополнительный импульс – это переход силового транзистора из открытого состояния в закрытое, что ведёт к росту потерь во время переключений.

Пример использования ШИМ регулятора

Один из вариантов реализации ШИМ простого регулятора уже описывался ранее в . Он построен на базе микросхемы и имеет небольшую обвязку. Но, несмотря на простату схемы, регулятор имеет довольно широкую область применения: схемы управления яркости светодиодов, светодиодных лент, регулировка скорость вращения двигателей постоянного тока.

Читайте так же

Регулировать значения уровня напряжение питания можно с помощью регуляторов с широтно-импульсной модуляцией. Преимущество такой настройки состоит в том, что выходной транзистор работает в режиме ключа и может быть только в двух состояниях — открытом или закрытом, что исключает его перегрев, а значит использование большого радиатора и как следствие снижает расходы на электроэнергию.

На VT1 и VT2 построен мультивибратор с регулируемой скважностью импульсов. Частота следования которых около 7кГц. С коллектора второго транзистора импульсы идут на мощный ключевой транзистор MOSFET N302AP, который и управляет подключенной нагрузкой. Скважность изменяется подстроечным сопротивлением R4. При крайнем левом положении этого сопротивления, смотри верхний рисунок импульсы на выходе узкие, что говорит о минимальной выходной мощности. При крайнем правом положении, устройство работает на максимальную мощность.


В качестве нагрузке к регулятору можно подключить лампы накаливания (в том числе и на 12 вольт), электродвигатели постоянного тока и даже регулировать ток в зарядном устройстве.

Конструкция очень простая, и при правильном монтаже сразу начинают работать. В качестве управляющего ключа, также как и в предыдущем случае применен мощный полевой n- канальный транзистор.

Если вдруг необходимо регулировать напряжение на нагрузке, один из контактов которой подключен к «массе» (такое бывает в автомобиле), то используется схема, в которой к плюсу блока питания подключен сток n -канального полевого транзистора, а нагрузка подключается к истоку.

Регулятор оборотов двигателя постоянного тока 12в без потери мощности


Зачем они нужны


Множество бытовых приборов и электроинструментов не обходятся без коллекторного электродвигателя. Такая популярность подобного электродвигателя обусловлена универсальностью.
Для коллекторного электродвигателя может использование питание от тока постоянного или переменного напряжения. Дополнительным преимуществом является эффективный пусковой момент. При этом работа от постоянного или переменного тока электродвигателя сопровождается высокой частотой оборотом, что подходит далеко не всем пользователям. Чтобы обеспечить более плавный пуск и иметь возможность настраивать частоту вращения, используется регулятор оборотов. Простой регулятор вполне можно изготовить своими руками.

Но прежде чем будет обсуждаться схема, сначала нужно разобраться в коллекторных двигателях.

Коллекторные электродвигатели

Конструкция любого коллекторного двигателя включает несколько основных элементов:

  • Коллектор,
  • Щетки,
  • Ротор,
  • Статор.

Работа стандартного коллекторного электродвигателя основана на следующих принципах.

  1. Осуществляется подача тока от источника напряжения 220в. Именно 220 Вольт является стандартным напряжением бытовой сети. Для большинства приборов с электромоторами более 220 Вольт не требуется. Причем подача тока идет на ротор и статор, которые соединяются один с другим.
  2. В результате подачи тока от источника 220в образуется поле магнитное.
  3. Под воздействием магнитного напряжения начинается вращение ротора.
  4. Щетки осуществляют передачу напряжения непосредственно на ротор устройства. Причем щетки обычно изготавливают на основе графита.
  5. Когда направление тока в роторе или статоре меняется, вал вращается в обратную сторону.

Кроме стандартных коллекторных электродвигателей, существуют другие агрегаты:

  • Электромотор последовательного возбуждения. Их устойчивость к перегрузкам более внушительная. Часто встречаются в бытовых электроприборах,
  • Устройства параллельного возбуждения. У них сопротивление не отличается большими показателями, количество витков существенно больше, чем у аналогов,
  • Однофазный электромотор. Его очень легко изготовить своими руками, мощность на приличном уровне, а вот коэффициент полезного действия оставляет желать лучшего.

Как изготовить своими руками?

Существуют различные варианты схем регулировки. Приведём один из них более подробно.

Вот схема его работы:

Первоначально, это устройство было разработана для регулировки коллекторного двигателя на электротранспорте. Речь шла о таком, где напряжение питания составляет 24 В, но эта конструкция применима и для других двигателей.

Слабым местом схемы, которое было определено при испытаниях её работы, является плохая пригодность при очень больших значениях силы тока. Это связано с некоторым замедлением работы транзисторных элементов схемы.

Рекомендуется, чтобы ток составлял не более 70 А. В этой схеме нет защиты по току и по температуре, поэтому рекомендуется встроить амперметр и контролировать силу тока визуально. Частота коммутации составит 5 кГц, она определяется конденсатором C2 ёмкостью 20 нф.

При изменении силы тока, эта частота может изменяться между 3 кГц и 5 кГц. Переменный резистор R2 служит для регулировки тока. При использовании электродвигателя в бытовых условиях, рекомендуется использовать регулятор стандартного типа.

При этом, рекомендуется подобрать величину R1 таким образом, чтобы правильно настроить работу регулятора. С выхода микросхемы, управляющий импульс поступает на двухтактный усилитель на транзисторах КТ815 и КТ816, далее идёт уже на транзисторы.

Печатная плата имеет размер 50 на 50 мм и изготавливается из одностороннего стеклотекстолита:

На этой схеме дополнительно указаны 2 резистора по 45 ом. Это сделано для возможного подключения обычного компьютерного вентилятора для охлаждения прибора. При использовании в качестве нагрузки электродвигателя, необходимо схему заблокировать блокирующим (демпферным) диодом, который по своим характеристикам соответствует удвоенному значению тока нагрузки и удвоенному значению питающего напряжения.

Работа устройства при отсутствии такого диода может привести к поломке вследствие возможного перегрева.

При этом, диод нужно будет поместить на теплоотвод. Для этого, можно воспользоваться металлической пластиной, которая имеет площадь 30 см2.

Регулирующие ключи работают так, что потери мощности на них достаточно малы. В

оригинальной схеме, был использован стандартный компьютерный вентилятор. Для его подключения использовалось ограничительное сопротивление 100 Ом и напряжение питания 24 В.

Собранное устройство выглядит следующим образом:

При изготовлении силового блока (на нижнем рисунке), провода должны быть присоединены таким образом, чтобы было минимум изгибов тех проводников по которым проходят большие токи.Мы видим, что изготовление такого прибора требует определённых профессиональных знаний и навыков. Возможно, в некоторых случаях имеет смысл воспользоваться покупным устройством.

Регуляторы оборотов

Теперь возвращаемся к теме регулятора оборотов. Все доступные сегодня схемы можно разделить на две большие категории:

  • Стандартная схема регулятора оборотов,
  • Модифицированные устройства контроля оборотов.

Разберемся в особенностях схем подробнее.

Стандартные схемы

Стандартная схема регулятора коллекторного электромотора имеет несколько особенностей:

  • Изготовить динистор не составит труда. Это важное преимущество устройства,
  • Регулятор отличается высокой степенью надежности, что положительно сказывается в течение его периода эксплуатации,
  • Позволяет комфортно для пользователя менять обороты двигателя,
  • Большинство моделей основаны на тиристорном регуляторе.

Если вас интересует принцип работы, то такая схема выглядит довольно просто.

  1. Заряд тока от источника 220 Вольт идет к конденсатору.
  2. Далее идет напряжение пробоя динистора через переменный резистор.
  3. После этого происходит непосредственно сам пробой.
  4. Симистор открывается. Этот элемент несет ответственность за нагрузку.
  5. Чем выше окажется напряжение, чем чаще будет происходить открытие симистора.
  6. За счет подобного принципа работы происходит регулировка оборотов электродвигателя.
  7. Наибольшая доля подобных схем регулировки электродвигателя приходится на импортные бытовые пылесосы.
  8. Но при использовании стандартной схемы регулятора оборотов важно понимать, что он обратной связью не обладает. И если с нагрузкой произойдут изменения, обороты электродвигателя придется настраивать.

Модифицированная схема

Прогресс не стоит на месте. Несмотря на удовлетворительные характеристики стандартной схемы регулятора оборотов двигателя, усовершенствования никому еще не навредили.

Наиболее часто применяемыми схемами являются две:

  • Реостатная. Из названия становится очевидно, что здесь основой выступает реостатная схема. Такие регуляторы высокоэффективные при смене количества оборотов электродвигателя. Высокие показатели эффективности объясняются использованием силовых транзисторов, отбирающих часть напряжения. Так меньшее количество тока из источника 220 Вольт поступает на двигатель, ему не приходится работать с большой нагрузкой. При этом схема имеет определенный недостаток большое количество выделяемого тепла. Чтобы регулятор работал длительное время, для электроинструмента потребуется активное постоянное охлаждение,
  • Интегральная. Для работы интегрального устройства регулирования используется интегральный таймер, который отвечает за нагрузку на электродвигатель. Здесь могут быть задействованы всевозможные транзисторы. Это обусловлено наличием микросхемы в конструкции с большими параметрами выходного тока. При нагрузке менее 0,1 Ампер, все напряжение идет непосредственно на микросхему, обходя транзисторы. Чтобы регулятор работал эффективно, на затворе требуется наличие напряжения в 12 Вольт. Из этого вытекает, что электрическая цепь и напряжение питания обязаны отвечать данному диапазону.

ШИМ-регулятор оборотов электродвигателей коллекторного типа

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.
Оцените статью Рейтинг 3.67 (21 Голос)

4QD-TEC: ШИМ-управление скоростью

Содержание этой страницы

Введение

4QD производит ШИМ-регуляторы скорости для электродвигателей, поэтому вы вряд ли ожидаете, что мы предоставим вам все наши собственные уникальные схемы и технические ноу-хау, но есть много того, что является общественным достоянием, и есть также способы реализации ШИМ, которые мы пробовали. и отклонен (по какой-либо причине). Эта страница должна дать вам хорошее представление об используемых принципах и о том, что делать, а что не делать!

Эта страница фактически является первой в длинной серии статей по управлению двигателем, 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. двигатель нам нужен переменного напряжения постоянного тока. источник питания. Однако, если вы возьмете 12-вольтовый двигатель и включите на него питание, двигатель начнет ускоряться: двигатели не реагируют сразу, поэтому для достижения полной скорости потребуется небольшое время.Если мы отключим питание за некоторое время до того, как двигатель достигнет полной скорости, двигатель начнет замедляться. Если мы будем включать и выключать питание достаточно быстро, двигатель будет работать на некоторой скорости 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 форму сигнала выше. Если двигатель подключен одним концом к положительному аккумулятору, а другим концом к отрицательному аккумулятору через переключатель (МОП-транзистор, силовой транзистор или аналогичный), то, если МОП-транзистор включен на короткий период и выключен на длительный период, как в A выше, двигатель будет вращаться только медленно.В B переключатель включен на 50% и выключен на 50%. В точке С двигатель работает большую часть времени и отключается только на короткое время, поэтому скорость близка к максимальной. В практическом низковольтном контроллере переключатель открывается и закрывается на частоте 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 неслышен. Он также достаточно медленный, чтобы МОП-транзисторы могли легко переключаться на этой частоте.Однако двигатель имеет индуктивность. Индуктивность не любит изменений тока. Если двигатель потребляет какой-либо ток, то этот ток протекает через переключатель MOSFET, когда он включен, но куда он будет течь, когда MOSFET выключается? Читайте дальше и узнайте!

Рассмотрим приведенную выше схему: на ней показаны приводной полевой МОП-транзистор и двигатель. Когда приводной МОП-транзистор проводит ток, ток течет от плюса батареи через двигатель и МОП-транзистор (стрелка A) и обратно к минусу батареи. Когда MOSFET отключается, ток двигателя продолжает течь из-за индуктивности двигателя.К двигателю подключен второй полевой МОП-транзистор: МОП-транзисторы действуют как диоды для обратного тока, а это обратный ток через МОП-транзистор, поэтому он проводит. Вы можете использовать такой полевой МОП-транзистор (замкнуть его затвор на исток) или использовать силовой диод. Однако не так общеизвестный факт о полевых МОП-транзисторах заключается в том, что когда они включены, они проводят ток в любом направлении. Проводящий МОП-транзистор сопротивляется току в любом направлении, и проводящий мощный МОП-транзистор фактически падает меньше напряжения, чем диод с прямым смещением, поэтому МОП-транзистор требует меньшего отвода тепла и тратит меньше энергии батареи.

Из приведенного выше следует, что если приводной полевой МОП-транзистор включен в течение 50% рабочего цикла, напряжение двигателя составляет 50% от напряжения батареи, и, поскольку ток батареи протекает только при включенном МОП-транзисторе, ток батареи течет только в течение 50% времени, поэтому средний ток батареи составляет всего 50% от тока двигателя!

Главный конденсатор

Однако есть проблема: когда МОП-транзистор отключается, он прерывает не только ток двигателя, но и ток, протекающий 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) этого всплеска. Когда приводной МОП-транзистор снова включается, ток батареи запрашивает быстрое протекание, чего он не может. Основной конденсатор подает ток в течение периода 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 батареи), главный конденсатор может взорваться! Во время ранней разработки мы однажды использовали стандартные конденсаторы с проволочными наконечниками и расплавили провода конденсатора! Конденсаторы имеют омедненные выводы из стали , и в устройствах управления двигателем эти выводы могут сильно нагреваться!

Из вышеизложенного видно, что работа этого конденсатора сильно зависит от индуктивности контура проводов батареи.Длинные провода будут иметь большую индуктивность. Скручивание проводов батареи 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 поставить амперметр на выводы аккумулятора. Следует сопротивляться искушению: в частности, простые автомобильные амперметры обладают высокой индуктивностью!

Простые контроллеры (например, используемые для моторизованных сумок для гольфа) обычно обходятся без дорогостоящего основного конденсатора и полагаются на емкость аккумулятора.Вам это может сойти с рук — и Eagle и Egret являются такими контроллерами. Однако необходимо краткое объяснение эффектов. Чтобы проиллюстрировать это, график напряжения батареи, который можно увидеть с помощью осциллографа, подключенного непосредственно к источнику питания батареи на клеммах контроллера. Масса прицела находится на отрицательной шине.

Вверху показан вид положительной батареи с точки зрения прицела, внизу — отрицательная клемма двигателя (которая переключается контроллером).Для наглядности формы сигналов были сильно подчищены: на практике на осциллограмме много «грязных» звеньев. Показан источник питания 12В.

Мы соединяем форму волны в точке, где нет тока батареи: выходная мощность двигателя высока, а ток рециркулирует в маховике. В точке A включается полевой МОП-транзистор контроллера, отводя ток двигателя от батареи. Но выводы батареи имеют индуктивность! Ток батареи не может начаться немедленно, поэтому выводы батареи падают на полные 12 В, а напряжение контроллера гаснет до тех пор, пока индуктивность выводов не сможет зарядиться, что и происходит в точке B.Время AB зависит от тока и индуктивности контура батареи и может составлять значительную часть времени цикла!

Затем, в точке C, нижний MOSFET резко отключается, прерывая ток. Ток двигателя не проблема, он продолжает течь, а маховик должен убедиться, что это так! Но нельзя резко остановить ток батареи — вот он и возражает в виде большого всплеска напряжения. Этот всплеск нарастает до тех пор, пока что-то не дает: в этом случае он достигает напряжения лавинного пробоя MOSFET, и MOSFET его зажимает.Вы можете легко увидеть напряжение фиксации с плоской вершиной с помощью осциллографа. МОП-транзисторы рассчитаны на повторяющуюся энергию лавины, и вы должны быть уверены, что 1/2Li², хранящаяся в индуктивности контура батареи, значительно ниже безопасной повторяемой энергии лавины.

Проблема: рассчитать индуктивность контура батареи практически невозможно даже для инженера. Для игрока сделать это — ну, сложно. Таким образом, производитель просто поставляет контроллеры известному набору клиентов, которые используют их стандартными способами, и решает проблемы по мере их возникновения на эмпирической основе.Это всегда вопрос нетехнического заказчика, 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 большинство (но не все) перебоев питания сглаживаются конденсатором. Тем не менее, вы увидите положительное превышение и звон, поскольку ток батареи прерывается.

Рекуперативное торможение


Вы можете вернуться к этому биту после того, как изучите две схемы ниже.«Очень простой контроллер» не включает рекуперативное торможение, 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 избавить вас от повторной загрузки схемы.

Одним из тщательно охраняемых секретов управления двигателем является рекуперативное торможение. Тем не менее, это не секрет: схемы, которые дают рекуперативное торможение, не редкость, но, похоже, мало кто понимает, что происходит.Так вот.

В первой схеме (выше) показана выходная пара МОП-транзисторов с работающим двигателем. Также было указано, что для двигателя выходной сигнал контроллера представляет собой чистый постоянный ток. напряжение (поскольку индуктивность двигателя поддерживает постоянный ток во время цикла переключения). Теперь двигатель будет генерировать противоЭДС. которая пропорциональна скорости его вращения. При нулевой нагрузке эта противоэ.д.с. станет равным выходному сигналу контроллера.

Мы уже видели, что полевой МОП-транзистор представляет собой двунаправленный переключатель, проводящий резистивно (когда он включен) для обоих направлений тока. Итак, рассмотрим ситуацию, когда ток равен нулю, а выход контроллера теперь уменьшен. Противоэдс двигателя теперь выше, чем выходное напряжение контроллера, поэтому двигатель попытается подать ток обратно в контроллер. Если это удастся, двигатель затормозится — у нас будет рекуперативное торможение.

Схема этого типа (в которой сторона высокого напряжения включена, а сторона потери выключена) способна вырабатывать ток или потреблять его .Это работает следующим образом: обратный ток двигателя теперь является прямым током для полевого МОП-транзистора маховика, поэтому, когда он включен, он закорачивает двигатель, чей тормозной ток увеличивается в течение этого периода (стрелка B, наоборот). МОП-транзистор с маховиком теперь отключается, но этот ток должен продолжать течь из-за индуктивности двигателя. Таким образом, он течет в виде обратного тока через управляющий полевой МОП-транзистор, перезаряжая аккумулятор как есть. Дополнительное напряжение для этого получается из энергии, запасенной в индуктивности двигателя.Процесс переключения с привода на торможение полностью автоматизирован. Более того, это делается полностью за счет превышения скорости двигателя над напряжением привода и без какого-либо изменения состояния или переключения внутри контроллера. Регенеративное торможение — это, если хотите, побочный продукт конструкции контроллера и почти полная случайность.


Очень простой контроллер

Схема ниже относится к простейшему контроллеру двигателя. К сведению всех, кто что-либо знает о контроллерах моторов: 4QD не разрабатывала эту схему, и мы полностью от нее отказываемся, так что не стесняйтесь смеяться или плакать, не веря своим глазам.Если решите сделать — да, работает, но так как мы это не проектировали и не нравится — извините, но вы сами!

Тем не менее, это схема, которую мы собрали в свое время для заказчика и сделали несколько тысяч! Многие из них все еще катаются по полям для гольфа в Великобритании, так что это работает! Это также иллюстрирует некоторые вещи, которые не следует делать!

Первые три секции 4049 устроены, с общей обратной связью через резистор 220K и конденсатор 22n на входе, чтобы дать фазовый сдвиг, как генератор.Выход представляет собой сигнал прямоугольной формы, который буферизуется тремя другими каскадами 4049 для управления затворами MOSFET. Когда потенциометр на входе изменяется, среднее напряжение на 22n изменяется, и это изменяет коэффициент заполнения (скважность) генератора. При минимальном положении потенциометра генератор останавливается с низким выходным сигналом (т. е. полевые МОП-транзисторы не имеют привода затвора и полностью выключены), а при максимальном положении потенциометра генератор останавливается с высоким выходным сигналом — полевые МОП-транзисторы постоянно включены.Есть несколько проблем: во-первых, при таком «вытягивании» осциллятора меняется его частота. Это не слишком сильно влияет на работу, за исключением того, что если частота становится слишком высокой, МОП-транзисторы включаются и выключаются слишком быстро и перегреваются. Если оно слишком низкое, частота генератора становится слышимой, и моторы визжат. Другая проблема заключается в том, что практически невозможно настроить осциллятор так, чтобы он колебался между очень высоким и очень низким отношением меток к пространству! 82K и 2n2 помогают в этом отношении, вводя отрицательную обратную связь для уменьшения усиления в петле положительной обратной связи, поэтому осциллятор только колеблется: это добавление 4QD, сделанное в схему, и до того, как это было сделано, контроллер имел неприятный скачок от от 80% до 100% полной скорости.Обратите внимание, что микросхема 4049UB (небуферизованная), версия с буферизацией не будет работать. Также некоторые марки 4049UB не работают должным образом (кто-нибудь использовал излишки Toshiba 4049UB?), потому что они слишком хороши!

Другая неприятная вещь заключается в том, что потенциометр изменяет осциллятор только примерно на 1/3 его полезного диапазона: это было нормально в этом приложении, потому что потенциометр использовался в поворотной рукоятке только с углом хода всего 90 градусов! Но нужно было отрегулировать рукоятку, чтобы получить правильный диапазон.

Вот вам генератор/модулятор.Но поднимите руку всем, кто заметил отсутствие основного конденсатора, о котором я упоминал выше. Это дорогие компоненты: по этой причине кэдди для гольфа, как правило, их не используют. Что происходит, так это то, что когда МОП-транзисторы выключаются, индуктивность контура батареи вызывает большой скачок напряжения на приводном МОП-транзисторе (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 всплеск напряжения, поэтому он проводит, и бедный старый полевой МОП-транзистор снова включается.Фактически стабилитрон ограничивает скорость выключения полевого МОП-транзистора до уровня, необходимого для поддержания импульса 40 В. МОП-транзисторы — очень прочные устройства, и они выдержат такое обращение (но есть и более элегантные способы сделать это). Когда МОП-транзистор снова включается, батарея пытается протолкнуть ток через индуктивность контура батареи, но не может, поэтому напряжение на контроллере при попытке падает. Но на затворе MOSFET присутствует напряжение, и если бы последовательно со стабилитроном не было диода, стабилитрон был бы смещен в прямом направлении, замыкая затвор на положительную шину (теперь при нулевом напряжении из-за сбоя питания).

Обратите также внимание на силовой диод обратного хода. Если вы посмотрите на характеристики STP60N06 и 25JPF40, вы увидите, что это некоторый перебор (грубая сила и много невежества), но это сочетание было достигнуто заказчиком, просто используя более толстое устройство, пока у него больше не было отказов. ! Никакой тонкости! Вдобавок ко всему, контроллер практически не имел радиатора и был помещен в пластиковый корпус. С точки зрения разработчика электроники в схеме было очень мало правильного, за исключением того, что она работала и заказчик был ею вполне доволен! Должен признать, что это на самом деле два самых важных критерия!

Также нет ничего, что ограничивало бы ток, протекающий через МОП-транзисторы, за исключением того, что МОП-транзисторы представляют собой устройства на 2 x 60 ампер, а ток остановленного двигателя составлял около 60 ампер.


Чуть более сложный контроллер


Второй контур каким-то образом связан с первым. Когда я увидел первую схему, она мне не понравилась, и я быстро собрал вторую схему, чтобы показать заказчику, что можно сделать. Это на самом деле работает довольно хорошо, но мы сделали только несколько прототипов. Выпуск 2 стал первой серийной версией нашей серии 2QD. Вы можете с уверенностью предположить, что нынешние контроллеры значительно продвинулись вперед по сравнению с этим ранним контроллером! Тем не менее, это простая схема, которая хорошо справляется со своей задачей (в рамках своих ограничений).Он хорошо иллюстрирует принципы.

В схеме используется 3524, «регулирующий широтно-импульсный модулятор», поэтому краткое описание микросхемы кажется уместным. Чип предназначен для источников питания и имеет два чередующихся выхода (контакты 11 и 14), каждый из которых может быть включен от 0% до 45% времени цикла. Но эти выходы можно соединить вместе, как мы сделали здесь. Подключенный таким образом выход представляет собой обычный ШИМ-выход (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% по времени означает, что вы можете получить только 90% полной скорости, а не 100%. Это основная причина, по которой 4QD перестала его использовать.

Осциллятор


Частота генератора управляется резистором и конденсатором, подключенными к контактам 6 и 7. Выход генератора, помимо внутреннего подключения, доступен на контакте 3. Выход генератора используется для управления удвоителем напряжения для стороны высокого напряжения. Питание затвора MOSFET. Подробнее об этом позже.

Регулятор


Также имеется встроенный регулятор: вход питания на контакт 15 (контакт 8 — 0 В), контакт 16 — выход регулируемого опорного напряжения 5 В. Он используется для управления потенциометром управления скоростью (3-контактный разъем). Он также используется для отключения при пониженном напряжении на контакте 10. Подробнее об этом позже!

Компаратор


Темп генератора внутренне соединен с компаратором, который сравнивает его с сигналом управления скоростью. Выход этого компаратора представляет собой сигнал ШИМ.

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

Выходной сигнал ШИМ от 3524 подается на пару эмиттерных повторителей для обеспечения адекватного привода затвора. Затворные резисторы 47R замедляют время нарастания (включения), а диоды обеспечивают быстрое выключение. 150pf также замедляет время нарастания. Однако те же самые 150 пф также ускоряют отключение привода hi-side (маховика). Hiside должен включаться только тогда, когда затворный (управляющий) MOSFET выключен и, в идеале, должен быть небольшой «недостаток» — период во время переключения (как включения, так и выключения), когда ни один из MOSFET не имеет напряжения на затворе.Если оба включены одновременно, возникает большой сквозной ток, который вызывает нагрев и, в крайнем случае, может быть разрушительным.

МОП-транзисторы

Поскольку для измерения собственного тока используются полевые МОП-транзисторы, он может работать с широким диапазоном полевых МОП-транзисторов. Однако — он предназначен для стандартных МОП-транзисторов. В частности, высокая сторона вряд ли будет правильно работать с полевыми МОП-транзисторами логического уровня, если только вы не измените значения.

Имейте также в виду, что затворы MOSFET управляются от линии аккумуляторной батареи.Это старая схема, и при разработке полевых МОП-транзисторов напряжение пробоя затвора составляло около 30 В. С современными МОП-транзисторами это напряжение становится ниже, и если вы используете МОП-транзистор с максимальным напряжением затвора 20 В, работа привода от батареи 24 В может привести к дыму!

Привод ворот Hi-side


Полевой МОП-транзистор на стороне высокого напряжения требует, чтобы его затвор был поднят над шиной питания + ve, поскольку, когда он проводит, его затвор и исток, по сути, закорочены друг на друга и на шину питания.Для этого его затвор должен быть как минимум на 7 вольт выше истока и, следовательно, выше источника питания.

Для этого выход генератора 3524 используется для управления схемой накачки. 3 транзистора слева усиливают генератор до прямоугольной волны, которая подается на 100-нм конденсатор накачки и на два диода в конфигурации удвоителя напряжения. Выход удвоителя подается на стабилитрон 12В. Теперь, когда LOside MOSFET включен, нижняя часть этого стабилитрона подключена к отрицательной шине питания, поэтому будет прямой путь тока от +24 через оба диода и стабилитрон.Резистор 470 Ом, включенный последовательно с диодами накачки, ограничивает ток через этот путь.

Это поднимает еще один вопрос о высокопроизводительных насосах. Наряду с удвоителем напряжения также существует схема «бутстрап». Не обращайте внимания на цепь насоса. Когда LOside MOSFET проводит ток, через стабилитрон (как мы видели) будет протекать ток, поэтому конденсатор на стабилитроне будет заряжаться. Когда включается сторона высокого напряжения, этот конденсатор сохранит этот заряд, который будет питать привод затвора стороны высокого напряжения.Следовательно, схема насоса нам не нужна. Напряжение питания этого конденсатора будет уменьшаться, когда выход перестанет переключаться, а сторона нижнего уровня будет отключена. Это при очень низких скоростях двигателя, когда (или после) двигатель останавливается, поэтому отсутствие привода не является проблемой. Единственная причина, по которой у 2QD есть боковой насос, заключается в том, что можно использовать два из них вплотную друг к другу в мостовой конфигурации. В этой конкретной конфигурации его боковой привод не должен разрушаться, когда выход перестает переключаться.

Отключение при пониженном напряжении.


Если вы слишком сильно разряжаете свинцово-кислотную батарею, вы необратимо сокращаете срок ее 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.

Эта функция на самом деле не так необходима, как думают некоторые: с каждой такой «функцией» есть компромиссы. См. наш путеводитель по функциям контроллера, чтобы узнать больше.

Ограничение тока


Я рассматривал датчик тока зеркала MOSFET в другом месте.Вот приложение. Вход датчика 3524 предназначен для этого типа измерения тока: он имеет встроенное смещение 200 мВ, поэтому, когда сигнал на контакте 4 превышает 200 мВ, 3524 уменьшает время включения, уменьшая скорость двигателя. 330R и 100R измеряют ¼ напряжения MOSFET, поэтому при этих значениях предел будет около 800 мВ на MOSFET. Отрегулируйте 100R для разных МОП-транзисторов. Это измерение тока работает довольно хорошо с 3524, но сама микросхема обеспечивает переменное ограничение тока в зависимости от длины импульса включения, поэтому измеряемый ток в некоторой степени зависит от характеристик двигателя.

Недостатки

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

  • Как указывалось ранее, схема 3524 не обеспечивает более 90% полной скорости.
  • Ток в цепи ограничен в режиме привода, но если вы запустите автомобиль на вершине холма и начнете рекуперативное торможение на спуске, ничто не будет ограничивать регенерируемый ток.Вполне возможно добавить ограничение к регенеративному торможению, и у 4QD есть уникальный простой и эффективный способ сделать это — подобного я не видел больше нигде. Вам нужно будет присоединиться к 4QD-TEC, чтобы узнать подробности!
  • Регенерированное перенапряжение. Если аккумулятор отключается во время торможения, регенерируемая энергия не может быть возвращена в него: вместо этого регенерируемая энергия накачивает напряжение на контроллере до тех пор, пока MOSFET не сломаются: если они не могут поглотить регенерируемую энергию, то у вас будет дорогой дым. генератор.Лекарство легкое.
  • Одна вещь, которая разрушает контроллеры МОП-транзисторов, — это реверсирование батареи: два МОП-транзистора теперь представляют собой два диода с прямым смещением, подключенные к батарее. См. наш лист часто задаваемых вопросов для лечения.
  • Еще одна вещь, которая разрушает все известные MOSFET-контроллеры, — это буксировка автомобиля, в котором они установлены. Если противо-ЭДС двигателя превышает напряжение батареи, приводной MOSFET-транзистор становится смещенным в прямом направлении диодом, который подает генерируемый двигателем выходной сигнал прямо на батарею. Невозможно ограничить этот ток, поэтому МОП-транзистор возражает со вспышкой и клубом дыма.К счастью, этот режим отказа встречается довольно редко, но простой защиты от него действительно нет.

ШИМ и подогрев двигателя


Популярная «сказка старой жены» состоит в том, что ШИМ заставляет двигатель нагреваться больше, чем чистый постоянный ток. Как и большинство бабьих сказок, это проистекает из частичной правды, взращенной непониманием. «Миф» возникает из-за того, что если частота слишком низкая, ток прерывистый (или, по крайней мере, переменный в зависимости от ШИМ-сигнала), потому что индуктивность двигателя не может должным образом поддерживать ток в течение периода выключения 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 пульсаций и больше нагрев.

Итак, рассмотрим упрощенный случай, когда ток либо включен, либо выключен. Если ток течет, скажем, в течение 1/3 времени, и вам требуется крутящий момент от двигателя, эквивалентный крутящему моменту, заданному 1 ампером, то вам явно нужен средний ток 1 ампер.Чтобы сделать это с рабочим циклом 33%, у вас должно быть 3 ампера (ток течет в течение 1/3 времени).

Теперь сила тока 3 ампера дает в 9 раз (в квадрате) больший эффект нагрева, чем 1 ампер.

Но если ток 3 ампера течет только 1/3 всего времени — значит, двигатель нагревается в 9 раз за 1/3 времени — или в 3 раза больше, чем постоянный 1 ампер! Говорят, что этот сигнал имеет «форм-фактор» 3 (или это 33% — без сомнения, кто-нибудь меня поправит!)

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

Согласно эмпирическому правилу и во избежание излишних математических вычислений период повторения импульсов должен быть значительно короче постоянной времени двигателя.

Другими факторами, влияющими на ЧПИ, являются:
Если он находится в звуковом диапазоне, двигатель может издавать свист (вызванный явлением, известным как «магнитострикция», поэтому держитесь выше звукового диапазона).
Схема MOSFET больше всего рассеивается при переключении из одного состояния в другое, поэтому частота не должна быть слишком высокой — MOSFET можно использовать с осторожностью до 100 кГц, но это становится немного выше.
РЧ-излучение: оно увеличивается с увеличением частоты, поэтому старайтесь, чтобы частота была как можно ниже!

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


Послесловие

Очевидно, что этот скрипт охватывает только часть задействованной технологии: взгляните на спецификацию нашего Pro-120. Он имеет линейные рампы ускорения и замедления, ограничение переразряда, блокировку высокой педали, реверсирование с двумя рампами, ограничение тока рекуперации, защиту от обратной полярности, а также все пункты, упомянутые здесь. Мы также указываем 110 ампер за 1 минуту: на самом деле мы получаем около 120 ампер за одну минуту. Мы также не знаем «честного» способа уничтожить его: даже короткое замыкание двигателя не взорвет его.Движение задним ходом на полной скорости безопасно. Переворачивание батареи безопасно. Отключение аккумулятора на полной скорости безопасно (для контроллера, но не ожидайте, что это затормозит машину). Затем мы попытались защитить его от всего, что могут сделать с ним пользователи, не являющиеся техническими специалистами. Мы думаем, что нам это удалось — пока, конечно, мы не найдем клиента, который умнее нас! Даже если бы я был готов попробовать, я мог бы 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 продаем.Если вы не верите в это, попробуйте узнать цену любого аналогичного контроллера по единой цене.


Другие страницы информации, относящиеся к этому:

Все эти страницы находятся в Личном кабинете.
PWM, часть 2. Относится к ранним схемам 2QD. Включает схему и описание.
ШИМ, часть 3 Развитие серии 2QD. Более поздняя схема и изменения в деталях.
PWM Часть 4 Современная серия 2QD. Подробное обсуждение. Включает в себя

  • Ограничение тока при рекуперативном торможении
  • использование его МОП-транзистора в качестве синхронного выпрямителя без регенерации.

ШИМ Часть 5 Изменение скорости и реверсирование. Контроллеры серии NCC, разработанные на основе 2QD.
ШИМ, часть 6. Формы сигналов и коммутация в полумосте MOSFET
ШИМ-управление скоростью двигателя, часть 7. Начинается с полного мостового управления.
Схемы, платы и конструктивные детали серии 2QD

Информация о странице
© 1996-2011 4QD-TEC
Автор страницы: Ричард Торренс

PWM Motor/Light Controller — принципиальные схемы, схемы, электронные проекты

Широтно-импульсный модулятор для приложений 12 и 24 В

ВВЕДЕНИЕ
Широтно-импульсный модулятор (ШИМ) представляет собой устройство, которое можно использовать в качестве эффективного регулятора освещенности или регулятора скорости двигателя постоянного тока.Описанная здесь схема представляет собой устройство общего назначения, которое может управлять устройствами постоянного тока, которые потребляют ток до нескольких ампер. Схема может использоваться в системах на 12 В и 24 В с небольшими изменениями. Это устройство использовалось для управления яркостью заднего фонаря автомобиля и в качестве регулятора скорости двигателя для небольших вентиляторов постоянного тока, которые используются в блоках питания компьютеров. Схема ШИМ работает, создавая прямоугольную волну с переменным отношением времени включения и выключения, среднее время включения может варьироваться от 0 до 100 процентов.Таким образом, переменная мощность передается на нагрузку. Основное преимущество схемы ШИМ перед резистивным регулятором мощности заключается в КПД, при уровне 50% ШИМ будет использовать около 50% полной мощности, почти вся из которых передается в нагрузку, резистивный регулятор при нагрузке 50% мощность будет потреблять около 71% от полной мощности, 50% мощности идет на нагрузку, а остальные 21% тратятся впустую на нагрев гасящего резистора. Эффективность нагрузки почти всегда является критическим фактором в альтернативных энергетических системах.Дополнительным преимуществом широтно-импульсной модуляции является то, что импульсы подаются при полном напряжении питания и создают больший крутящий момент в двигателе за счет более легкого преодоления внутренних сопротивлений двигателя. Наконец, в схеме ШИМ обычные небольшие потенциометры могут использоваться для управления широким спектром нагрузок, тогда как для резистивных контроллеров необходимы большие и дорогие переменные резисторы большой мощности. Основными недостатками схем ШИМ являются дополнительная сложность и возможность создания радиочастотных помех (РЧП).Радиочастотные помехи можно свести к минимуму, разместив контроллер рядом с нагрузкой, используя короткие провода и, в некоторых случаях, используя дополнительную фильтрацию на проводах источника питания. Эта схема частично обходит радиочастотные помехи и создает минимальные помехи для AM-радиостанции, расположенной на расстоянии менее фута. Если требуется дополнительная фильтрация, дроссель автомобильного радиоприемника можно подключить последовательно с входом постоянного тока, не превышая номинальный ток дросселя.

ХАРАКТЕРИСТИКИ
Частота ШИМ: 400 Гц
Допустимый ток: 3 А с полевым транзистором IRF521, больше с полевым транзистором IRFZ34N
Ток цепи ШИМ: 1.5 мА при 12 В без светодиода и без нагрузки
Рабочее напряжение: 12 В или 24 В в зависимости от конфигурации.

ТЕОРИЯ
Для работы схемы ШИМ требуется постоянно работающий генератор. U1a и U1d образуют генератор прямоугольных/треугольных сигналов с частотой около 400 Гц. U1c используется для генерации опорного тока 6 В, который используется в качестве виртуальной земли для генератора. Это необходимо для того, чтобы генератор мог работать от одного источника питания вместо двойного источника питания +/-.U1b подключен в конфигурации компаратора и является частью схемы, которая генерирует импульс переменной ширины. Вывод 6 U1 получает переменное напряжение от лестницы напряжения R6, VR1, R7. Это сравнивается с треугольной формой волны от U1-14. Когда сигнал выше напряжения на выводе 6, U1 создает высокий выходной сигнал. И наоборот, когда сигнал ниже напряжения на выводе 6, U1 создает низкий выходной сигнал. Изменяя напряжение на контакте 6, точки включения/выключения перемещаются вверх и вниз по треугольной волне, создавая импульс переменной ширины.Резисторы R6 и R7 используются для установки конечных точек регулятора VR1, показанные значения позволяют регулятору иметь настройку полного включения и полного выключения в пределах хода потенциометра. Эти значения детали могут быть изменены, чтобы изменить поведение потенциометра. Наконец, Q1 является силовым ключом, он получает модулированное широтно-импульсное напряжение на клемме затвора и включает и выключает ток нагрузки через токовую цепь исток-сток. Когда Q1 включен, он обеспечивает заземление для нагрузки, когда Q1 выключен, заземление нагрузки является плавающим.Следует позаботиться о том, чтобы клеммы нагрузки не были заземлены, иначе произойдет короткое замыкание. Нагрузка всегда будет иметь положительное напряжение питания. Светодиод 1 не является обязательным и обеспечивает переменную яркость в зависимости от ширины импульса. Конденсатор C3 сглаживает форму импульса переключения и устраняет некоторые радиопомехи, диод D1 представляет собой маховик, который закорачивает скачки обратного напряжения от индуктивных нагрузок двигателя. В режиме 24 В регулятор U2 преобразует питание 24 В в 12 В для работы цепи ШИМ, Q1 переключает нагрузку 24 В на землю так же, как и для нагрузки 12 В.См. схему для инструкций по подключению цепи для 12 Вольт или 24 Вольт. При токе 1 ампер на Q1 радиатор не нужен, если вы будете переключать больший ток, рекомендуется радиатор. Q1 можно заменить устройством с более высоким током, таким как IRFZ34N, все устройства управления током, переключатель S1, предохранитель F1 и проводка между полевым транзистором, источником питания и нагрузкой должны выдерживать максимальный ток нагрузки.

КОНСТРУКЦИЯ
Прототип этой схемы был построен на обычной прототипной плате с деталями и проводами, вставленными в отверстия макетной платы.Один вариант готовой схемы был использован для изготовления вентилятора постоянного тока с регулируемой скоростью, вентилятор был установлен сверху небольшой металлической коробки, а схема ШИМ находилась внутри коробки (рис. 1). Я построил простую печатную плату (рис. 2), используя бесплатную программу CAD для печатных плат, PCB (1), которая работает в операционной системе Linux. Изображение печатной платы было напечатано на лазерном принтере PostScript на продукте переноса маски под названием синяя пленка Techniks Press-n-Peel (2). Затем напечатанное на пленке приглаживается к очищенному куску односторонней медной доски.Плата травится раствором хлорида железа. Отверстия просверливаются мелким сверлом, детали впаиваются, и плата подключается к питанию и нагрузке. Этот метод отлично подходит для изготовления рабочих досок за короткое время, но не подходит для большого количества досок. Рисунок платы показан на рис. 3, его можно скопировать на кусок синей пленки методом прессования и отслаивания. В качестве альтернативы можно использовать метод сборки мертвых жуков, который включает в себя взятие куска чистой медной печатной платы, приклеивание разъема ИС с проволочной обмоткой к плате с помощью 5-минутной эпоксидной смолы, а затем припайку всех частей к контактам с проволочной обмоткой.Заземленные контакты можно припаять непосредственно к медной плате.

ВЫРАВНИВАНИЕ
Для этой цепи не требуется выравнивание.

Принципиальная схема

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ
Эта схема будет работать как диммер лампы постоянного тока, контроллер небольшого двигателя и даже как контроллер небольшого нагревателя. Это было бы отличным регулятором скорости для электропоезда на солнечной энергии. Я не пробовал эту схему с более крупными двигателями, теоретически она должна работать в таких приложениях, как система привода велосипедного двигателя, если вы экспериментируете с этим, обязательно включите легкодоступный аварийный выключатель питания на случай короткого замыкания полевого транзистора.Подключите цепь на 12 В или 24 В в соответствии со схемой, подключите батарею к входным клеммам и подключите нагрузку к выходным клеммам, не заземляйте ни выходную клемму, ни что-либо, подключенное к выходным клеммам, например двигатель. кейс. Поверните ручку потенциометра назад и вперед, нагрузка должна показывать переменную скорость или светиться.

Детали
U1:LM324N Счетверенный операционный усилитель
U2:78L12 12-вольтовый стабилизатор
Q1:IRF521 N-канальный MosFet
D1:1N4004 кремниевый диод
LED1 Красный светодиод
C1: 0.01 мкФ керамический дисковый конденсатор, 25 В
C2-C5: 0,1 мкФ керамический дисковый конденсатор, 50 В
R1-R4: резистор 100K 1/4 Вт
R5: резистор 47K 1/4 Вт
R6-R7: резистор 3,9K 1/4 Вт
R8: Резистор 2,7 кОм, 1/4 Вт
VR1: линейный потенциометр 10 кОм
F1: 3 А, быстродействующий предохранитель 28 В пост. тока
S1: тумблер, 5 А

автор: (С) Г. Форрест Кук 1999
электронная почта:
веб-сайт: http://www.electronics-lab.com

Список схем ШИМ и управления питанием

В Регулятор скорости 12 В / диммер

Эту удобную схему можно использовать в качестве регулятора скорости для двигателя на 12 В с номинальным током до 5 А (непрерывно) или в качестве диммера для галогенной или стандартной лампы накаливания на 12 В мощностью до 50 Вт.Он изменяет мощность нагрузки (двигатель или лампа) с помощью широтно-импульсной модуляции (ШИМ) с частотой импульсов около 220 Гц…. [подробнее]

Регулятор скорости двигателя постоянного тока

Эта схема использует преимущество падения напряжения на диодах мостового выпрямителя для создания 5-позиционного источника переменного напряжения для вентилятора постоянного тока или другого небольшого двигателя постоянного тока. Она не так эффективна, как схема с переключением, но обладает достоинствами простоты и отсутствия хэшей при переключении.Четыре двухполупериодных моста соединены так, что каждый имеет две пары последовательных диодов, включенных параллельно, что дает падение напряжения около 1,4 В, в зависимости от тока нагрузки…. [подробнее]

Схема дискретного ШИМ-генератора

Сигналы ШИМ обычно используются для управления скоростью двигателей постоянного тока. Соотношение метка/промежуток цифровой формы сигнала может быть определено либо с помощью регулируемого аналогового уровня напряжения (в случае генератора ШИМ на основе NE555), либо в цифровом виде с использованием двоичных значений.Цифровые сигналы ШИМ чаще всего создаются модулями таймера/счетчика в микроконтроллерах, но если вы не хотите включать микроконтроллер в свою схему, также довольно просто генерировать сигналы с использованием дискретных логических компонентов…. [подробнее]

Контроллер шагового двигателя

Шаговые двигатели доступны в нескольких версиях и размерах с различными рабочими напряжениями. Преимущество этого универсального контроллера в том, что его можно использовать с широким диапазоном рабочих напряжений, примерно от 5 В до 18 В.Он может управлять двигателем с пиковым напряжением, равным половине напряжения питания, поэтому он может легко управлять шаговыми двигателями, рассчитанными на напряжение от 2,5 В до 9 В…. [подробнее]

Лампа переменного тока переменной яркости

В этой схеме тиристор используется для медленного изменения силы света лампочки на 120 вольт, контролируя время, в течение которого сетевое напряжение переменного тока подается на лампу в течение каждого полупериода…. [подробнее]

Паяльник с регулируемой температурой

Одна из причин дороговизны коммерческих паяльных станций заключается в том, что они, как правило, требуют использования паяльников со встроенными датчиками температуры, такими как термопары.Эта схема устраняет необходимость в специальном датчике, поскольку она измеряет температуру нагревательного элемента паяльника непосредственно по его сопротивлению. Таким образом, эта схема, в принципе, будет работать с любым железом, сопротивление которого изменяется предсказуемо и в правильном направлении в зависимости от температуры (т. е. с положительным температурным коэффициентом)… [подробнее]

Униполярный контроллер шагового двигателя

Это очень хорошая интегральная схема.Нет необходимости в какой-либо внешней связующей логике для управления схемой, есть только 2 контакта для управления двигателем, один для управления направлением, а другой для запуска шаговых импульсов. Он обеспечивает очень компактную конструкцию, которая управляет шаговыми двигателями с 5, 6 или 8 проводами…. [подробнее]

Твердотельный контроллер питания

СКТ построен на двух микросхемах таймера 555. У1 и У2. U1 подключен как генератор с переменной скважностью с постоянным периодом времени около 0.1 секунда. Рабочий цикл может изменяться от 0 до 100 процентов с помощью потенциометра R4. Выход U1 (вывод 3) соединен с остальным входом (вывод 4) U2…. [подробнее]

Простое ШИМ-управление скоростью двигателя постоянного тока

555 Ic подключен как нестабильный, а частота постоянна и не зависит от рабочего цикла, так как общее сопротивление (зарядка R + разрядка R, обратите внимание на диод) постоянно и равно 22 кОм (при частоте около 1 кГц, обратите внимание). гул).Когда потенциометр полностью включен, сопротивление Rзарядки составляет 1,0 кОм (диод предотвращает зарядку конденсатора через вторую секцию потенциометра и другой резистор 1,0 кОм), а сопротивление Rразряда составляет 21 кОм, что дает 5% нагрузки. цикл и частота 1 кГц…. [подробнее]

Управление двигателем постоянного тока с широтно-импульсной модуляцией

Часто люди пытаются управлять двигателями постоянного тока с помощью переменного резистора или переменного резистора, подключенного к транзистору.Хотя последний подход работает хорошо, он генерирует тепло и, следовательно, тратит энергию…. [подробнее]

Контроллер шагового двигателя

его схема построена из стандартных компонентов и может быть легко адаптирована для управления компьютером. Если вы используете дешевые излишки транзисторов и шаговый двигатель, цена схемы может быть ниже 10 долларов…. [подробнее]

Электронные схемы широтно-импульсных модуляторов (PMW)

P/млн.htm       Page 1

ШИМ-контроллер двигателя/света, 12 В. Схемы предназначены только для работы при напряжении 12 В и имеют версии с высокой стороной (общая земля) и низкой стороной (общая +12 В). В версии схемы с низкой стороной используется N-канальный полевой транзистор, а в верхней версии схемы используется P-канальный полевой транзистор. Устройства с N-каналом, как правило, потребляют больше тока, чем устройства с P-каналом, и они также дешевле. Версия схемы с высокой стороной полезна, когда необходимо заземлить одну сторону нагрузки __ Разработано G.Форрест Кук

1-Shot Запоминает ширину входного импульса — 18.07.96 EDN Идеи дизайна: Схема на рис. 1а запоминает ширину входного импульса на клемме in. После того, как входной импульс возвращается к нулю, триггерный вход вызывает появление выходного импульса на выходной клемме. Этот выходной импульс пропорционален ширине входного импульса. R2 и R3 устанавливают это отношение длительности импульса. Для показанных значений выходной импульс равен половине. Дизайн Ray Kauffman, Electronic Devices Inc, Chesapeake, VA

. 2-канальный аудиоусилитель

приводит в действие шаговый двигатель — 01.12.06  EDN Идеи дизайна: Стереоусилитель мощности с широтно-импульсной модуляцией экономит компоненты Дизайн Фила Лейва и Билла Квача, Maxim Integrated Products, Саннивейл, Калифорния

555 Широтно-импульсный модулятор. Эта схема способна регулировать двигатели на 12 В и лампочки постоянного тока.Для Q1 или D3 кулер не требуется, если ток не превышает 2А. Если это так, требуется достаточное охлаждение как для диода Шоттки ( D3 ), так и для полевого МОП-транзистора Q1 __ Разработано Тони ван Рун  VA3AVR

Таймер 555, преобразованный в широтно-импульсный модулятор — 15 февраля 2007 г. Идеи дизайна EDN: добавлена ​​CMOS переключатель расширяет возможности ШИМ-генератора Дизайн Джордана Димитрова, Tradeport Electronics, Vaughan, ON, Canada

555 Таймер формирует простую схему ШИМ-контроллера двигателя — с использованием КМОП версия таймера 555, эта схема может использоваться для управления скоростью двигателя путем регулировки рабочего цикла импульсов, отправляемых на двигатель.. . Схема Дэйва Джонсона PE — февраль 2007 г.

Светодиодный движущийся знак 7 на 10. В этом знаке используются две светодиодные матрицы, образующие матрицу 7 x 10. Он создает движущиеся сообщения или анимации, хранящиеся в EPROM. Он не использует микропроцессор. Как и в большинстве электрических вывесок, светодиоды матричные и очень быстро мигают. __ Дизайн Боба Блика

8-канальные контроллеры AVR с кодом ШИМ. Эта статья посвящена программно управляемому 8-канальному контроллеру вентиляторов с широтно-импульсной модуляцией и интерфейсом параллельных портов __, разработанному Диком Каппелсом

.

Точные, быстро устанавливающиеся аналоговые напряжения от сигналов ШИМ — Идеи дизайна EDN: 31.05.2016  Примечания к дизайну LTC: Уникальная ИС устраняет недостатки ЦАП с ШИМ. Дизайн LTC Design Note

Микросхема Active-Clamp/Reset-PWM становится более универсальной- 26 июня 2003 г. EDN Идеи дизайна: UCC3580 (www.Ti.com], IC1 на рисунке 1, представляет собой ИС с активным зажимом/сбросом и ШИМ, которая имеет все необходимые характеристики ИС источника питания, за исключением ограничения тока. Для этой цели можно использовать контакт выключения (16) (см. техническое описание UCC3580). Но когда контакт выключения активируется, конденсатор плавного пуска, обычно подключенный к контакту 15, разряжается, и преобразователь снова запускается, что приводит к режиму икоты. Гоурипати и М. Синдху, ITI Ltd, Бангалор, Индия

АЦП

на удивление точен — 09.06.94 EDN Идеи дизайна: Опорное напряжение в простом АЦП с шиной ШИМ, работающем по принципу «от сети к шине» на рис. 1а, является единственным важным компонентом.Диапазон входного напряжения простирается от земли до шины питания, которая также действует как опорная. Схема, по сути, представляет собой вариацию. Дизайн Майка Уолна, Farnell Instruments, Wetherby, Западный Йоркшир, Великобритания

.

Аналоговый переключатель преобразует таймер 555 в широтно-импульсный модулятор — 15 февраля 2007 г. EDN Идеи дизайна: добавлена ​​CMOS переключатель расширяет возможности ШИМ-генератора Дизайн Джордана Димитрова, Tradeport Electronics, Vaughan, ON, Canada

Буферный усилитель и светодиод

улучшают работу ШИМ-контроллера мощности при низкой нагрузке — 15 сентября 2005 г. EDN Идеи дизайна: ШИМ-ИС дополнена дискретными компонентами для работы в более широком диапазоне __ Разработано Грегори Мирски, LaMarche Manufacturing Co, Des Plaines, IL

Создайте простую схему, комплементарную — генератор импульсов скобки — 20 августа 2009 г. EDN Идеи дизайна: проводимость в выходных переключающих устройствах.ИС контроллера переключения имеют эту функцию, но обычно они работают. Дизайн Horst Koelzow, Global Thermoelectric, Calgary, AB, Canada

CD4093 Широтно-импульсный модулятор. Используемая микросхема представляет собой КМОП. тип MC14093, четырехканальный триггер Шмитта NAND с двумя входами. При желании его можно напрямую поменять местами с CMOS. MC14011, но этот тип шумный. Скорость регулируется от 0 до макс. Максимальная скорость вращения составляет 2/3 напряжения питания __ Дизайн Тони ван Роон  VA3AVR

Дешевая микросхема ШИМ делает синхронный драйвер затвора- 04.02.99 EDN Идеи дизайна:    ПРИМЕЧАНИЕ:    Страница включает несколько дизайнов.Прокрутите, чтобы найти этот. Система с P, памятью и периферией обычно требует нескольких напряжений питания. Конструкторы обычно используют локальные импульсные стабилизаторы для получения желаемых шин напряжения. Одна из наиболее распространенных топологий, синхронный понижающий стабилизатор, преобразует шину 5 или 12 В в другое, более низкое напряжение. Этот подход получил широкое распространение благодаря своей относительной простоте Дизайн Дмитрия Годера, Switch Power Inc, Campbell, CA

Схема

обеспечивает плавный пуск с длительным ШИМ — 01.02.07. EDN Идеи дизайна: повышение точности синхронизации пусковой рампы импульсного стабилизатора. Дизайн Роберт Н. Буоно, Aeolian Audio LLC, Блумфилд, Нью-Джерси,

.

Схема преобразования длительности импульса в напряжение- 25.10.01 EDN Идеи дизайна: схема на рис. 1 преобразует информацию об импульсе в чистое постоянное напряжение к концу одиночного входящего импульса.В другом методе RC-фильтр может преобразовывать сигнал ШИМ в усредненное постоянное напряжение, но этот метод работает медленно. Преобразование информации об импульсах с низкой скважностью происходит медленнее, но дизайн Джеймса Махони, Linear Technology Corp, Milpitas, CA

Схема

максимизирует пропускную способность ЦАП с широтно-импульсной модуляцией- 22.03.13 EDN Идеи дизайна: Этот ЦАП на основе линейного изменения использует генерируемые микроконтроллером часы и выборку-и-хранение. Простые ЦАП, реализованные с помощью фильтрации нижних частот генерируемых микроконтроллером сигналов с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ), имеют отклик, который обычно составляет десятую часть частоты ШИМ.Эта идея дизайна является новой реализацией ранее опубликованного метода1, в котором используется эталонное линейное изменение, выходной сигнал которого дискретизируется и удерживается сигналом ШИМ. Этот подход приводит к пропускной способности, равной частоте ШИМ. Дизайн Аджой Раман

Схема

обеспечивает контур от 4 до 20 мА для микроконтроллеров- 27.05.04 EDN Идеи дизайна: Токовый контур от 4 до 20 мА повсеместно используется в системах управления на производственных предприятиях. Дискретная логика, микропроцессоры и микроконтроллеры легко покрывают цифровые части схем управления, такие как концевые выключатели, кнопки и сигнальные лампы.Подключение выхода 4–20 мА к элементарному микроконтроллеру может быть проблематичным. Дизайн Роберт Мост, Dow Corning Corp, Auburn, MI

. Схема

обеспечивает эффективную ШИМ-  18.02.99 EDN Идеи по дизайну:    ПРИМЕЧАНИЕ:     Страница включает несколько дизайнов. Прокрутите, чтобы найти этот. Вам часто нужно контролировать рабочий цикл прямоугольной волны. Схема на рисунке 1 работает от одного источника питания 5 В на частоте 100 кГц. С небольшими изменениями компонентов вы можете настроить его для диапазона частот.Схема состоит из пилообразного] генератора. Дизайн Кеннета Левина, Eldec, Lynwood, WA

.

Circuit Sequences Supplies for FPGAs- 23.01.03 EDN Идеи дизайна: Разработчики систем должны учитывать разницу во времени и напряжении между источниками питания ядра и ввода-вывода (другими словами, последовательность подачи питания) во время включения и выключения питания. вниз.  Существует вероятность сбоя фиксации или чрезмерного потребления тока, когда последовательность подачи питания не происходит должным образом.  Триггер для фиксации может произойти, если источники питания подают разные потенциалы на ядро ​​и Дизайн Дэвида Дэниелса, Texas Instruments , Даллас, Техас

Схемы

обеспечивают управление ШИМ от 4 до 20 мА- 01.09.98 EDN Идеи дизайна: Схемы на рис. 1 и рис. 3 полезны, когда вы используете сигналы токовой петли от 4 до 20 мА для управления сигналом ШИМ.В обеих схемах минимальная ширина импульса (соответствующая току контура 4 мА) и максимальная ширина импульса (соответствующая току контура 20 мА) независимы друг от друга   ФАЙЛ содержит много цепей, прокрутите вниз Дизайн Тома Гей, Дармштадт, Германия

Классический линейный источник питания 5 В с использованием трансформатора 6,3 В переменного тока. Бывают случаи, когда вы хотите управлять сигналом широтно-импульсной модуляции (ШИМ) с напряжением постоянного тока в диапазоне от 0 В до 5 В. Это напряжение часто создается компьютерным интерфейсом. Схема ниже выполняет преобразование этого напряжения в ШИМ.ШИМ-сигналы часто бывают . . . Hobby Circuit, разработанный Дэйвом Джонсоном PE — октябрь 2010 г.

Схема ШИМ, управляемая компьютером. Бывают случаи, когда вы хотите управлять сигналом широтно-импульсной модуляции (ШИМ) с напряжением постоянного тока в диапазоне от 0 В до 5 В. Это напряжение часто создается компьютерным интерфейсом. Схема ниже выполняет преобразование этого напряжения в ШИМ. Сигналы ШИМ часто. . . Схема Дэйва Джонсона PE — октябрь 2010 г.

Управление LM317T с помощью ШИМ-сигнала- 03.02.11 EDN Идеи дизайна: Задайте выходное напряжение регулятора под управлением микропроцессора.LM317T от National Semiconductor — это популярный стабилизатор с регулируемым напряжением, обеспечивающий выходное напряжение от 1,25 до 37 В с максимальным током 1,5 А. Вы можете регулировать выходное напряжение с помощью потенциометра. Схема на рис. 1 заменяет потенциометр аналоговым напряжением, которым можно управлять с помощью сигнала ШИМ (широтно-импульсной модуляции). Вы управляете этим сигналом с помощью микроконтроллера или любой другой цифровой схемы. Вы можете использовать тот же микроконтроллер для динамического контроля выходного сигнала и настройки LM317T.Дизайн Аруны Рубасингхе

Преобразование длительности импульса в напряжение — 25.10.01 EDN Идеи дизайна. Схема на рис. 1 преобразует импульсную информацию в чистое постоянное напряжение в конце одиночного входящего импульса. В другом методе RC-фильтр может преобразовывать сигнал ШИМ в усредненное постоянное напряжение, но этот метод работает медленно. Преобразование информации об импульсах с низкой скважностью происходит медленнее, но дизайн Джеймса Махони, Linear Technology Corp, Milpitas, CA

Преобразование длительности импульса в напряжение — 28.10.99 EDN Идеи дизайна. Схема на рис. 1 основана на приложении для радиоуправляемого моделирования, для которого требуется напряжение, пропорциональное ширине входящих сервоимпульсов.Схема оптимизирована для ширины положительного импульса от 1 до 2 мс, повторяющегося с интервалом примерно 17 мс. На выходе создается напряжение от 0,95 В для импульса длительностью 1 мс до 2,25 В для импульса длительностью 2 мс. Дизайн Рона Хеглера, Picker International, Кливленд, Огайо,

.

Зеркало тока повышает производительность ШИМ-регуляторов — 1 марта 2007 г. EDN Идеи дизайна: уменьшение эффекта Миллера для повышения производительности SMPS и уменьшения количества компонентов Дизайн Гранта Смита, National Semiconductor, Phoenix, AZ

DDS генерирует точные сигналы ШИМ-  02.10.03  EDN Конструктивные идеи: Широтно-импульсная модуляция – это простой способ модуляции или изменения прямоугольной волны.В своей основной форме рабочий цикл прямоугольной волны изменяется в соответствии с некоторыми входными данными. Рабочий цикл представляет собой отношение периодов высокой и низкой частоты в прямоугольной волне. Дизайн Colm Slattery Analog Devices, Лимерик, Ирландия

.

Двойной генератор рампы — несколько схем на этой странице, прокрутите, чтобы найти эту. Первая схема представляет собой генератор двойного линейного изменения, в котором положительные и отрицательные линейные изменения генерируются отдельно. Эта схема использовалась в качестве генератора рампы для анализатора характеристик транзисторов: положительная рампа использовалась для тестирования NPN-транзисторов, а отрицательная рампа — для тестирования PNP-транзисторов.__ Дизайн Ричарда Торренса

Быстроустанавливающийся синхронный ШИМ-ЦАП-фильтр практически не имеет пульсаций — 01.05.08 — EDN Идеи дизайна: — Недорогой ЦАП с высоким разрешением использует синхронный выходной фильтр, который устанавливается за один цикл ШИМ. Дизайн В. Стивена Вудворда, Чапел-Хилл. , Северная Каролина

Смещение полевого транзистора

предназначено для приложений ШИМ с батарейным питанием — 21/11/05 EDN Идеи дизайна: Ссылка обеспечивает постоянное напряжение смещения независимо от изменений напряжения питания Дизайн Стив Фрэнкс, Franks Development LLC, Тусон, Аризона

Формирование положительных импульсов из отрицательных импульсов — 14.07.11. EDN Идеи дизайна. Создавайте положительные импульсы, даже если отрицательные импульсы различаются по амплитуде.Схема в этой идее дизайна преобразует отрицательные импульсы в положительные. Хотя эта задача может показаться простой, отрицательные импульсы имеют амплитуду от -5 до -2В. Положительные импульсы также требуют разной ширины в зависимости от приложения, а отрицательные импульсы имеют трапециевидную форму. Импульсы должны проходить по дальней линии передачи к управляющему устройству. Несколько схем решают проблему, в зависимости от амплитуды и формы импульсов. Дизайн Владимира Рентюка, Запорожье, Украина

Монитор ширины импульса топливной форсунки. Ниже показана схема монитора ширины импульса.Сердцем схемы является транзисторный источник тока, который заряжает конденсатор C10, образуя интегратор. Теория состоит в том, что крышка заряжается, и напряжение на ней увеличивается линейно в течение времени, в течение которого инжектор находится под напряжением. Когда форсунка выключается, напряжение на C10 сохраняется в крышке C9, а затем C10 сбрасывается до 0 вольт, чтобы подготовиться к следующему циклу. Выходом схемы является напряжение на конденсаторе C9, это напряжение подается непосредственно на микросхему гистограммы U3, которая отображается в виде значения от 1 до 10 на светодиодах.__

Создание импульса с длительностью, обратно пропорциональной квадратному корню из аналогового напряжения — EDN-Design Ideas — 24.05.12. Эта моностабильная схема без повторного запуска выполняет аналоговое преобразование математической функции во время. Дизайн Марин Тофка, Словацкий технологический университет, Братислава, Словакия

Генерация стабилизированных ШИМ-сигналов — 17.08.00 EDN Идеи дизайна. Стандартный метод генерирования аналоговых напряжений с использованием Cs заключается в использовании выхода ШИМ и фильтрации сигнала с помощью простого RC-фильтра (рис. 1).Напряжение ШИМ-сигнала прямо пропорционально напряжению питания C, поэтому дизайн Мартина Османна, FH, Ахен, Германия

Генератор

имеет независимую ширину импульса, частоту- 11/11/99 — EDN Идеи дизайна: Распространенной схемой в электронике является прямоугольный нестабильный мультивибратор (одновибратор), который полезен для различных целей, таких как схемы синхронизации и звуковые сигналы тревоги. Самый распространенный способ генерировать желаемую прямоугольную волну — использовать недорогой таймер 555. Иногда возникает потребность в прямоугольной волне с фиксированной частотой, но переменной шириной импульса или наоборот.Дизайн Давиндера Обероя

Широтно-импульсная модуляция

— журнал DIYODE

Мы более подробно рассмотрим широтно-импульсную модуляцию, в том числе некоторые моменты, которые следует учитывать в некоторых ситуациях и при разработке контроллера.

Широтно-импульсная модуляция (ШИМ) — это то, с чем сталкивался почти каждый производитель. Он используется во всем: от управления скоростью двигателя до затемнения светодиодов и зарядки аккумуляторов на солнечных контроллерах среднего класса (отслеживание точки максимальной мощности, метод зарядки премиум-класса, — это еще одна концепция, о которой мы поговорим в другой раз).Однако, хотя ШИМ может быть очень простым, а контроллер выполнен на базовой схеме NE555, в ШИМ есть гораздо больше, чем многие думают.

Эта статья началась как дополнение к исследованию возможной будущей статьи о двигателях. Мы наткнулись на форум, на котором обсуждалось использование «импульсных» контроллеров на моделях железных дорог и не повреждают ли они двигатели современных моделей поездов. Хотя мы быстро пришли к выводу, что ШИМ — не единственный «импульсный» метод управления в моделях железных дорог (некоторые люди используют его для описания нефильтрованного постоянного тока (DC), а другие — для очень грубого управления скоростью, которое не регулируется или не является достаточно последовательным, чтобы называется ШИМ), обсуждение все же заставило нас осознать, что есть много факторов, касающихся ШИМ и его использования, о которых мы часто не задумываемся.В некоторых ситуациях они очень важны

Соответственно, мы рассмотрим, «что такое» ШИМ и как его можно сгенерировать. Мы рассмотрим различные параметры, в том числе те, которые не всегда могут считаться важными, и посмотрим, как они влияют на разные нагрузки. В частности, мы рассмотрим, как эти факторы могут повлиять на работу и даже повредить некоторые двигатели постоянного тока. Мы завершим эксперимент, чтобы измерить некоторые эффекты различных параметров ШИМ на небольших двигателях постоянного тока, прежде чем предлагать некоторые решения.Если вам когда-либо приходилось управлять скоростью двигателя или яркостью источника света, здесь может быть что-то такое, о чем вы даже не догадывались.

При подготовке этой статьи, поскольку мы никогда не пишем Classroom, основываясь на собственных знаниях, независимо от того, насколько мы в этом уверены, мы обнаружили серию статей, посвященных моделированию железных дорог, но раскрывающих некоторые из более тонких и неясных моментов двигателей постоянного тока и ШИМ. Хотя автор хорошо осведомлен, он указывает в нескольких местах, что он не инженер-электрик.Несмотря на это, его статьи заслуживают внимания, и мы связались с основной интересной статьей о широтно-импульсной модуляции в разделе «Чтение и ресурсы». Вы можете перейти к этому и щелкнуть ссылки в статье, чтобы найти дополнительную информацию о двигателях постоянного тока, DCC и о том, как все это работает вместе.

Прежде чем приступить к обсуждению управления двигателем, полезно вспомнить, что заставляет работать электродвигатель постоянного тока. Двигатели переменного тока (AC) представляют собой совершенно другую ситуацию, поэтому ничего из этого не применимо за пределами некоторых основных магнитов.

Всякий раз, когда по проводу течет электрический ток, вокруг него создается магнитное поле. Если проволока намотана на катушку, магнитное поле будет концентрированным. Если два магнита установлены так, чтобы их противоположные полюса были обращены друг к другу, и через катушку проходит ток, магнитное поле, создаваемое магнитами, противодействует магнитному полю, создаваемому при прохождении тока по проводу. Если это все, катушка вращается до тех пор, пока не станет перпендикулярной к полю между двумя постоянными магнитами, и остановится, поскольку все находится в равновесии.

Тщательная конструкция катушек, коммутаторов и размещения щеток, количество катушек и т. д. гарантируют, что магнитное поле никогда не достигнет равновесия и двигатель не начнет вращаться. Вот почему самодельные простые моторы часто приходится перезапускать пальцем, если они теряют обороты.

Однако есть еще одно свойство магнитных полей и проводников. Если движущийся проводник проходит через магнитное поле или наоборот, в проводнике возникает ток, и он имеет магнитное поле, ориентированное так, что оно противодействует тому, которое его создало.В двигателе постоянного тока этот ток течет противоположно току, который создает магнитное поле, которое в первую очередь приводит в движение катушку. Это называется обратной электродвижущей силой или обратной ЭДС. В двигателе без нагрузки этот ток становится достаточно высоким и, следовательно, ограничивает прямой ток, который может проходить через двигатель. Когда двигатель замедляется под нагрузкой, эффект обратной ЭДС уменьшается, и поэтому прямой ток увеличивается. Вот почему нагруженные двигатели потребляют больше тока, чем двигатели без нагрузки. Именно поэтому ток останова, а также ток без нагрузки являются частью данных двигателя.

И последнее, о чем следует помнить: катушки двигателя имеют вокруг себя магнитное поле, и оно генерируется током, протекающим через них, как и через любую другую катушку. Следовательно, двигатель также является индуктором. Если ток в каком-либо индукторе прекращается, магнитное поле разрушается и вызывает протекание тока в катушке, противоположного току, создавшему поле. Это происходит довольно внезапно, поэтому генерируемое напряжение может быть довольно высоким, в некоторых случаях намного выше исходного напряжения двигателя, как можно увидеть позже на снимках осциллографа.Однако коллапс не мгновенный и имеет свой временной масштаб. Для индуктора существует теоретическая модель, применяемая к скорости коллапса, как мы рассмотрели в выпуске 44 Classroom, и эта универсальная константа часто используется в двигательных дискуссиях. Однако в нем не учитываются эффекты обратной ЭДС.

Поскольку двигатель обычно имеет физический импульс от своей массы, движущиеся катушки продолжают генерировать обратную ЭДС после отключения питания. Это может добавить к обратной ЭДС из-за коллапса магнитного поля катушки или увеличить его продолжительность.Позже это становится очень важным.

PWM — это аббревиатура от широтно-импульсной модуляции. Это метод управления скоростью двигателя или яркостью света путем быстрого включения и выключения питания нагрузки достаточно часто, чтобы двигатель никогда не останавливался или человеческий глаз не воспринимал мерцание света. Это позволяет использовать полное напряжение для управления нагрузкой, но, поскольку нагрузка не включена все время, возникает разница в скорости или яркости по сравнению с работой на постоянном напряжении постоянного тока.Ширина высокого или «включенного» импульса варьируется, и, следовательно, изменяется количество энергии, получаемой нагрузкой в ​​данный момент времени. Вот откуда берется бит «ширина импульса». Слово «модуляция» относится к включению и выключению сигнала. Итак, ШИМ — это цикл включения/выключения с различной продолжительностью времени «включения».

Напряжение, подаваемое на нагрузку, представляет собой напряжение питания за вычетом любых потерь в цепи управления, например, на транзисторе или МОП-транзисторе, используемом для переключения. Прикладываемое напряжение, равное амплитуде импульса, не изменяется.По крайней мере, не по дизайну. Возможны воздействия, такие как тепло от выходного устройства, вызывающее повышенное внутреннее сопротивление. Есть и другие факторы, но они не являются преднамеренными, их часто не контролируют или не знают, и они обычно не являются проблемой. Дело в том, что ШИМ не обеспечивает управление скоростью или яркостью путем изменения напряжения на нагрузке, как это делали простые реостатные модели железнодорожных контроллеров прошлых дней.

Прежде чем разбираться с остальной частью ШИМ, имеет смысл обсудить «рабочий цикл».Этот термин используется двумя разными, но связанными способами. Он описывает время действия ситуации как (обычно) процент от общего времени цикла. Таким образом, оставшийся процент — это время выключения. Мы обращаем внимание на эти различия в использовании, потому что этот термин применяется к таким вещам, как некоторые конструкции насосов и источников питания, а также к схемам генераторов сигналов, например тем, которые производят управляющие сигналы ШИМ.

В оборудовании «рабочий цикл» относится к количеству времени, в течение которого что-то может работать или работать, прежде чем потребуется отдых.Дренажный насос, например, может быть рассчитан на рабочий цикл, скажем, 30%, что означает, что в течение часа (или другого определенного времени) насос может работать в течение восемнадцати минут, а затем должен быть выключен в течение следующего часа. сорок две минуты. Аналогичным образом может оцениваться и другое оборудование, работающее таким образом. Даже некоторые сильноточные источники питания имеют рабочий цикл из-за рассеивания тепла. Основная причина создания чего-либо таким образом заключается в том, что это обычно намного дешевле, чем создание чего-либо, которое будет работать непрерывно (часто из-за перегрева), когда конечное использование не требует непрерывной работы.Это все еще «рабочий цикл», но это не то, что этот термин означает в цепи или тому подобном. Тем не менее, мы описываем его, потому что многие люди сталкивались с таким использованием «рабочего цикла», и это очень связанное понятие, которое можно перепутать.

С точки зрения цепей и сигналов ШИМ похож на приведенное выше объяснение, но шкала времени намного короче. «Сигналы» означают любой маломощный электрический ток, например, присутствующий в большинстве цепей, перед устройством вывода, который повышает ток, напряжение или и то, и другое до пригодных для использования уровней.Сигнал ШИМ имеет фиксированную частоту, что означает, что каждую секунду происходит одинаковое количество циклов включения/выключения одинаковой общей длины. Что меняется, так это количество времени «включено» по сравнению с количеством времени «выключено». Общее время остается прежним.

Например, рабочий цикл 10 % означает, что сигнал высокий (включен) в течение 10 % периода частоты, а затем выключен в течение оставшихся 90 % периода. Рабочий цикл 50% означает половину и половину, а рабочий цикл 90% означает максимальное время 90% от общего количества.

Частота — это количество полных циклов включения/выключения за одну секунду. Независимо от того, каков рабочий цикл, частота будет одинаковой для данного контроллера. Цепь строится на заданную частоту, а затем изменяется рабочий цикл. Частота ШИМ-сигнала является номинальной и во многих случаях может быть выбрана, например, при создании собственного контроллера. Если вы работаете с чем-то вроде железнодорожного контроллера модели DCC, вам будет предложен ряд вариантов, основанных на разных стандартах.Однако идея у них одна и та же. Частота имеет значение: если бы частота составляла 1 Гц или один цикл в секунду, возникла бы серьезная проблема, которую мы скоро объясним. Очень высокие частоты также не всегда желательны.

Поскольку рабочий цикл представляет собой отношение частей в целом, он не меняется при изменении размера целого. Это означает, что 10% рабочий цикл такой же при 1 Гц (один цикл в секунду), как и при 10 Гц (десять циклов в секунду). Однако времена меняются.При частоте 1 Гц время «включения» будет равно 0,1 секунды, а время «выключения» — 0,9 секунды. При частоте 10 Гц время «включения» будет равно 0,01 секунды, а время «выключения» — 0,09 секунды. Однако при частоте 10 Гц в секунду происходит 10 циклов, поэтому за одну секунду общее время «включения» остается таким же, как и при частоте 1 Гц: 0,1 (10 x 0,01) секунды. Он просто равномерно распределяется по секундам, а время выключения равномерно распределяется между ними. Обратите внимание, что даже 10 Гц — это необычно низкая частота, но это максимальное значение, которое мы можем использовать для масштабирования по ширине страницы.

Если частота ШИМ-сигнала слишком низкая, двигатель не будет вращаться плавно или индикатор будет заметно мерцать. На свету мерцание только раздражает, но и впечатления пониженной яркости тоже не особо. Он также на определенных частотах может вызывать определенные типы эпилепсии. Даже если свет не мерцает заметно, многие люди испытывают головные боли, когда частота ШИМ-сигнала слишком низкая. Существует порог, который трудно определить (другими словами, результаты исследований различаются) для минимальной частоты, ниже которой освещение не должно мерцать.

Когда речь идет о двигателях, нужно еще немного учитывать частоту. Наиболее очевидным из них, когда вы находитесь рядом с двигателем с ШИМ-управлением, является шум. Чем ниже частота, тем больше вибрации от двигателя. Вращающаяся часть двигателя, которая может быть катушками и якорем или магнитами в зависимости от конструкции, имеет инерцию. Если он неподвижен, первый закон движения Ньютона говорит нам, что он хочет оставаться таким. Он также хочет продолжать вращаться, если он уже вращается, но различные силы, такие как трение и, конечно же, нагрузка замедляют его.Если вы держите в руке даже небольшой двигатель постоянного тока при включении питания, вы почувствуете вращательный «толчок» при запуске двигателя. Это потому, что Третий закон Ньютона гласит, что каждое действие имеет равное и противоположное противодействие. Неподвижная и вращающаяся части толкают друг друга в противоположных направлениях, создавая силу, называемую «крутящим моментом».

Следствием этого является то, что если двигателю разрешено слишком сильно замедляться между импульсами, возникает значительная физическая сила. В крайних случаях это может привести к тому, что двигатель будет прыгать, если он будет свободно закреплен на верстаке.На немного более высоких частотах двигатель будет отчетливо вибрировать. Этот шум, скорее всего, будет передаваться через любое прочное крепление, а также будет слышен от самого двигателя. Однако, если частота слишком высока, двигатель не замедляется настолько, чтобы повлиять на его скорость. Физический импульс движущихся частей слишком велик. Частота, с которой это происходит, довольно высока, однако точный порог зависит от многих факторов и сильно варьируется.

Опять же, ссылаясь на модель железной дороги, общая верхняя частота составляет 16 кГц.Это известно как «сверхзвуковая» частота, хотя она и не является сверхзвуковой, потому что шум обычно не слышен слушателю. Допустим, что теоретический диапазон человеческого слуха составляет от 20 Гц до 20 кГц, но к тому времени, когда большинство людей перешагнуло подростковый возраст, верхний предел чувствительности составляет около 17 кГц и быстро падает. Фактически, метаисследование Всемирной организации здравоохранения существующих данных о потере чувствительности слуха остановилось на частоте 8 кГц. Реальный предел для большинства людей старше 40 лет составляет 15 кГц.Для справки, самая высокая нота, которую может спеть человек, близка к 3 кГц, так что это очень высокие звуки.

Эта частота все еще достаточно низка, чтобы позволить двигателю замедлиться и, следовательно, влиять на управление скоростью в большинстве ситуаций и конструкций двигателей. Однако точная частота, при которой способность контролировать скорость начинает испаряться, зависит от типа двигателя и нагрузки. Существует такой набор факторов и такие жаркие споры даже среди экспертов с хорошей репутацией, что мы даже не хотим называть число.На самом деле, это зависит от ситуации. Надеемся, что к концу этой статьи вы будете знать достаточно, чтобы провести и интерпретировать собственное исследование для конкретного двигателя, нагрузки и обстоятельств, которые у вас есть. Кроме того, шум является основной причиной стремления расширить верхние пределы. Если это не проблема для вашей ситуации, выберите среднюю частоту.

Однако частота ШИМ-сигнала представляет собой нечто большее, чем просто шум. Для запуска двигателя требуется как напряжение, так и ток.Если вы подаете 12 В на двигатель для хобби 12 В постоянного тока, но от источника, который может обеспечить только 1 мА, это мало что даст. Напряжение двигателя также упадет, вероятно, до менее 1 В. Точно так же источник питания 1 В с емкостью 1 А также мало что даст, потому что напряжение должно быть достаточно высоким, чтобы протолкнуть ток через сопротивление постоянному току и индуктивное сопротивление катушек, а затем поддерживать его против противо-ЭДС. Однако ток в катушке не действует мгновенно. Катушки, включая обмотки двигателя, являются индукторами.Когда катушка полностью разряжена, ток увеличивается с известной скоростью. Это не самый простой расчет, чтобы поместиться здесь, и он не имеет достаточного отношения к большинству производителей, поэтому ознакомьтесь со ссылкой «Гиперфизика» в разделе «Чтение и ресурсы».

Эта формула верна и в обратном случае, когда магнитное поле разрушается. В реальном выражении это означает, что из стационарного состояния может потребоваться что-то в диапазоне миллисекунд, чтобы получить полный ток в обмотке двигателя. Однако на частоте 100 кГц каждый полный цикл длится всего десять микросекунд.Если вы хотите запустить двигатель с рабочим циклом 10%, этого не произойдет. Это одна микросекунда, чтобы преодолеть инерцию. Ограниченное количество тока, накопленного в катушке, хорошо и действительно рассеется до следующего импульса, и двигатель вряд ли вообще начнет двигаться. Выбранная частота должна быть достаточно низкой, чтобы продолжительность времени включения могла фактически запустить двигатель. На самом деле рекомендуется, чтобы время импульса было больше, чем пять постоянных времени RC, как определено по приведенной выше формуле.Конечно, вы можете просто увеличить рабочий цикл, но иногда ШИМ используется в фиксированной конфигурации для постоянной настройки скорости.

Все ссылки, с которыми мы ознакомились, подтверждают, что ни один из этих факторов не влияет на противо-ЭДС, которая изменяет постоянную времени в сторону от теоретической. Проблема заключается в том, что из-за того, что обратная ЭДС настолько изменчива в зависимости от силы магнита, мгновенного тока, напряжения питания, скорости вращения, материала якоря, индуктивности обмотки и многого другого; подсчитать довольно сложно.Это, безусловно, намного больше, чем The Classroom. Если вы хотите поближе познакомиться, у нас есть ссылка на один из найденных нами ресурсов, в котором изложены математические расчеты и более подробное обсуждение факторов. Найдите «Управление щеточными двигателями постоянного тока с помощью ШИМ» в разделе «Чтение и ресурсы».

После запуска двигателя ток не начнет уменьшаться достаточно быстро, чтобы иметь значение, если частота слишком высока, а импульсы расположены слишком близко друг к другу. К сожалению, не существует единого ответа, подходящего для всех задач.Добавьте к неизвестным параметрам двигателя тот факт, что индуктивность простого железа или стали, используемых для якоря двигателя, изменяется в зависимости от частоты (именно поэтому феррит используется для катушек индуктивности с сердечником), и у вас возникнет небольшая дилемма. К счастью, большинство двигателей довольно терпимы ко всем этим соображениям, но некоторые из них действительно довольно привередливы. Во многих случаях достаточно просто вручную запустить высокую скорость, а затем снизить ее до желаемого уровня, или разработать решение (например, конденсатор и PNP-транзистор), чтобы обеспечить более длинный импульс подаваемого напряжения прямо с рельсов. не схема ШИМ.Вот почему иногда с базовыми схемами ШИМ и некоторыми двигателями в определенных условиях вам нужно немного увеличить скорость до того, как двигатель запустится, а затем вернуться к желаемой низкой скорости.

Вдобавок ко всему этому, возрастающий и падающий уровень тока, связанный с ШИМ, вызывает вихревые токи. Это токи, индуцируемые в металлических компонентах так же, как ток индуцируется в проводе. Разница в том, что эти токи текут вокруг металлического компонента везде, где могут, что определяется внутренним сопротивлением, примесями, другими наведенными токами, другими магнитными полями и многим другим.Вихревые токи в якоре двигателя и даже в соседних обмотках возникают только за счет изменяющихся токов. Как только ток стабилизируется, индукция вихревых токов больше не происходит. Однако во многих случаях ШИМ ток никогда не стабилизируется. Следовательно, эти вихревые токи представляют собой потери, поскольку энергия расходуется на их генерацию, и влияние вихревых токов на их электромагнитную связь со всем остальным, что происходит в двигателе. Вихревые токи также способствуют теплу. Решение состоит в том, чтобы поддерживать частоту настолько высокой или низкой, насколько это возможно, чтобы ток не колебался так сильно.На высоких частотах ток не сильно падает между импульсами. На низких частотах ток проводит больше времени на постоянном уровне с каждым импульсом.

Другим эффектом коллапса магнитного поля является внезапная обратная ЭДС, упомянутая ранее. Это отличается от обратной ЭДС, создаваемой катушкой, вращающейся в магнитном поле. Когда магнитное поле разрушается, всплеск напряжения может быть действительно довольно высоким. На самом деле этого достаточно, чтобы повредить многие устройства вывода, такие как биполярные транзисторы и МОП-транзисторы.Некоторые источники, с которыми мы консультировались, предоставили веские аргументы в пользу того, что это на самом деле было источником повреждения очень тонких двигателей, используемых в поездах современных моделей: импульс высокого напряжения, когда двигатель не подключен (в дешевых контроллерах используется обычный полевой МОП-транзистор с реверсивным переключателем, а не H-мост) может повредить очень тонкие обмотки двигателя. Снова бушуют дебаты, и люди с квалификацией имеют свое мнение в любом случае.

Несмотря на это, эти напряжения почти наверняка вызовут проблемы со схемой ШИМ.Даже если они не повредят выходное устройство, они вызовут колебания напряжения питания и могут повлиять на другие компоненты схемы. Решение для прямых двигателей постоянного тока всегда состоит в том, чтобы установить диод с обратным смещением на клеммы двигателя, называемый «обратноходовым» диодом. Это дает более высокому напряжению путь для рассеивания и является распространенным решением для скачков напряжения.

Однако, если двигатель работает в прямом/обратном направлении, полярность меняется, и вдруг простой диод не подходит: в одном направлении произойдет короткое замыкание.Поскольку прямое и обратное переключение обычно выполняется с помощью H-моста, ответом является встраивание в него защиты от обратного хода. Многие имеющиеся в продаже модули и схемы Н-моста уже имеют встроенную конструкцию. Если вы используете реверсивный переключатель, к нему можно добавить диоды с правильной полярностью. В любом случае, наличие небольшого конденсатора непосредственно на клеммах двигателя также помогает сдерживать пики.

На данный момент большая часть этой информации, как по частоте, так и по защите от противо-ЭДС, относится к двигателям.Это потому, что, когда дело доходит до управления светодиодами, очень мало из этого, если вообще есть (возможно, за исключением больших светодиодов со встроенными схемами драйвера с катушками индуктивности и конденсаторами). В конце статьи есть раздел об управлении яркостью света.

Физическая нагрузка на двигатель может влиять на то, как ШИМ-контроллеры влияют на двигатель. Как указывалось выше, сильно нагруженный двигатель всегда потребляет больше тока, чем двигатель, работающий в режиме холостого хода. Это означает, что частота ШИМ, дающая достаточно высокий рабочий ток (помните, что рабочий ток — это средний ток по циклам) на ненагруженном двигателе, может не давать таких же результатов при нагрузке.Однако, поскольку ШИМ использует всплески полного напряжения питания при любом доступном токе питания, они обеспечивают гораздо более последовательное управление двигателем, нагрузка которого может меняться, по сравнению с чем-то вроде регулятора скорости двигателя с переменным напряжением.

Многие схемы управления ШИМ используют МОП-транзисторы в качестве выходного каскада, чтобы принимать слаботочный сигнал схемы обработки и повышать его до уровня, который может управлять двигателем. Однако, как мы выяснили в выпусках 32 и 43 «Классной комнаты», полевые МОП-транзисторы управляются напряжением, подаваемым на вывод затвора, который имеет значительную емкость.Эта емкость означает, что должен протекать достаточный ток, прежде чем затвор станет полностью насыщенным и включится. В то время как MOSFET находится между началом включения и полным включением, он обладает большим сопротивлением и подвержен нагреву. Это означает, что схема ШИМ должна обеспечивать значительный ток, чтобы полевой МОП-транзистор быстро включался. Для некоторых полевых МОП-транзисторов это значительный ток.

Хотя использование специального драйвера MOSFET и достаточно большого тока питания решит проблему перегрева MOSFET, частота ШИМ должна быть достаточно низкой, чтобы затвор мог заряжаться.Техническое описание драйверов MOSFET и самих MOSFET будет содержать соответствующую информацию о временах перехода затвора и токах, поэтому учитывайте это при разработке схемы драйвера PWM. Кроме того, это время включения и выключения будет влиять на выбранную частоту. Другими словами, период включения/выключения на выходе будет отличаться от чисто теоретического выхода при номинальной частоте схемы ШИМ.

Подавляющее большинство представленной информации относится к двигателям.Это связано с тем, что большинство проблем и соображений, связанных с ШИМ, связаны с индуктивными нагрузками. В частности, светодиоды лишены большинства проблем. В то время как индуктивные источники света, такие как лампы накаливания, имеют некоторые недостатки, связанные с двигателем, лампы накаливания сегодня очень редки. Они также имеют небольшой индуктивный компонент по сравнению с их резистивным компонентом, поскольку горячая нить накала становится очень резистивной. Тем не менее, они более индуктивны и менее резистивны в холодном состоянии, поэтому лампы накаливания по-прежнему имеют пусковой ток при включении, как двигатель.Кроме того, в некоторых источниках утверждается, что от светового шара может издаваться шум, если в звуковом диапазоне используется ШИМ-привод. У нас не было возможности проверить или опровергнуть это.

При использовании светодиодов необходимо учитывать время включения, указанное в спецификациях, чтобы светодиод достиг полной яркости после подачи питания. Несмотря на то, что для глаза это мгновенно, время перехода между выключением и включением при использовании светодиодов все же очень мало. Это необходимо учитывать при планировании частоты ШИМ, так как очень высокая частота будет означать, что время перехода светодиода будет составлять большой процент периода времени.Более низкие частоты означают, что количество времени, затрачиваемое на переход, намного меньше общего, и поэтому фактический период включения/выключения светодиода будет ближе к теоретическому значению, основанному на рабочем цикле ШИМ.

Это много информации для размышления. Реальность такова, что многие двигатели и ситуации конечного использования, такие как использование небольшого двигателя постоянного тока для запуска вентилятора, не будут заметно отличаться, если вы сделаете что-то не так, за исключением, возможно, слышимого шума. Определенные конструкции двигателей, очень тонкие обмотки и другие факторы означают, что для некоторых двигателей и приложений это действительно важно.

В ходе нашего исследования мы наткнулись на множество статей о ШИМ и DCC, и в них есть что сказать изготовителю, даже если у вас никогда не было или не будет макета модели железной дороги. DCC — это цифровое командное управление, и сегодня он действительно является стандартом для макетов железных дорог. Предпосылка заключается в том, что на рельсы подается напряжение, а на него накладываются цифровые сигналы, которые может использовать контроллер внутри поезда. Некоторые люди говорят, что это напряжение переменного тока, но другие источники более подробно предполагают, что на самом деле это может быть синусоида постоянного тока переменного тока.Помните, чтобы быть переменным током, ток должен изменить направление, а не только амплитуду, и значение должно пересечь ноль. Форма волны этого не определяет. Тем не менее, самый большой консенсус заключается в том, что мощность подается через прямоугольную волну переменного тока, которая действительно пересекает ноль. Обратите внимание на синюю метку «Z» слева, рядом с меткой триггера «T», которая указывает на 0 В. Также обратите внимание, что это сигнал дорожки, а не декодированный сигнал ШИМ.

Из: https://dccwiki.com/DCC_Sniffer

Однако работает и подается на двигатель через внутренний ШИМ-контроллер.Тем не менее, это отзывчивый контроллер. Оператор компоновки настраивает контроллер DCC на движение поезда с заданной скоростью. Это процент, выраженный числом от 0 до 255, где 0 означает 0%, а 255 — 100%. Тем не менее, модуль DCC в поезде отслеживает ток, а также время от времени приостанавливает ШИМ на несколько циклов (несколько раз в секунду) и замеряет такие параметры, как противо-ЭДС от двигателя свободного хода. Некоторые даже имеют тахометр и измеряют обороты.

Откуда: http://off-the-clock.timothy-nicole-marks.com/computers-and-electronics/dcc

Все эти параметры используются для регулировки рабочего цикла выхода ШИМ, чтобы скорость двигателя оставалась постоянной по сравнению с установленной. Очевидно, что есть ограничения. Если вы зададите поезду скорость 100%, а затем поместите на него сто вагонов и отправите его на уровень 1:30, он не будет двигаться на полной скорости. Однако, если от двигателя не требуется делать больше, чем он может, эта система дает очень хорошую согласованность. Кроме того, большинство контроллеров DCC также обеспечивают несколько периодов высокого рабочего цикла для запуска двигателя, как описано ранее.Это решает проблему ШИМ, которая никогда не увеличивает ток, необходимый для преодоления инерции двигателя. DCC имеет множество других функций, но они относятся к эксплуатации моделей железных дорог, а не к двигателям в целом.

Источник: https://gothamrailmarine.wordpress.com/dcc-installation/

Для тех, кто не занимается изготовлением моделей железных дорог, существуют коммерческие ШИМ-контроллеры, которые имеют функции, аналогичные контроллерам DCC. Если вы покупаете контроллер или разрабатываете свой собственный, идея сделать паузу и измерить обратную ЭДС очень полезна.Наличие входов тахометра также может решить многие из проблем, отмеченных ранее. Вы также можете контролировать тепло, ток, вибрацию или что-то еще, что захотите, если разработаете свой собственный контроллер.

Имейте в виду, что никто из команды DIYODE не владеет моделью железной дороги, и никто из нас не является экспертом по DCC. Вся эта информация из вторых рук, из разных и часто противоречивых источников. Мы передали его, потому что он помогает проиллюстрировать практическое и точное применение ШИМ в области, которую большинство производителей, исследующих ШИМ, вероятно, найдут в какой-то момент.

Если вы строите модель железной дороги и хотите изучить DCC, обратитесь к эксперту. Большинство модельных железнодорожных клубов и розничных продавцов рады помочь.

Требуемые детали:

90 492 —
1 х Solderless Макетная PB8820
Пакет из проволоки Ссылки PB8850
1 х 240Ω резистор * RR0557
1 х 1 кОм Резистор * RR0572
1 х 10 кОм Резистор * RR0596
1 х 100 кОм 16 мм Потенциометр RP7518
1 х 47pF керамический конденсатор RC5320
1 х 680pF Керамическая Конденсатор RC5334
1 х 10nF Керамический конденсатор RC5348
2 х 100nF МКТ Конденсаторы RM7125
1 х 470μF электролитический конденсатор RE6194
2 х 1N4148 малого сигнала Диоды ZR1100
1 х NE555 ZL3555
1 x IRLZ44N MOSFET или другое подходящее устройство
1 маленький двигатель 5 В % YG2900
1 х Solderless Макетная P1002
Пакет из проволоки Ссылки P1014A
1 х 240Ω резистор * R7543
1 х 1 кОм Резистор * R7558
1 х 10 кОм Резистор * R7582
1 х 100 кОм 16 мм Потенциометр R2246
1 х 47pF керамический конденсатор R2818
1 х 680pF Керамическая Конденсатор R2832
1 х 10nF Керамический конденсатор R2846
2 х 100nF МКТ Конденсаторы R3025B
1 х 470μF электролитический конденсатор R5163
2 х 1N4148 малого сигнала Диоды Z0101
1 х NE555 Z2755
1 x IRLZ44N MOSFET или другое подходящее устройство
1 маленький двигатель 5 В % J0016

% Мы использовали три, по одному на каждую частоту, но это необязательно.Мы также сняли двигатели с их редукторов. * Необходимое количество, возможна продажа упаковками.

МОП-транзистор и потенциометр намеренно прозрачны, чтобы показать проводку под ними.

Чтобы увидеть, какого эффекта от этих факторов может ожидать массовый производитель, а также наглядно объяснить некоторые из них, мы провели небольшой эксперимент. Возможно, вы тоже захотите попробовать. Мы (слегка) модифицировали базовую схему ШИМ на основе NE555, начиная с Выпуска 1, когда только начинали вставать на ноги.Схема была немного добавлена ​​​​в выпуске 9 как «Прерывистая». Хотя схема очень проста, она далека от совершенства. Частота фактически изменяется при изменении рабочего цикла в пределах допуска. Кроме того, N-канальный МОП-транзистор инвертирует выходной сигнал, поэтому мы использовали 75% рабочего цикла на ШИМ, чтобы получить 25% на стороне двигателя МОП-транзистора. Однако аранжировка все же удовлетворит эксперимент.

Мы выбрали три целевых частоты: Значение 10 нФ для C1 дает примерно 750 Гц — 1 кГц. Значение 680 пФ дает от 9 кГц до 15 кГц (примерно), а 47 пФ обеспечивает диапазон от 82 кГц до 112 кГц.Для проведения измерений мы использовали наш новый любимый инструмент, набор пробников осциллографа PCBite и держатель для печатных плат; цифровой тахометр для оборотов в минуту; и бесконтактный термометр для измерения температуры на высоте 12 см.

Мы хотели честных испытаний, поэтому все факторы одинаковы: Двигатели идентичны, и для каждого испытания использовался новый двигатель, чтобы исключить влияние износа, перегрева или повреждения. Напряжение питания бралось от регулируемого лабораторного источника питания, температура воздуха в помещении поддерживалась постоянной, а рабочий цикл устанавливался на выбранный процент с помощью осциллографа для фактического, а не расчетного выходного сигнала.Кроме того, в то время как мы показываем здесь тест со схемой ШИМ, мы позже построили выходной каскад MOSFET и управляли им от генератора частоты с жестко регулируемой выходной частотой и переменным рабочим циклом. Поскольку у большинства производителей нет этого инструмента, мы сохранили эти фотографии для социальных сетей, а не представляем их здесь. Эта задача позволила нам проверить наши результаты с более определенными сигналами ШИМ. Мы выбрали 1 кГц, 15 кГц и 100 кГц.

Что мы искали, так это графики оборотов в минуту, нагрева и осциллографа для каждой частоты при установке на 25%, 50% и 95% (помните, что выход схемы ШИМ составляет 75%, 50% и 5% из-за инверсия МОП-транзистора).Мы запускали двигатель в течение десяти минут, измеряя время по секундомеру, а не по настенным часам, и записывали число оборотов в минуту и ​​нагрев при включении питания, через пять минут, а затем через десять минут. Что касается скриншотов, нас больше интересовали эффекты обратной ЭДС и тока. Токовые пробники стоят больше, чем наши осциллографы, и единственным другим вариантом является токовый шунт. Однако в итоге мы использовали один канал осциллографа для контроля выходного сигнала схемы (синяя кривая), а другой — для наблюдения за активностью на стороне двигателя МОП-транзистора (желтая кривая).

Результаты подтверждают различное поведение частоты и конкретного двигателя. Средняя частота в этом случае, номинально 15 кГц, имеет наибольший разброс. Однако в значительной степени разница может заключаться в неточностях измерения. Хотя на снимках экрана кажется, что легко подсчитать градации, особенно промежуточные в середине каждой плоскости, на самом деле на живом дисплее было много «тряски».Нагрев был незначительным, до такой степени, что мы даже не дали места результатам. Максимальное повышение температуры составило 10 ° C, и это вполне нормально для такого базового двигателя. Стоит отметить, что на частоте 1 кГц физической вибрации от двигателя было достаточно, чтобы он оторвался от Blue Tac, удерживающего его на штыре PCBite, в течение нескольких минут, и его пришлось снова нажимать несколько раз. на протяжении каждого десятиминутного блока.

Широтно-импульсная модуляция

, несмотря на ее недостатки, имеет множество преимуществ.Многие из факторов, которые мы рассмотрели здесь, применимы только к определенным ситуациям или конструкциям двигателя, и вы можете никогда их не заметить, если для всех ваших потребностей двигателя вы используете только ШИМ-контроллер на базе NE555 с частотой 1 кГц.

Однако, надеюсь, теперь вы знаете, что может быть в игре, и почему некоторые вещи могли наблюдаться. Для многих производителей ШИМ остается простым и эффективным способом управления скоростью двигателя.

Возможно, вы слышали, что ШИМ называют «высокоэффективным» методом управления.Многие из этих утверждений не поясняют, что на самом деле ШИМ может вызвать больше потерь в двигателе, чем переменное напряжение и постоянный ток. Однако схемы для этих контроллеров обычно включают преобразование избыточного напряжения в тепло и поэтому ужасно неэффективны с точки зрения схемы.

PWM также очень полезен для управления неиндуктивными нагрузками, такими как светодиоды. Просто помните о возможностях, и большинство производителей могут продолжать использовать базовые схемы ШИМ с уверенностью и без каких-либо последствий.Однако теперь вы знаете, на что обращать внимание и о чем следует помнить, если ваши потребности более специфичны или возникли проблемы.

Ваше полное руководство по широтно-импульсной модуляции 2021

Если вы такой же энтузиаст электроники, как и я, рано или поздно вы столкнетесь с этим вопросом, что такое pwm и для чего он нужен?.

Эта самая необходимость в этом вопросе возникнет, потому что вы хотели бы обеспечить переменное питание для ваших выходных компонентов.

Допустим, вы хотите увеличить или уменьшить яркость светодиодов или, может быть, вы хотите контролировать скорость вращения вентилятора или двигателя.

Или, может быть, вы хотите заставить эти светодиодные ленты танцевать с разной интенсивностью.

В этом посте мы собираемся обсудить все, что вы хотели бы знать о широтно-импульсной модуляции .

Не только мы будем разбираться, что такое PWM .

В этом посте я расскажу вам ДВА ПРОСТЫХ МЕТОДА, которые вы можете использовать для получения сигналов ШИМ.

В одном методе вы будете генерировать ШИМ С ПОМОЩЬЮ AURDUINO , а в другом методе вы будете генерировать ШИМ с помощью простой схемы 555 Таймер .

И не волнуйтесь, все схемы, связанные с проектом, будут предоставлены вам для скачивания.

Так что я тебя прикрыл.

Полная форма ШИМ: что означает ШИМ?

PWM означает широтно-импульсную модуляцию .

Широтно-импульсная модуляция — это метод эффективного снижения мощности, подаваемой на нагрузку/выходную цепь, путем непрерывного включения и выключения источника питания/напряжения с очень высокой скоростью.

Так зачем кому-то делать это правильно?.

Ответ прост: так вы управляете скоростью двигателя в электронной цепи. Или интенсивность светодиода или светодиодной ленты в вашем домашнем декоре.

Все еще непонятно, как работает ШИМ?

Не волнуйтесь. Я был на вашем месте.

Итак, чтобы лучше понять, что такое ШИМ и как его использовать, давайте обсудим более традиционные способы управления мощностью, подаваемой на нагрузку.

Итак, как только вы узнаете, какими способами осуществляется подача энергии, у вас будет четкое представление об эффективности ШИМ.

Плюс это очень весело .

Метод 1: Снижение мощности на источнике

Итак, это один из самых простых способов управления выходным напряжением на нагрузке.

Это так просто, что я чувствую себя глупо, говоря вам об этом. Ну, я глупый, так что кого это волнует.

Таким образом, вы подключаете нагрузку, светодиод, двигатель или что угодно к источнику питания лабораторного испытательного стенда, а затем регулируете подаваемую мощность, поворачивая ручку до нужного значения.

Так например, если у вас на выходе есть светодиод и так же вы плавно увеличиваете напряжение на источнике.

Ток через светодиод будет увеличиваться, и если вы сохраните уровень напряжения на уровне, на который рассчитан ваш светодиод, вы увидите, как он тускнеет и становится ярче пропорционально значению напряжения, которое вы отпускаете.

Просто, не правда ли.

Но такая схема не везде будет применима, не так ли?.

Да, если вы просто тестируете что-то для более крупного проекта или просто тестируете устройство в целом, это быстрый и грязный способ сделать это.

А вот встраиваемая система , как правило, является самостоятельным блоком и будет далеко от вас управлять всем этим вручную плюс говорить об утомительных способах использования тех.

Способ 2: Использование потенциометра

Так что, если вы не похожи на меня, скорее всего, вы обращали на это внимание в старшей школе.

И если да, то этот сегмент будет очень легко понять.

Помните это?.

Источник: Викимедиа. Потому что мне было лень создавать

. Конечно, нет.

Не волнуйтесь, вот что это означает, изменяя ручку на моем делителе потенциала или потенциометре, я контролирую напряжение, подаваемое на мою цепь нагрузки.

Если вам все еще это непонятно, не волнуйтесь. Очень скоро я собираюсь создать проект «Сделай сам», в котором я подробно расскажу об этом, чтобы вы могли получить ясность.

А пока просто разберитесь в теории и основах этого.

Какие проблемы в этой схеме и как их решает ШИМ?.

Теперь, как мы обсуждали это ранее, проблема с методом 1 нецелесообразна.

Если вы создаете отдельный проект, вы просто не сможете развернуть блок питания для тестового стенда.

И проблема с методом 2 в два раза.

Во-первых, это очень пассивный способ подачи энергии. В том смысле, чтобы изменить мощность на выходе, вы должны рассеять мощность, которую вы не хотите подавать на потенциометр.

Эта энергия просто превращается в тепло и утекает.

Во-вторых, если вы хотите варьировать мощность в мощных устройствах, таких как светодиодные ленты, силовые двигатели и тому подобное.

Убедитесь, что используемый вами потенциометр надежный.

Потому что он должен обладать большим сопротивлением и, следовательно, выделяемым теплом.

Потому что это то, чем на самом деле является потенциометр на конце. Сопротивление.

Преимущества ШИМ

Так что, я думаю, у вас будет четкое представление об этом.

Преимущества ШИМ заключаются в том, что он устраняет все недостатки других методов, которые мы только что обсуждали.

На самом деле для генерации ШИМ требуется очень простая схема, и мы обсудим ее через мгновение.

Но просто чтобы вы знали, два метода, которые мы собираемся увидеть, это один, в котором мы генерируем PWM с Arduino , и другой, где мы генерируем PWM, используя 555 таймер .

Как работает ШИМ?.

Итак, как работает ШИМ и чем отличается схема широтно-импульсной модуляции.

Хорошо, в случае ШИМ мы по-прежнему будем применять фиксированные уровни напряжения к цепи нагрузки.

Просто приложенный уровень напряжения будет прикладываться к своему пиковому значению в течение определенного периода времени, определяемого этим словом, называемым рабочим циклом .

Допустим, вы хотите управлять скоростью двигателя. А 5 В — это пиковое значение, на которое рассчитан двигатель. Как правило, это больше, но просто для примера рассмотрим это.

Понимание рабочего цикла

А в pwm мы будем подавать импульс 5 В на фиксированный интервал времени.Этот фиксированный интервал времени, выраженный в процентах, для которого мы собираемся применить 5 вольт, называется рабочим циклом.

Таким образом, если ШИМ-сигнал генерирует импульсы с коэффициентом заполнения 50 %. Это означает, что 5 В будет подаваться в течение 50 процентов времени, а в оставшееся время будет подаваться 0 В.

Теперь я знаю, о чем ты думаешь.

Не приведет ли это к мерцанию светодиода?.

Абсолютно нет. Восприятие времени в электронном мире настолько быстрое, что его не замечаешь глазами.

В результате средняя мощность, подаваемая на светодиод или двигатель в этом случае, составляет всего 50% от того, что можно было бы ожидать, если бы вы подавали полную мощность от источника.

Таким образом, если ШИМ-сигнал имеет рабочий цикл 50%, вы можете ожидать, что светодиод будет светиться до половины максимальной мощности.

Или, в случае управления двигателем с широтно-импульсной модуляцией, двигатель будет работать на 50 % от максимальной номинальной скорости.

Теперь вы можете понять, что произошло бы, если бы рабочий цикл был, скажем, на уровне 75%.

Видишь ли, я знал, что ты умный. Не сомневайтесь в себе.

Схема широтно-импульсной модуляции

: как ее создать?

Итак, в конечном счете, весь этот процесс происходит очень-очень быстро, и в конце на выходе вы увидите светодиод, мощность которого увеличивается или уменьшается в зависимости от того, какой рабочий цикл применяется.

И как только вы освоите этот метод ШИМ, когда вы фактически регулируете рабочий цикл подаваемого сигнала, вы можете использовать этот метод для применения переменного источника питания практически к любой выходной нагрузке.

Электродвигатели, светодиоды, силовые светодиоды, светодиодные ленты список бесконечен и зависит от вашего творчества.

Итак, если подытожить весь процесс, то получится, что мы обеспечиваем напряжение в виде регулируемого прерывания, что в конечном итоге приводит к контролируемой подаче выходной мощности.

Давайте продолжим и обсудим, как создать схему ШИМ.

Итак, каковы возможные причины, по которым вы могли бы захотеть его создать.

Что ж, если вы такой же энтузиаст электроники, как и я, вам нужно иметь при себе эти основные схемы.

И не говоря уже о том, что если вы новичок, это, вероятно, идеальные схемы, которые вы должны с нетерпением ждать, чтобы сделать и освоить практическую электронику.

Кроме того, мне не нужно повторять, как управление мощностью с помощью ШИМ приводит к повышению общей эффективности схемы.

Потому что здесь вместо рассеивания мощности используется пассивный элемент, такой как резистор или потенциометр. Вы отключаете подачу энергии от источника и пропускаете только то, что необходимо, через рабочий цикл сигналов.

Это была основная теория того, чем на самом деле является pwm .

Теперь давайте продолжим и посмотрим, как на самом деле создать этот переменный сигнал, который вы можете использовать для выключения вашего светодиода или любого электронного компонента, на который вы хотите подать переменную мощность.

ШИМ с Arduino

Итак, первый метод генерации ШИМ, который мы собираемся обсудить, — это Arduino.

Не беспокойтесь, если у вас нет ардуино или по какой-то причине вы не можете его себе организовать, потому что мы рассмотрим, как вы можете сделать это и без ардуино.

Но если вы такой же энтузиаст электроники, как я.

У меня точно будет. Это также довольно дешево. Вы можете получить его отсюда.

У меня дома есть один, и я собираюсь использовать его, чтобы показать вам, как производить ШИМ-сигнал от Arduino.

Для выполнения этой задачи мы воспользуемся функцией AnalogWrite нашей Arduino.

В вашей консоли кодирования для aurduino ваш код будет выглядеть примерно так.

Все, что нам нужно сделать сейчас, это передать этому параметру «potentiometervalue» значение от 0 до 255.

Где 0 будет равен 0 В.

А 255 будет равно 5 В.

Аналоговый вход в этом случае может быть снабжен потенциометром, и этот аналоговый вход можно использовать для изменения функции AnalogWrite().

Вот схема, на которую вы можете сослаться.

Итак, позвольте мне объяснить всю идею, стоящую за этим.

Аналоговый вход поступает от потенциометра, который отображается на выходное значение в диапазоне от 0 до 255, что, в свою очередь, соответствует пропорциональному выходному напряжению на выходном контакте Arduino, к которому можно подключить наш светодиод или двигатель.

Я понимаю, что некоторые термины, которые я использую, могут быть не слишком удобны для новичков, но я постоянно обновляю янтры новыми руководствами, к которым вы можете обратиться за разъяснениями.

Если какие-либо сомнения все еще сохраняются, вы всегда можете найти меня в разделе комментариев.

PWM с таймером 555 IC,

Создание схемы ШИМ с Arduino может быть быстрым.

Возможно, вы не всегда захотите тратить Arduino или микросхему микроконтроллера на такую ​​простую задачу.

Особенно, если вы работаете над большим проектом и хотите, чтобы первоначальные затраты на проект были низкими.

Или, может быть, модуль вашего проекта уже использует Arduino, и вы хотите, чтобы ШИМ обрабатывался платой «создай и забудь».

В любом случае, если это то, что вы хотите, вам нужно обратиться к дедушке всех электронных ИС, 555 Таймер IC .

Ох, как весело мне было с этим малышом.

Веселье, не говоря уже о том, что я вырвал себе волосы, когда после того, как я все сделал правильно, схемы все еще не работали. :П.

Хорошие времена.

Теперь с ним очень легко работать, если вы знаете, что делает каждый штифт.

Вот схема, которую вы должны использовать для создания схемы ШИМ с использованием микросхемы таймера 555.

Рабочий цикл снова будет контролироваться потенциометром, как показано на рисунке.

Контакт 3, как вы можете видеть, будет выводить сигнал ШИМ, который можно использовать для управления любой нагрузкой, которую мы можем захотеть.

Как насчет цепей с высокими требованиями к мощности

Хороший вопрос.

Одна вещь, которую мы должны понимать при работе с электроникой, заключается в том, что большую часть времени мы работаем с устройствами, требующими низкого напряжения.

Но что также верно, как экстраполировать эти проекты или работу на сценарии применения высокого напряжения.

В этом случае, например, мы можем захотеть изменить мощность, подаваемую на светодиодную ленту или мощные двигатели.

Мы достигаем этого с помощью MOSFET. Я не хочу сейчас вдаваться в подробности о MOSFET.

Просто поймите, каково практическое значение МОП-транзистора в хобби и практической электронике и как он используется здесь в схемах ШИМ.

Если бы вы обратили внимание на мою схему цепи ШИМ таймера 555, вы бы заметили, что я применил там полевой МОП-транзистор.

И именно так вы собираетесь использовать его в своих проектах.

Но чтобы вы не запутались, вот как вы подключаете различные контакты.

Сигнал ШИМ с выхода Arduino или контакта 3 схемы таймера 555 поступает на затвор , короткая ножка / отрицательная сторона вашего светодиода идет на сток, а исток MOSFET подключается к общему заземлению всех устройств. или, другими словами, отрицательная клемма вашего аккумулятора.

Что такое ШИМ-контроллер?

Хотите верьте, хотите нет, но я включаю этот сегмент после того, как уже завершил этот пост.

Случилось так, что я получил много вопросов от наших читателей, которые спрашивали, что такое ШИМ-контроллер.

Хм, ребята, мы только что построили один. Лол :Д.

Да, это устройство или схема, генерирующая ШИМ, которую мы только что построили, на самом деле является ШИМ-контроллером . Схема, которая обеспечивает или управляет ШИМ-сигналом.

Но, по правде говоря, эта электронная терминология может привести к путанице, поэтому хорошо, что вы задали этот вопрос, и я включаю этот сегмент, чтобы прояснить путаницу, которая может возникнуть у любого другого читателя.

Еще одна вещь, которую люди спрашивали.

Ну Раджпут, все это хорошо, но что такое я не хочу делать это. У меня просто нет времени, и мне нужен быстродействующий ШИМ-контроллер для моих проектов, где я могу его получить?

Итак, для всех этих людей я изучил мир онлайн и нашел одни из лучших ШИМ-контроллеров, которые я смог найти, которые вы можете купить прямо сейчас.

ПРИМЕЧАНИЕ. Это не эксклюзивный список. Продукт будет зависеть от того, каковы ваши потребности, пожалуйста, проверьте рейтинги и мощность, прежде чем покупать, чтобы узнать, соответствует ли он вашим требованиям.

Что такое ШИМ-вентиляторы?,

Как и в случае с ШИМ-контроллерами, пожалуйста, не запутайтесь, увидев слово «ШИМ-вентиляторы». ШИМ-вентиляторы — это просто вентиляторы, которые регулируются с помощью ШИМ.

Теперь вентиляторы PWM являются основным источником информации при работе с компьютерами. В нашем руководстве по сборке собственного ПК мы детально обсудили, как собрать собственный компьютер, и там мы обсудили важность вентиляторов для правильного охлаждения вашей системы.

Вентиляторы и насосы

PWM могут изменять свою скорость и воздушный поток в зависимости от температуры компонента.

Чтобы использовать эту функцию, вам потребуется материнская плата с разъемом PWM.

Итак, когда вы устанавливаете ШИМ-вентиляторы на свой компьютер, можете ли вы догадаться, что произойдет?

Да, регулировать скорость вашего ШИМ-вентилятора можно с помощью температуры объекта, для охлаждения которого он используется.

Какая будет польза?.

Таким образом, вместо вентилятора, который постоянно работает и рассеивает энергию, у вас есть интеллектуальный механизм, который отключается, когда охлаждение не требуется.

Разве это не фантастика?.

Я надеюсь, теперь вы понимаете, насколько невероятен этот изящный маленький метод широтно-импульсной модуляции .

Заключение

Эти дети были моим простым и быстрым способом, с помощью которого вы можете создавать сигналы ШИМ и выражать свои творческие способности в отношении практической электроники.

Я прекрасно понимаю, что хотя некоторые ребята, имеющие немалый опыт работы с электроникой, все бы поняли.

Возможно, найдутся люди, которые хотели бы большей ясности относительно мелких деталей здесь и там в нашем обсуждении.

Вот почему у нас теперь есть раздел комментариев, не так ли?

Не стесняйтесь спрашивать или предлагать все, что подсказывает ваше сердце, и я обязательно разъясню или отвечу в меру своего понимания.

И все, что не в моей области понимания, я направлю вас к кому-то или чему-то, кто знает лучше.

Надеюсь, вам все нравится здесь, в янтрах.

Я вернусь с такими классными постами.

А пока наслаждайтесь выражением своего творчества и не забудьте поделиться этим с нами так же, как вы поделитесь этим постом со своими друзьями и близкими 🙂 🙂 :).

Ся скоро. С любовью.

 

Намаскарам _/\_ 🙂

 

 

Вы успешно подписались!

Высокоскоростной двухсторонний ШИМ-контроллер

%PDF-1.4 % 1 0 объект > эндообъект 5 0 объект /Title (MC34025 — высокоскоростной двусторонний ШИМ-контроллер) >> эндообъект 2 0 объект > эндообъект 3 0 объект > поток БроадВижн, Инк.2020-08-24T12:53:30+02:002012-10-08T10:37:33-07:002020-08-24T12:53:30+02:00application/pdf

  • MC34025 — Высокоскоростной двухсторонний ШИМ-контроллер
  • ПО Полупроводник
  • Серия MC34025 — высокоскоростные, с фиксированной частотой, двусторонние. контроллеры широтно-импульсных модуляторов, оптимизированные для высоких частот операция. Они специально разработаны для автономных и Приложения преобразователя постоянного тока в постоянный, предлагающие разработчику стоимость эффективное решение с минимальным количеством внешних компонентов.Эти интегральные схемы оснащены генератором, температурно-компенсированным ссылка, широкополосный усилитель ошибки, высокоскоростной ток чувствительный компаратор, рулевой триггер и двойной сильноточный тотем полюсные выходы идеально подходят для управления мощными полевыми МОП-транзисторами. Также включены защитные функции, состоящие из входа и эталонные блокировки минимального напряжения, каждая с гистерезисом, цикл за циклом ограничение тока и защелка для измерения одиночного импульса. Гибкость этой серии позволяет легко конфигурировать либо режим тока, либо режим управления напряжением.
  • Acrobat Distiller 9.5.2 (Windows)uuid:77f721ff-4ace-455b-8d2f-e648cf01bd33uuid:3af28923-c750-4d44-92f5-7cd28d60b851Распечатать конечный поток эндообъект 4 0 объект > эндообъект 6 0 объект > эндообъект 7 0 объект > эндообъект 8 0 объект > эндообъект 9 0 объект > эндообъект 10 0 объект > эндообъект 11 0 объект > эндообъект 12 0 объект > эндообъект 13 0 объект > эндообъект 14 0 объект > эндообъект 15 0 объект > эндообъект 16 0 объект > эндообъект 17 0 объект > эндообъект 18 0 объект > эндообъект 19 0 объект > эндообъект 20 0 объект > эндообъект 21 0 объект > эндообъект 22 0 объект > эндообъект 23 0 объект > эндообъект 24 0 объект > эндообъект 25 0 объект > эндообъект 26 0 объект > эндообъект 27 0 объект > эндообъект 28 0 объект > эндообъект 29 0 объект > эндообъект 30 0 объект > эндообъект 31 0 объект > поток HW]o8Q/HE|3H&Ƴ}Htl4?}%%YquM$s/y`2`L]}a!{o_ vLo8`,Ny#/ka.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.