ШИМ вериги. PWM контролер

ШИМ контролерът е предназначен да регулира скоростта на въртене на полярния двигател, яркостта на електрическата крушка или мощността на нагревателния елемент.

предимства:
1 Лекота на производство
2 Наличност на компоненти (цената не надвишава 2 $)
3 Широко приложение
4 За начинаещи, практикувайте отново и се зарадвайте =)

Веднъж имах нужда от "устройство" за регулиране на скоростта на въртене на охладителя. За какво точно не помня. От началото пробвах през обикновен променлив резистор, стана много горещо и не беше приемливо за мен. В резултат на това, след като се разрових в интернет, намерих схема на вече познатия чип NE555. Това беше схема на конвенционален PWM контролер с работен цикъл (продължителност) на импулси, равен или по-малък от 50% (по-късно ще дам графики за това как работи). Схемата се оказа много проста и не изисква настройка, основното беше да не се прецака с свързването на диоди и транзистор. Първият път, когато го сглобих на макетна платка и го тествах, всичко работи с половин оборот. По-късно вече разпръснах малка печатна платка и всичко изглеждаше по-подредено =) Е, сега нека да разгледаме самата схема!

Схема на PWM контролер

От него виждаме, че това е обикновен генератор с регулатор на работния цикъл, сглобен по схемата от листа с данни. Променяме този работен цикъл с резистор R1, резистор R2 служи като защита срещу късо съединение, тъй като 4-ти изход на микросхемата е свързан към земята чрез вътрешния ключ на таймера и в крайна позиция на R1 той просто ще се затвори. R3 е издърпващ резистор. C2 е кондензаторът за настройка на честотата. Транзисторът IRFZ44N е N канален MOSFET. D3 е защитен диод, който предотвратява повредата на полевото устройство при прекъсване на натоварването. Сега малко за работния цикъл на импулсите. Работният цикъл на импулса е съотношението на неговия период на повторение (повторение) към продължителността на импулса, тоест след определен период от време ще има преход от (грубо казано) плюс към минус, или по-скоро от логическа единица към логическа нула. Така че този интервал от време между импулсите е един и същ работен цикъл.

Работен цикъл в средна позиция R1

Работен цикъл в крайна лява позиция R1

Работен цикъл в крайна дясна позиция R

По-долу ще дам печатни платки със и без местоположението на частите

Сега малко за детайлите и външния им вид. Самата микросхема е направена в пакет DIP-8, малки по размер керамични кондензатори, резистори 0,125-0,25 вата. Диодите са конвенционални токоизправители за 1A (най-достъпният е 1N4007, те са навсякъде в насипно състояние). Също така, микросхемата може да бъде инсталирана на гнездо, ако в бъдеще искате да я използвате в други проекти и да не я разпоявате отново. По-долу са снимки на детайлите.

Широтинно-импулсната модулация (PWM) е метод за преобразуване на сигнал, при който продължителността на импулса (работният цикъл) се променя, докато честотата остава постоянна. В английската терминология се нарича PWM (широтно-импулсна модулация). В тази статия ще разберем подробно какво е PWM, къде се използва и как работи.

Област на приложение

С развитието на микроконтролерната технология се откриха нови възможности за ШИМ. Този принцип се превърна в основа за електронни устройства, които изискват както настройка на изходните параметри, така и поддържането им на дадено ниво. Методът на широчинно-импулсна модулация се използва за промяна на яркостта на светлината, скоростта на въртене на двигателите, както и за управление на силовия транзистор на захранвания от импулсен тип (PSU).

Импулсно-широчинната (PW) модулация се използва активно при изграждането на LED системи за контрол на яркостта. Поради ниската инерция светодиодът има време да се превключи (примигне и изгасне) с честота от няколко десетки kHz. Работата му в импулсен режим се възприема от човешкото око като постоянно сияние. От своя страна яркостта зависи от продължителността на импулса (отвореното състояние на светодиода) през един период. Ако времето на импулса е равно на времето за пауза, тоест работният цикъл е 50%, тогава яркостта на светодиода ще бъде половината от номиналната стойност. С популяризирането на 220V LED лампи възникна въпросът за повишаване на надеждността на тяхната работа с нестабилно входно напрежение. Решението е намерено под формата на универсална микросхема - захранващ драйвер, работещ на принципа на импулсно-широчинната или импулсно-честотна модулация. Схема, базирана на един от тези драйвери, е описана подробно.

Мрежовото напрежение, подавано на входа на микросхемата на драйвера, непрекъснато се сравнява с референтното напрежение във веригата, образувайки PWM (PFM) сигнал на изхода, чиито параметри се задават от външни резистори. Някои микросхеми имат изход за подаване на аналогов или цифров контролен сигнал. По този начин работата на импулсния драйвер може да се контролира с помощта на друг SHI преобразувател. Интересното е, че светодиодът не получава високочестотни импулси, а ток, изгладен от дросел, който е незаменим елемент от такива вериги.

Масовото използване на ШИМ е отразено във всички LCD панели с LED подсветка. За съжаление в LED мониторите повечето SHI преобразуватели работят с честота от стотици херца, което се отразява негативно на зрението на потребителите на компютри.

Микроконтролерът Arduino може да работи и в режим на PWM контролер. За да направите това, извикайте функцията AnalogWrite () със стойностите между 0 и 255, посочени в скоби. Нулата съответства на 0V, а 255 на 5V. Междинните стойности се изчисляват пропорционално.

Повсеместното разпространение на устройствата, работещи на принципа на ШИМ, позволи на човечеството да се отдалечи от линейните трансформаторни захранвания. В резултат на това повишаване на ефективността и намаляване на теглото и размера на източниците на енергия с няколко пъти.

ШИМ контролерът е неразделна част от модерното импулсно захранване. Той контролира работата на силовия транзистор, разположен в първичната верига на импулсния трансформатор. Поради наличието на верига за обратна връзка, напрежението на изхода на PSU винаги остава стабилно. Най-малкото отклонение на изходното напрежение през обратната връзка се фиксира от микросхема, която незабавно коригира работния цикъл на управляващите импулси. В допълнение, модерен PWM контролер решава редица допълнителни задачи, които подобряват надеждността на захранването:

осигурява режим на мек старт на преобразувателя;
ограничава амплитудата и работния цикъл на управляващите импулси;
контролира нивото на входното напрежение;
предпазва от късо съединение и прегряване на захранващия ключ;
превежда устройството в режим на готовност, ако е необходимо.

Принципът на работа на PWM контролера

Задачата на PWM контролера е да управлява ключа на захранването чрез промяна на управляващите импулси. Когато работи в режим на ключ, транзисторът е в едно от двете състояния (напълно отворен, напълно затворен). В затворено състояние токът през p-n прехода не надвишава няколко μA, което означава, че мощността на разсейване клони към нула. В отворено състояние, въпреки големия ток, съпротивлението на p-n прехода е прекомерно ниско, което също води до незначителни топлинни загуби. Най-голямо количество топлина се отделя в момента на преминаване от едно състояние в друго. Но поради краткото време на процеса на преход в сравнение с честотата на модулация, загубата на мощност по време на превключване е незначителна.

Широтинната модулация на импулса е разделена на два вида: аналогова и цифрова. Всеки от видовете има своите предимства и може да бъде реализиран в схеми по различни начини.

Аналогов PWM

Принципът на работа на аналогов SHI модулатор се основава на сравняване на два сигнала, чиято честота се различава с няколко порядъка. Елементът за сравнение е операционен усилвател (компаратор). На единия от входовете му се подава назъбено напрежение с висока постоянна честота, а към другия се прилага нискочестотно модулиращо напрежение с променлива амплитуда. Компараторът сравнява и двете стойности и генерира правоъгълни импулси на изхода, чиято продължителност се определя от текущата стойност на модулиращия сигнал. В този случай честотата на ШИМ е равна на честотата на зъбния сигнал.

Цифров ШИМ

Широтинната импулсна модулация в цифровата интерпретация е една от многото функции на микроконтролера (MC). Работейки изключително с цифрови данни, MK може да генерира или високо (100%), или ниско (0%) ниво на напрежение на своите изходи. Въпреки това, в повечето случаи, за да се контролира ефективно натоварването, напрежението на изхода на MK трябва да се промени. Например, регулиране на скоростта на въртене на двигателя, промяна на яркостта на светодиода. Какво да направите, за да получите някаква стойност на напрежението в диапазона от 0 до 100% на изхода на микроконтролера?

Проблемът се решава чрез използване на метода на широчинно-импулсна модулация и използване на феномена на свръхсемплиране, когато определената честота на превключване е няколко пъти по-висока от реакцията на управляваното устройство. Чрез промяна на работния цикъл на импулсите се променя средната стойност на изходното напрежение. По правило целият процес протича с честота от десетки до стотици kHz, което прави възможно постигането на плавно регулиране. Технически това се осъществява с помощта на PWM контролер - специализирана микросхема, която е "сърцето" на всяка цифрова система за управление. Активното използване на PWM-базирани контролери се дължи на техните неоспорими предимства:

висока ефективност на преобразуване на сигнала;
стабилност на работа;
спестяване на енергия, консумирана от товара;
ниска цена;
висока надеждност на цялото устройство.

Има два начина да получите PWM сигнал на щифтовете на микроконтролера: хардуер и софтуер. Всеки MK има вграден таймер, който може да генерира PWM импулси на определени изводи. Така се постига хардуерната реализация. Получаването на PWM сигнал с помощта на софтуерни команди има повече опции по отношение на разделителната способност и ви позволява да използвате повече щифтове. Софтуерният метод обаче води до високо натоварване на МК и заема много памет.

Трябва да се отбележи, че при цифровия PWM броят на импулсите за период може да бъде различен, а самите импулси могат да бъдат разположени във всяка част от периода. Нивото на изходния сигнал се определя от общата продължителност на всички импулси за период. Трябва да се разбере, че всеки допълнителен импулс е преход на силовия транзистор от отворено състояние към затворено състояние, което води до увеличаване на загубите по време на превключване.

Пример за използване на PWM контролер

Една от опциите за изпълнение на обикновен PWM контролер вече беше описана по-рано. Изграден е на базата на микросхема и има малка лента. Но въпреки простотата на схемата, регулаторът има доста широк спектър от приложения: контролни вериги за яркостта на светодиодите, LED ленти, регулиране на скоростта на въртене на DC двигатели.

Прочетете също

Страхотно решение за цифров контрол на мощността!

BTA100

Са налични

Купувайте на едро

Устройството е предназначено да регулира мощността на натоварване до 10000 W в AC вериги с напрежение 220 V. Устройството е изградено на базата на мощен триак BTA100и е предназначена за управление на мощността на електрически нагреватели, осветителни устройства, колекторни и асинхронни AC двигатели и др. Използването на този триак ви позволява да намалите размера на охлаждащия радиатор. Поради широкия диапазон на настройка и високата мощност, регулаторът ще намери широко приложение в ежедневието.

Спецификации

Особености

Плавно регулиране в целия диапазон на мощността.
Голяма мощност на регулиране
Широк диапазон на работно напрежение
Детектор за преминаване през нула
Управление с бутони
Възможност за отделяне на таблото за управление от силовата секция
Монтиран радиатор

Принцип на действие

Контролерът на мощността използва принципа на PWM управление с детектор за контрол на фазата при преминаване през нула

Дизайн на устройството

Регулаторът на мощността е проектиран като вграден контролен панел с отделен захранващ модул.

статии

Схеми

Съдържание на доставката

Контролен модул - 1 бр.
Захранващ модул - 1 бр.
Инструкция - 1 бр.

Какво е необходимо за сглобяване

За свързване ще ви трябва: тел, отвертка, странични резци.

Подготовка за операция

Свържете лампа с нажежаема жичка към клемите OUTPUT.
Свържете захранващия кабел към клемите IN 220V.
Свържете щепсела към 220V мрежа.
С натискане на бутоните на контролния панел проверете промяната в яркостта на лампата.
Проверката завършена. Честита операция.

Условия на работа

Температура -30C до +50C. Относителна влажност 20-80% без конденз.

Предпазни мерки

Модулът и клемите са под опасно напрежение от 220V.
Спазвайте мерките за безопасност, не докосвайте контактите на печатната платка, докато модулът е свързан към 220V мрежа.

Въпроси и отговори

Добър ден. Ще закупя от вас цифров PWM регулатор на мощност 220V / 10kW (45A) и ще го използвам като мек стартер за снегорин с колекторен двигател 3 kW. В тази връзка имам няколко въпроса за този регулатор: 1. Ще работи ли регулаторът правилно, в смисъл, че настройката ще е плавна и без трясъци? 2. Колко контакта затварят бутоните за управление на регулатора? Въпросът е продиктуван от идеята да се постави контролното устройство в прозрачен запечатан калъф и да се дублира превключвателят с водоустойчив джойстик. 3. Има ли достатъчно площ на радиатора за номиналната мощност или ще е необходим вентилатор за охлаждане? 4. Радиаторът захранва ли се? Може ли да се остави извън водоустойчивия калъф? С уважение, Сергей.
- 1. Не трябва да има шутове, стъпката на преструктуриране е 1%. Всеки случай обаче трябва да се тества индивидуално. 2. Всеки бутон затваря два контакта. 3. Спецификациите показват пиковата мощност на устройството. Номиналната мощност е 7-8 kW.
1. Контролен панел е включен? 2. Възможно ли е да се настрои на определен процент и да се изключи, за да се запази зададения процент след изключване на захранването?
- 1. Включен контролен панел. 2. Не можете да изключите контролния панел. 3. Когато захранването е изключено, настройките не се заблуждават.
Здравейте, може ли да разберете по-точно къде е свързана фазата и къде нула и изхода също. Просто нагревателя, където трябва да регулирате мощността, е част от нагревателите и имат обща нула
- Шината ZERO трябва да бъде свързана към двата средни контакта.
Здравейте! Моля, кажете ми, има ли корпуса на управляващия триак галванична изолация от електрическата мрежа? Ако този регулатор е вграден в металния корпус на устройството, трябва ли неговият радиатор да бъде изолиран от корпуса?
- Точно така, радиаторът на устройството трябва да бъде изолиран от корпуса.
Добър ден. Кой регулатор управлява първичната намотка на трансформатора? Благодаря.
- Според прегледите те се регулират с помощта на MK071M. Не сте го пробвали сами.

Още едно ревю по темата за всякакви неща за домашни продукти. Този път ще говоря за цифровия регулатор на скоростта. Нещото е интересно по свой начин, но исках още.
За тези, които се интересуват, четете :)

Наличието в домакинството на някои нисковолтови устройства като малка мелница и др. Исках да увелича леко функционалния им и естетически вид. Вярно е, че това не се получи, въпреки че все още се надявам да постигна целта си, може би друг път, днес ще ви разкажа за самото нещо.
Производителят на този регулатор е Maitech, или по-скоро това име често се среща на всякакви шалове и блокове за домашно приготвени продукти, въпреки че по някаква причина не попаднах на сайта на тази компания.

Поради факта, че в крайна сметка не направих това, което исках, прегледът ще бъде по-кратък от обикновено, но ще започна, както винаги, с това как се продава и изпраща.
Пликът съдържаше обикновена чанта с цип.

Комплектът включва само регулатор с променлив резистор и бутон, няма твърда опаковка и инструкции, но всичко пристигна непокътнато и без повреди.

На гърба има стикер, който замества инструкциите. По принцип за такова устройство не се изисква повече.
Диапазонът на работното напрежение е 6-30 волта, а максималният ток е 8 ампера.

Външният вид е доста добър, тъмно "стъкло", тъмно сива пластмаса на корпуса, в изключено състояние изглежда като цяло черен. На външен вид компенсира, няма за какво да се оплаквам. Отпред беше залепен транспортен филм.
Инсталационни размери на устройството:
Дължина 72 мм (минимален отвор на корпуса 75 мм), ширина 40 мм, дълбочина без предния панел 23 мм (с преден панел 24 мм).
Размери на предния панел:
Дължина 42,5, ширина 80 мм

Променливият резистор идва с дръжка, дръжката разбира се е груба, но е подходяща за употреба.
Съпротивлението на резистора е 100KΩ, зависимостта на настройката е линейна.
Както се оказа по-късно, съпротивлението от 100KΩ дава бъг. Когато се захранва от импулсен захранващ блок, е невъзможно да се зададат стабилни показания, смущенията по проводниците към променливия резистор се отразяват, поради което показанията скачат +\- 2 знака, но би било добре да скочите заедно с това, оборотите на двигателя скачат.
Съпротивлението на резистора е високо, токът е малък и проводниците събират целия шум наоколо.
Когато се захранва от линеен PSU, този проблем напълно липсва.
Дължината на проводниците до резистора и бутона е около 180мм.

Бутон, ами няма нищо особено. Нормално отворени контакти, монтажен диаметър 16 мм, дължина 24 мм, без осветление.
Бутонът изключва двигателя.
Тези. при подаване на захранване индикаторът се включва, двигателят стартира, натискането на бутона го изключва, второто натискане го включва отново.
Когато двигателят е изключен, индикаторът също не свети.

Под капака е платката на устройството.
Контактите за захранване и свързване на двигателя се извеждат към клемите.
Положителните контакти на конектора са свързани заедно, превключвателят на захранването превключва отрицателния проводник на двигателя.
Връзката на променливия резистор и бутона е разглобяема.
Всичко изглежда спретнато. Изводите на кондензатора са малко изкривени, но мисля, че това може да се прости :)

По-нататъшно разглобяване ще скрия под спойлера.

| Повече ▼

Индикаторът е доста голям, височината на цифрата е 14 мм.
Размерите на дъската са 69х37мм.

Платката е сглобена спретнато, има следи от поток близо до контактите на индикатора, но като цяло платката е чиста.
Платката съдържа: диод за защита от обратна полярност, стабилизатор 5 волта, микроконтролер, 470 микрофарада 35 волтов кондензатор, захранващи елементи под малък радиатор.
Виждат се и места за инсталиране на допълнителни конектори, предназначението им не е ясно.

Начертал съм малка блокова диаграма, само за грубо разбиране какво и как се превключва и как е свързано. Променливият резистор се включва с единия крак на 5 волта, с втория към земята. Следователно, той може безопасно да бъде заменен с по-нисък номинал. Няма връзки към незапоения конектор на диаграмата.

Устройството използва микроконтролер, произведен от STMicroelectronics.
Доколкото знам този микроконтролер се използва в доста голям брой различни устройства, като амперметри.

Стабилизаторът на мощността, когато работи при максимално входно напрежение, се нагрява, но не много.

Част от топлината от захранващите елементи се отвежда към медните полигони на платката, вляво можете да видите голям брой преходи от едната страна на платката към другата, което помага за отстраняване на топлината.
Също така топлината се отстранява с помощта на малък радиатор, който се притиска към захранващите елементи отгоре. Това разположение на радиатора ми се струва малко съмнително, тъй като топлината се отвежда през пластмасата на корпуса и такъв радиатор не помага много.
Между силовите елементи и радиатора няма паста, препоръчвам да махнете радиатора и да го намажете с паста поне малко но ще стане по-добре.

В силовата секция се използва транзистор, съпротивлението на канала е 3.3mOhm, максималният ток е 161 ампера, но максималното напрежение е само 30 волта, така че бих препоръчал ограничаване на входа на 25-27 волта. При работа на токове, близки до максималните, има леко нагряване.
Наблизо е разположен и диод, който гаси токовите скокове от самоиндукцията на двигателя.
Тук се прилагат 10 ампера, 45 волта. Няма въпроси относно диода.

Първо включване. Така се случи, че направих тестовете още преди да махна защитното фолио, защото на тези снимки все още го има.
Индикаторът е контрастен, умерено ярък, чете перфектно.

Първоначално реших да пробвам с малки натоварвания и получих първото разочарование.
Не, нямам оплаквания към производителя и магазина, просто се надявах, че такова сравнително скъпо устройство ще има стабилизация на оборотите на двигателя.
Уви, това е просто регулируем PWM, индикаторът показва% запълване от 0 до 100%.
Регулаторът дори не забеляза малкия мотор, в деня, в който това е напълно нелеп ток :)

Внимателните читатели сигурно са обърнали внимание на напречното сечение на проводниците, с които свързах захранването към регулатора.
Да, тогава реших да подходя към въпроса по-глобално и свързах по-мощен двигател.
Разбира се, той е забележимо по-мощен от регулатора, но на празен ход токът му е около 5 ампера, което направи възможно проверката на регулатора в режими, по-близки до максимума.
Регулаторът се държеше перфектно, между другото, забравих да посоча, че когато е включен, регулаторът плавно увеличава пълненето на PWM от нула до зададената стойност, осигурявайки плавно ускорение, докато индикаторът веднага показва зададената стойност, а не като на честотата задвижвания, където се показва реалният ток.
Регулаторът не се провали, затопли се малко, но не критично.

Тъй като регулаторът е импулсен, реших, просто за забавление, да се ровя с осцилоскоп и да видя какво се случва на портата на силовия транзистор в различни режими.
Честотата на ШИМ е около 15 kHz и не се променя по време на работа. Двигателят стартира при приблизително 10% пълнене.

Първоначално планирах да сложа регулатора в моето старо (по-скоро вече древно) захранване за малки електроинструменти (повече за това някой друг път). на теория трябваше да стане вместо предния панел, а регулаторът на скоростта трябваше да се намира отзад, не планирах да слагам бутон (за щастие, когато се включи, устройството веднага преминава в режим на включване) .
Трябваше да е хубаво и спретнато.

Но ме очакваше още разочарование.
1. Въпреки че индикаторът беше малко по-малък по размер от вложката на предния панел, беше по-лошо, че не се вписваше в дълбочина, опирайки се до стелажите за свързване на половините на кутията.
и ако пластмасата на корпуса на индикатора може да бъде отрязана, тогава няма значение, тъй като платката на регулатора се намеси допълнително.
2. Но дори и да щях да реша първия въпрос, имаше втори проблем, напълно забравих как е направено захранването ми. Факт е, че регулаторът прекъсва захранването с минус и имам реле за заден ход, включване и принудително спиране на двигателя и управляваща верига за всичко това. И с тяхната промяна всичко се оказа много по-трудно :(

Ако регулатора беше със стабилизация на скоростта, тогава пак щях да се объркам и да преправя веригата за управление и реверс, или да направя отново регулатора за превключване + захранване. И така е възможно и ще го повторя, но вече без ентусиазъм и сега не знам кога.
Може би някой се интересува, снимка на вътрешностите на моето захранване, щеше да е преди около 13-15 години, почти през цялото време работеше без проблеми, веднъж трябваше да сменя релето.

Резюме.
професионалисти
Устройството е напълно работещо.
Изчистен външен вид.
Качествена конструкция
Комплектът включва всичко необходимо.

Минуси.
Неправилна работа от комутационни захранвания.
Силов транзистор без граница на напрежението
При такава скромна функционалност цената е твърде висока (но тук всичко е относително).

Моето мнение. Ако си затворите очите за цената на устройството, то само по себе си е доста добро, изглежда спретнато и работи добре. Да, има проблем с не много добра шумоустойчивост, мисля, че не е трудно да се реши, но е малко разочароващо. Освен това препоръчвам да не превишавате входното напрежение над 25-27 волта.
По-разочароващ е факта, че разгледах доста варианти за всякакви готови регулатори, но никъде не предлагат решение със стабилизация на скоростта. Може би някой ще попита защо правя това. Ще обясня как една шлайфмашина със стабилизация попадна в ръцете, много по-приятно е да се работи от обикновено.

Това е всичко, надявам се да е било интересно :)

Продуктът е предоставен за писане на рецензия от магазина. Прегледът се публикува в съответствие с клауза 18 от Правилата на сайта.

Смятам да купя +23 Добави в любими Хареса рецензията +38 +64

В някои случаи, например при фенерчета или домашни осветителни тела, става необходимо да се регулира яркостта на сиянието. Изглежда, че е по-лесно: просто променете тока през светодиода чрез увеличаване или намаляване. Но в този случай значителна част от енергията ще се изразходва на ограничителния резистор, което е напълно неприемливо за автономно захранване от батерии или акумулатори.

Освен това цветът на светенето на светодиодите ще се промени: например, белият цвят, когато токът падне под номиналната стойност (за повечето светодиоди 20mA), ще има леко зеленикав оттенък. Такава промяна в цвета в някои случаи е напълно безполезна. Представете си, че тези светодиоди осветяват екрана на телевизор или компютърен монитор.

В тези случаи прилагайте PWM - регулиране (ширина - импулс). Значението му е, че периодично светва и угасва. В този случай токът остава номинален през цялото време на мигане, така че спектърът на луминесценция не се изкривява. Ако светодиодът е бял, зелените нюанси няма да се появят.

Освен това при този метод за управление на мощността загубите на енергия са минимални, ефективността на веригите с PWM управление е много висока, достигайки повече от 90 процента.

Принципът на PWM - регулиране е доста прост и е показан на Фигура 1. Различното съотношение на времето на осветено и изгасено състояние се възприема от окото като: като във филм - кадрите, показани отделно на свой ред, се възприемат като движещо се изображение. Всичко зависи от честотата на прожектиране, която ще бъде обсъдена малко по-късно.

Фигура 1. Принципът на ШИМ - регулиране

Фигурата показва диаграмите на сигнала на изхода на PWM управляващото устройство (или главния осцилатор). Показани са нула и едно: логическа единица (високо ниво) предизвиква светене на светодиода, логическа нула (ниско ниво), съответно, угасване.

Въпреки че всичко може да бъде обратното, тъй като всичко зависи от схемата на изходния ключ, включването на светодиода може да се извърши на ниско ниво и изключването му, само на високо. В този случай физически логическият ще има ниско ниво на напрежение, а логическата нула ще бъде високо.

С други думи, логическата води до включване на някакво събитие или процес (в нашия случай светодиодът светва), а логическата нула трябва да изключи този процес. Тоест, не винаги високото ниво на изхода на цифрова микросхема е ЛОГИЧЕСКА единица, всичко зависи от това как е изградена конкретна схема. Това е така, за информация. Но засега ще приемем, че ключът се управлява от високо ниво и просто не може да бъде иначе.

Честота и ширина на управляващите импулси

Имайте предвид, че периодът на импулса (или честотата) остава непроменен. Но като цяло честотата на импулса не влияе върху яркостта на сиянието, следователно няма специални изисквания за стабилност на честотата. Променя се само продължителността (ШИРИНА) в този случай на положителния импулс, поради което работи целият механизъм на широчинно-импулсна модулация.

Продължителността на управляващите импулси на фигура 1 е изразена в %%. Това е така нареченият "работен цикъл" или, по английската терминология, DUTY CYCLE. Изразява се като отношение на продължителността на контролния импулс към периода на повторение на импулса.

В руската терминология обикновено се използва "работен цикъл" - съотношението на периода на повторение към времето на импулсано. По този начин, ако коефициентът на запълване е 50%, тогава работният цикъл ще бъде равен на 2. Тук няма фундаментална разлика, следователно можете да използвате някоя от тези стойности, за когото е по-удобно и разбираемо.

Тук, разбира се, може да се дадат формули за изчисляване на работния цикъл и DUTY CYCLE, но за да не усложняваме представянето, ще минем без формули. Не на последно място, законът на Ом. Нищо не можете да направите по въпроса: „Не знаете закона на Ом, стойте си вкъщи!“ Ако някой се интересува от тези формули, винаги може да се намери в интернет.

PWM честота за димер

Както беше споменато малко по-високо, няма специални изисквания за стабилността на честотата на PWM импулса: добре, тя „плува“ малко и това е добре. PWM контролерите имат подобна честотна нестабилност, между другото, доста голяма, което не пречи на използването им в много дизайни. В този случай е важно само тази честота да не пада под определена стойност.

И каква трябва да бъде честотата и колко нестабилна може да бъде? Не забравяйте, че говорим за димери. Във филмовата технология има термин "критична честота на трептене". Това е честотата, с която отделните картини, показани една след друга, се възприемат като движеща се картина. За човешкото око тази честота е 48 Hz.

Точно това е причината честотата на кадрите на филма да е 24 кадъра в секунда (телевизионният стандарт е 25 кадъра в секунда). За да увеличат тази честота до критичната, филмовите прожектори използват обтуратор с две остриета (затвор), който припокрива всеки показан кадър два пъти.

При любителските теснофилмови 8-милиметрови проектори прожекционната честота беше 16 кадъра/сек, така че обтураторът имаше до три остриета. Същата цел в телевизията служи и от факта, че изображението се показва в полукадри: първо четни, а след това нечетни линии на изображението. Резултатът е честота на трептене от 50 Hz.

Работата на светодиода в режим PWM е отделна светкавица с регулируема продължителност. За да могат тези проблясъци да бъдат възприети от окото като непрекъснат блясък, тяхната честота в никакъв случай не трябва да бъде по-малка от критичната. По-високо, но не по-ниско. Този фактор трябва да се вземе предвид при създаването PWM - контролери за лампи.

Между другото, точно като интересен факт: учените някак са определили, че критичната честота за окото на пчелата е 800 Hz. Следователно пчелата ще види филма на екрана като поредица от отделни изображения. За да може тя да види движещо се изображение, честотата на прожектиране ще трябва да се увеличи до осемстотин полета в секунда!

За управление на действителния LED се използва. Напоследък най-широко използвани за тази цел са тези, които позволяват превключване на значителна мощност (използването на конвенционални биполярни транзистори за тези цели се счита за просто неприлично).

Такава нужда (мощен MOSFET - транзистор) възниква с голям брой светодиоди, например с, които ще бъдат обсъдени малко по-късно. Ако мощността е ниска - когато използвате един или два светодиода, можете да използвате превключватели с ниска мощност и ако е възможно, свържете светодиодите директно към изходите на микросхемите.

Фигура 2 показва функционална схема на PWM контролер. Резистор R2 условно е показан като управляващ елемент на диаграмата. Като завъртите копчето му, можете да промените работния цикъл на управляващите импулси в необходимите граници и следователно яркостта на светодиодите.

Фигура 2. Функционална схема на PWM контролера

Фигурата показва три низа от светодиоди, свързани последователно с крайни резистори. Приблизително същата връзка се използва в LED лентите. Колкото по-дълга е лентата, толкова повече светодиоди, толкова по-голяма е консумацията на ток.

Именно в тези случаи ще са необходими мощни, чийто допустим ток на изтичане трябва да бъде малко по-голям от тока, консумиран от лентата. Последното изискване се изпълнява доста лесно: например транзисторът IRL2505 има ток на източване от около 100A, напрежение на изтичане от 55V, докато неговият размер и цена са доста привлекателни за използване в различни дизайни.

ШИМ главни осцилатори

Като главен PWM генератор може да се използва микроконтролер (най-често в промишлени условия) или схема, изработена на микросхеми с ниска степен на интеграция. Ако се планира да се направи малък брой PWM контролери у дома и няма опит в създаването на микроконтролерни устройства, тогава е по-добре да направите контролер на това, което в момента е под ръка.

Това могат да бъдат логически схеми от серията K561, интегриран таймер, както и специализирани схеми, предназначени за. В тази роля можете дори да го накарате да работи, като сглобите регулируем генератор върху него, но това е, може би, „за любов към изкуството“. Следователно по-долу ще бъдат разгледани само две схеми: най-често срещаната на таймера 555 и на UC3843 UPS контролера.

Схема на главния осцилатор на таймера 555

Фигура 3. Схема на главния осцилатор

Тази верига е конвенционален генератор на квадратни вълни, чиято честота се задава от кондензатор C1. Кондензаторът се зарежда през веригата "Изход - R2 - RP1-C1 - общ проводник". В този случай на изхода трябва да има напрежение с високо ниво, което е еквивалентно на изхода, свързан към положителния полюс на източника на захранване.

Кондензаторът се разрежда по веригата "C1 - VD2 - R2 - Изход - общ проводник" в момент, когато на изхода има напрежение с ниско ниво - изходът е свързан към общ проводник. Именно тази разлика в пътищата на заряд-разряд на кондензатора за настройка на времето осигурява импулси с регулируема ширина.

Трябва да се отбележи, че диодите, дори от един и същи тип, имат различни параметри. В този случай роля играе техният електрически капацитет, който се променя под действието на напрежението върху диодите. Следователно, заедно с промяната в работния цикъл на изходния сигнал, неговата честота също се променя.

Основното е, че не става по-малко от критичната честота, която беше спомената малко по-висока. В противен случай вместо равномерно сияние с различна яркост ще се виждат отделни светкавици.

Приблизително (отново диодите са виновни) честотата на генератора може да се определи по формулата, показана по-долу.

Честотата на PWM генератора на таймера 555.

Ако във формулата заместим капацитета на кондензатора във фаради и съпротивлението в ома, тогава резултатът трябва да бъде в херц Hz: не можете да се измъкнете от системата SI! Това предполага, че плъзгачът на променливия резистор RP1 е в средно положение (във формулата RP1 / 2), което съответства на изходния сигнал на формата на меандъра. На фигура 2 това е точно частта, в която продължителността на импулса е 50%, което е еквивалентно на сигнал с работен цикъл 2.

ШИМ главен осцилатор на чип UC3843

Схемата му е показана на фигура 4.

Фигура 4. Схема на главния PWM осцилатор на чипа UC3843

Чипът UC3843 е управляващ PWM контролер за превключване на захранвания и се използва например в компютърни източници във формат ATX. В този случай типичната схема за включването му е донякъде променена в посока опростяване. За да се контролира ширината на изходния импулс, към входа на веригата се прилага управляващо напрежение с положителна полярност, след което на изхода се получава PWM импулсен сигнал.

В най-простия случай управляващото напрежение може да се приложи с помощта на променлив резистор със съпротивление от 22 ... 100 KΩ. Ако е необходимо, може да се получи контролно напрежение, например от аналогов сензор за светлина, направен на фоторезистор: колкото по-тъмно е извън прозореца, толкова по-светло е в стаята.

Управляващото напрежение влияе на PWM изхода по такъв начин, че когато се намали, ширината на изходния импулс се увеличава, което изобщо не е изненадващо. В крайна сметка, първоначалната цел на чипа UC3843 е да стабилизира напрежението на захранването: ако изходното напрежение падне, а с него и регулиращото напрежение, тогава трябва да се вземат мерки (увеличаване на ширината на изходния импулс) за леко увеличаване изходното напрежение.

Регулирането на напрежението в захранванията се генерира като правило с помощта на ценерови диоди. По-често, отколкото не, това или нещо подобно.

С оценките на частите, посочени на диаграмата, честотата на генератора е около 1 kHz и за разлика от генератора на таймера 555, той не "плува", когато работният цикъл на изходния сигнал се промени - като се грижи за честотата на импулсни захранвания.

За да регулирате значителна мощност, например, LED лента, ключов етап на MOSFET транзистор трябва да бъде свързан към изхода, както е показано на фигура 2.

Бихме могли да поговорим повече за PWM контролерите, но засега нека спрем дотук, а в следващата статия ще разгледаме различни начини за свързване на светодиоди. В крайна сметка не всички методи са еднакво добри, има такива, които трябва да се избягват и просто има много грешки при свързване на светодиоди.