circuiti PWM. Controller PWM

Il controller PWM è progettato per regolare la velocità di rotazione del motore polare, la luminosità della lampadina o la potenza dell'elemento riscaldante.

vantaggi:
1 Facilità di fabbricazione
2 Disponibilità dei componenti (il costo non supera i $ 2)
3 Ampia applicazione
4 Per i principianti, ancora una volta esercitati e divertiti =)

Una volta mi serviva un "dispositivo" per regolare la velocità di rotazione del refrigeratore. Per cosa esattamente non ricordo. Fin dall'inizio ho provato con un normale resistore variabile, si è scaldato molto e non era accettabile per me. Di conseguenza, dopo aver cercato su Internet, ho trovato un circuito sul già familiare chip NE555. Era un circuito di un controller PWM convenzionale con un duty cycle (durata) di impulsi pari o inferiore al 50% (più avanti darò grafici di come funziona). Il circuito si è rivelato molto semplice e non richiedeva la messa a punto, l'importante era non rovinare la connessione di diodi e un transistor. La prima volta che l'ho assemblato su una breadboard e l'ho testato, tutto ha funzionato con mezzo giro. Più tardi, ho già distribuito un piccolo circuito stampato e tutto sembrava più ordinato =) Bene, ora diamo un'occhiata al circuito stesso!

Circuito di controllo PWM

Da esso vediamo che si tratta di un normale generatore con un regolatore del duty cycle assemblato secondo lo schema del datasheet. Cambiamo questo duty cycle con il resistore R1, il resistore R2 funge da protezione contro il cortocircuito, poiché la 4a uscita del microcircuito è collegata a terra tramite la chiave interna del timer e nella posizione estrema di R1 si chiuderà semplicemente. R3 è una resistenza di pull-up. C2 è il condensatore di impostazione della frequenza. Il transistor IRFZ44N è un mosfet a canale N. D3 è un diodo di protezione che impedisce il guasto del dispositivo di campo quando il carico viene interrotto. Ora un po' sul ciclo di lavoro degli impulsi. Il duty cycle dell'impulso è il rapporto tra il suo periodo di ripetizione (ripetizione) e la durata dell'impulso, ovvero dopo un certo periodo di tempo ci sarà un passaggio da (più o meno) più a meno, ovvero da un'unità logica a un zero logico. Quindi questo intervallo di tempo tra gli impulsi è lo stesso ciclo di lavoro.

Duty cycle in posizione centrale R1

Duty cycle all'estrema sinistra posizione R1

Duty cycle in posizione estrema destra R

Di seguito fornirò circuiti stampati con e senza la posizione delle parti

Ora un po' sui dettagli e sul loro aspetto. Il microcircuito stesso è realizzato in un contenitore DIP-8, condensatori ceramici di piccole dimensioni, resistori da 0,125-0,25 watt. I diodi sono raddrizzatori convenzionali per 1A (il più conveniente è 1N4007, sono ovunque alla rinfusa). Inoltre, il microcircuito può essere installato su una presa, se in futuro si desidera utilizzarlo in altri progetti e non dissaldare di nuovo. Di seguito le immagini dei dettagli.

La modulazione di larghezza di impulso (PWM) è un metodo di conversione del segnale in cui la durata dell'impulso (ciclo di lavoro) cambia, mentre la frequenza rimane costante. Nella terminologia inglese, è indicato come PWM (modulazione della larghezza di impulso). In questo articolo capiremo in dettaglio cos'è il PWM, dove viene utilizzato e come funziona.

Area di applicazione

Con lo sviluppo della tecnologia dei microcontrollori, si sono aperte nuove opportunità per PWM. Questo principio è diventato la base per i dispositivi elettronici che richiedono sia la regolazione dei parametri di uscita che il loro mantenimento a un determinato livello. Il metodo di modulazione della larghezza di impulso viene utilizzato per modificare la luminosità della luce, la velocità di rotazione dei motori e per controllare il transistor di potenza degli alimentatori a impulsi (PSU).

La modulazione della larghezza di impulso (PW) viene utilizzata attivamente nella costruzione di sistemi di controllo della luminosità dei LED. A causa della bassa inerzia, il LED ha il tempo di commutare (lampeggia e si spegne) a una frequenza di diverse decine di kHz. Il suo funzionamento in modalità pulsata è percepito dall'occhio umano come un bagliore costante. A sua volta, la luminosità dipende dalla durata dell'impulso (lo stato di apertura del LED) durante un periodo. Se il tempo dell'impulso è uguale al tempo di pausa, ovvero il duty cycle è del 50%, la luminosità del LED sarà la metà del valore nominale. Con la diffusione delle lampade a LED da 220 V, è sorta la domanda di aumentare l'affidabilità del loro funzionamento con una tensione di ingresso instabile. La soluzione è stata trovata sotto forma di un microcircuito universale: un driver di potenza che opera secondo il principio della modulazione della larghezza dell'impulso o della frequenza dell'impulso. Viene descritto in dettaglio un circuito basato su uno di questi driver.

La tensione di rete fornita all'ingresso del microcircuito del driver viene costantemente confrontata con la tensione di riferimento nel circuito, formando all'uscita un segnale PWM (PFM), i cui parametri sono impostati da resistori esterni. Alcuni microcircuiti hanno un'uscita per fornire un segnale di controllo analogico o digitale. Pertanto, il funzionamento del driver di impulsi può essere controllato utilizzando un altro convertitore SHI. È interessante notare che il LED non riceve impulsi ad alta frequenza, ma una corrente attenuata da un'induttanza, che è un elemento indispensabile di tali circuiti.

L'uso massiccio di PWM si riflette in tutti i pannelli LCD con retroilluminazione a LED. Sfortunatamente, nei monitor a LED, la maggior parte dei convertitori SHI funziona a una frequenza di centinaia di Hertz, il che influisce negativamente sulla visione degli utenti di PC.

Il microcontrollore Arduino può funzionare anche in modalità controller PWM. Per fare ciò, chiama la funzione AnalogWrite () con i valori tra 0 e 255 indicati tra parentesi.Zero corrisponde a 0V e 255 a 5V. I valori intermedi sono calcolati proporzionalmente.

L'ubiquità dei dispositivi che funzionano secondo il principio PWM ha consentito all'umanità di allontanarsi dagli alimentatori a trasformatore di tipo lineare. Di conseguenza, un aumento dell'efficienza e una diminuzione del peso e delle dimensioni dei generatori di diverse volte.

Il controller PWM è parte integrante di un moderno alimentatore switching. Controlla il funzionamento del transistor di potenza situato nel circuito primario del trasformatore di impulsi. A causa della presenza di un circuito di feedback, la tensione all'uscita dell'alimentatore rimane sempre stabile. La minima deviazione della tensione di uscita attraverso il feedback è fissata da un microcircuito, che corregge istantaneamente il ciclo di lavoro degli impulsi di controllo. Inoltre, un moderno controller PWM risolve una serie di compiti aggiuntivi che migliorano l'affidabilità dell'alimentatore:

prevede la modalità di soft start del convertitore;
limita l'ampiezza e il ciclo di lavoro degli impulsi di controllo;
controlla il livello di tensione in ingresso;
protegge da cortocircuito e sovratemperatura dell'interruttore di alimentazione;
mette il dispositivo in modalità standby, se necessario.

Il principio di funzionamento del controller PWM

Il compito del controller PWM è controllare l'interruttore di alimentazione modificando gli impulsi di controllo. Quando si opera in modalità chiave, il transistor si trova in uno dei due stati (completamente aperto, completamente chiuso). Nello stato chiuso, la corrente attraverso la giunzione p-n non supera alcuni μA, il che significa che la potenza di dissipazione tende a zero. Allo stato aperto, nonostante l'elevata corrente, la resistenza della giunzione p-n è eccessivamente bassa, il che porta anche a perdite di calore insignificanti. La maggior quantità di calore viene rilasciata nel momento del passaggio da uno stato all'altro. Ma a causa del breve tempo del processo di transizione rispetto alla frequenza di modulazione, la perdita di potenza durante la commutazione è trascurabile.

La modulazione dell'ampiezza dell'impulso è divisa in due tipi: analogica e digitale. Ciascuno dei tipi ha i suoi vantaggi e può essere implementato in circuiti in modi diversi.

PWM analogico

Il principio di funzionamento di un modulatore SHI analogico si basa sul confronto di due segnali la cui frequenza differisce di diversi ordini di grandezza. L'elemento di confronto è un amplificatore operazionale (comparatore). A uno dei suoi ingressi viene applicata una tensione a dente di sega ad alta frequenza costante e all'altro viene alimentata una tensione modulante a bassa frequenza con ampiezza variabile. Il comparatore confronta entrambi i valori e genera impulsi rettangolari in uscita, la cui durata è determinata dal valore attuale del segnale modulante. In questo caso, la frequenza PWM è uguale alla frequenza del segnale a dente di sega.

PWM digitale

La modulazione dell'ampiezza dell'impulso nell'interpretazione digitale è una delle tante funzioni del microcontrollore (MC). Operando esclusivamente con dati digitali, l'MK può generare un livello di tensione alto (100%) o basso (0%) alle sue uscite. Tuttavia, nella maggior parte dei casi, per controllare efficacemente il carico, è necessario modificare la tensione all'uscita dell'MK. Ad esempio, regolando la velocità di rotazione del motore, modificando la luminosità del LED. Cosa fare per ottenere un valore di tensione compreso tra 0 e 100% all'uscita del microcontrollore?

Il problema viene risolto utilizzando il metodo della modulazione della larghezza di impulso e utilizzando il fenomeno del sovracampionamento, quando la frequenza di commutazione specificata è diverse volte superiore alla risposta del dispositivo controllato. Modificando il duty cycle degli impulsi, cambia il valore medio della tensione di uscita. Di norma, l'intero processo si svolge a una frequenza da decine a centinaia di kHz, il che consente di ottenere una regolazione regolare. Tecnicamente, questo viene implementato utilizzando un controller PWM, un microcircuito specializzato, che è il "cuore" di qualsiasi sistema di controllo digitale. L'uso attivo dei controller basati su PWM è dovuto ai loro innegabili vantaggi:

alta efficienza di conversione del segnale;
stabilità del lavoro;
risparmio energetico consumato dal carico;
a basso costo;
alta affidabilità dell'intero dispositivo.

Esistono due modi per ottenere un segnale PWM ai pin del microcontrollore: hardware e software. Ogni MK ha un timer integrato in grado di generare impulsi PWM su determinati pin. In questo modo si ottiene l'implementazione hardware. Ottenere un segnale PWM utilizzando i comandi del software ha più opzioni in termini di risoluzione e consente di utilizzare più pin. Tuttavia, il metodo software porta a un carico elevato dell'MK e occupa molta memoria.

È interessante notare che nel PWM digitale il numero di impulsi per periodo può essere diverso e gli impulsi stessi possono essere localizzati in qualsiasi parte del periodo. Il livello del segnale di uscita è determinato dalla durata totale di tutti gli impulsi per periodo. Dovrebbe essere chiaro che ogni impulso aggiuntivo è una transizione del transistor di potenza dallo stato aperto allo stato chiuso, il che porta ad un aumento delle perdite durante la commutazione.

Un esempio di utilizzo di un controller PWM

Una delle opzioni di implementazione per un semplice controller PWM è già stata descritta in precedenza in. È costruito sulla base di un microcircuito e ha una piccola reggetta. Ma, nonostante la semplicità del circuito, il regolatore ha una gamma di applicazioni abbastanza ampia: circuiti di controllo per la luminosità dei LED, strisce LED, regolazione della velocità di rotazione dei motori CC.

Specifiche

Peculiarità

Regolazione regolare su tutta la gamma di potenza.
Grande potere di regolazione
Ampia gamma di tensioni di esercizio
Rilevatore di passaggio zero
Controllo del pulsante
Possibilità di separare la scheda di controllo dalla sezione di potenza
Radiatore installato

Principio di funzionamento

Il controller di potenza utilizza il principio di controllo PWM con un rilevatore di controllo di fase zero-crossing

Progettazione del dispositivo

Il regolatore di potenza è concepito come un pannello di controllo integrato con un modulo di potenza separato.

Articoli

Schemi

Contenuto della consegna

Modulo di controllo - 1 pz.
Modulo di alimentazione - 1 pz.
Istruzioni - 1 pz.

Cosa è necessario per il montaggio

Per connetterti avrai bisogno di: filo, cacciavite, tronchesi laterali.

Preparazione per il funzionamento

Collegare una lampada a incandescenza ai terminali OUTPUT.
Collegare il cavo di alimentazione ai terminali IN 220V.
Collegare la spina alla rete 220V.
Premendo i pulsanti sul pannello di controllo, verificare la variazione della luminosità della lampada.
Verifica completata. Buona operazione.

Condizioni operative

Temperatura da -30°C a +50°C. Umidità relativa 20-80% senza condensa.

Misure precauzionali

Il modulo e i terminali sono sotto tensione pericolosa di 220V.
Rispettare le misure di sicurezza, non toccare i contatti del circuito stampato mentre il modulo è collegato alla rete 220V.

Domande e risposte

Buon pomeriggio. Comprerò da voi un regolatore di potenza PWM digitale 220V / 10kW (45A) e lo userò come soft starter per uno spazzaneve con un motore a collettore da 3 kW. A tal proposito ho alcune domande su questo regolatore: 1. Il regolatore funzionerà correttamente, nel senso che la regolazione sarà regolare e senza strappi? 2. Quanti contatti chiudono i pulsanti di controllo del regolatore? La domanda è dettata dall'idea di posizionare il dispositivo di controllo in una custodia sigillata trasparente e duplicare l'interruttore con un joystick impermeabile. 3. L'area del dissipatore di calore è sufficiente per la potenza nominale o sarà necessaria una ventola di raffreddamento? 4. Il radiatore è alimentato? Può essere lasciato fuori dalla custodia impermeabile? Cordiali saluti, Sergey.
- 1. Non ci dovrebbero essere cretini, il passaggio di ristrutturazione è dell'1%. Tuttavia, ogni caso deve essere testato individualmente. 2. Ciascun pulsante chiude due contatti. 3. Le specifiche indicano la potenza di picco del dispositivo. La potenza nominale è di 7-8 kW.
1. Pannello di controllo incluso? 2. È possibile impostarlo su una certa percentuale e spegnerlo, in modo che la percentuale impostata venga mantenuta anche dopo lo spegnimento?
- 1. Pannello di controllo incluso. 2. Non è possibile spegnere il pannello di controllo. 3. Quando l'alimentazione viene spenta, le impostazioni non vanno fuori strada.
Ciao, puoi scoprire più precisamente dove è collegata la fase, e dove zero, e anche l'uscita. È solo che il riscaldatore, dove devi regolare la potenza, fa parte dei riscaldatori e hanno uno zero comune
- Il bus ZERO deve essere collegato ai due contatti centrali.
Ciao! Per favore dimmi, il caso del triac di controllo ha l'isolamento galvanico dalla rete elettrica? Se questo regolatore è integrato nella custodia metallica del dispositivo, il suo radiatore deve essere isolato dalla custodia?
- Esatto, il radiatore del dispositivo deve essere isolato dalla custodia.
Buon pomeriggio. Quale regolatore controlla l'avvolgimento primario di un trasformatore? Grazie.
- Secondo le recensioni, sono regolati utilizzando MK071M. Non l'ho provato tu stesso.

Un'altra recensione sull'argomento di ogni sorta di cose per i prodotti fatti in casa. Questa volta parlerò del regolatore di velocità digitale. La cosa è interessante a modo suo, ma volevo di più.
Per chi fosse interessato, continua a leggere :)

Avere in casa alcuni dispositivi a bassa tensione come un piccolo macinino, ecc. Ho voluto aumentare leggermente il loro aspetto funzionale ed estetico. È vero, non ha funzionato, anche se spero ancora di raggiungere il mio obiettivo, forse un'altra volta, ti parlerò della cosa stessa oggi.
Il produttore di questo regolatore è Maitech, o meglio, questo nome si trova spesso su tutti i tipi di sciarpe e blocchi per prodotti fatti in casa, anche se per qualche motivo non mi sono imbattuto nel sito di questa azienda.

Poiché non ho finito per fare quello che volevo, la recensione sarà più breve del solito, ma inizierò, come sempre, da come viene venduta e spedita.
La busta conteneva una normale borsa a chiusura lampo.

Il kit comprende solo un regolatore con resistenza variabile e pulsante, non c'è imballo rigido e istruzioni, ma è arrivato tutto integro e senza danni.

Sul retro è presente un adesivo che sostituisce le istruzioni. In linea di principio, per un dispositivo del genere non è necessario altro.
La gamma di tensione operativa è 6-30 Volt e la corrente massima è 8 Amp.

L'aspetto è abbastanza buono, "vetro" scuro, plastica grigio scuro del case, da spento sembra generalmente nero. In apparenza compensato, niente di cui lamentarsi. Sul davanti è stata incollata una pellicola di trasporto.
Dimensioni di installazione del dispositivo:
Lunghezza 72mm (apertura cassa minima 75mm), larghezza 40mm, profondità senza pannello frontale 23mm (con pannello frontale 24mm).
Dimensioni pannello frontale:
Lunghezza 42,5, larghezza 80 mm

Un resistore variabile viene fornito con una maniglia, la maniglia è ovviamente ruvida, ma andrà bene per l'uso.
La resistenza del resistore è 100KΩ, la dipendenza dalla regolazione è lineare.
Come si è scoperto in seguito, la resistenza di 100 KΩ dà un problema tecnico. Quando alimentato da un alimentatore a impulsi, è impossibile impostare letture stabili, l'interferenza sui fili al resistore variabile influisce, a causa della quale le letture saltano +\- 2 caratteri, ma andrebbe bene saltare, insieme a questo, il regime del motore salta.
La resistenza del resistore è alta, la corrente è piccola e i fili raccolgono tutto il rumore intorno.
Quando alimentato da un alimentatore lineare, questo problema è completamente assente.
La lunghezza dei fili al resistore e al pulsante è di circa 180 mm.

Button, beh, non c'è niente di speciale. Contatti normalmente aperti, diametro di montaggio 16mm, lunghezza 24mm, nessuna illuminazione.
Il pulsante spegne il motore.
Quelli. quando viene fornita alimentazione, la spia si accende, il motore si avvia, premendo il pulsante lo si spegne, la seconda pressione lo riaccende.
Quando il motore è spento, anche l'indicatore non si accende.

Sotto il coperchio c'è la scheda del dispositivo.
Ai morsetti vengono portati i contatti di alimentazione e collegamento motore.
I contatti positivi del connettore sono collegati tra loro, l'interruttore di alimentazione commuta il filo negativo del motore.
Il collegamento della resistenza variabile e del pulsante è staccabile.
Tutto sembra pulito. I cavi del condensatore sono un po' storti, ma penso che questo possa essere perdonato :)

Nasconderò un ulteriore smontaggio sotto lo spoiler.

Di più

L'indicatore è abbastanza grande, l'altezza della cifra è di 14 mm.
Le dimensioni della tavola sono 69x37mm.

La scheda è assemblata in modo ordinato, ci sono tracce di flusso vicino ai contatti dell'indicatore, ma in generale la scheda è pulita.
La scheda contiene: un diodo di protezione dall'inversione di polarità, uno stabilizzatore da 5 Volt, un microcontrollore, un condensatore da 470 microfarad da 35 Volt, elementi di potenza sotto un piccolo radiatore.
Sono visibili anche i luoghi per l'installazione di connettori aggiuntivi, il loro scopo non è chiaro.

Ho abbozzato un piccolo diagramma a blocchi, solo per una comprensione approssimativa di cosa e come è commutato e come è collegato. Il resistore variabile si accende con un piede a 5 volt, il secondo a terra. Pertanto, può essere tranquillamente sostituito con un taglio inferiore. Nello schema non sono presenti collegamenti al connettore non saldato.

Il dispositivo utilizza un microcontrollore prodotto da STMicroelectronics.
Per quanto ne so, questo microcontrollore viene utilizzato in un numero abbastanza elevato di dispositivi diversi, come gli amperometri.

Lo stabilizzatore di potenza, quando funziona alla massima tensione di ingresso, si riscalda, ma non molto.

Parte del calore degli elementi di potenza viene rimosso dai poligoni di rame della scheda, sulla sinistra puoi vedere un gran numero di transizioni da un lato all'altro della scheda, il che aiuta a rimuovere il calore.
Inoltre, il calore viene rimosso con l'aiuto di un piccolo radiatore, che viene premuto contro gli elementi di potenza dall'alto. Questa posizione del dissipatore di calore mi sembra un po' dubbia, dal momento che il calore viene rimosso attraverso la custodia in plastica e un tale dissipatore di calore non aiuta molto.
Non c'è pasta tra gli elementi di potenza e il radiatore, consiglio di rimuovere il radiatore e imbrattarlo di pasta, almeno un po' ma andrà meglio.

Nella sezione di potenza viene utilizzato un transistor, la resistenza del canale è di 3,3 mOhm, la corrente massima è di 161 Ampere, ma la tensione massima è di soli 30 Volt, quindi consiglierei di limitare l'ingresso a 25-27 Volt. Quando si opera a correnti quasi massime, si verifica un leggero riscaldamento.
Nelle vicinanze si trova anche un diodo, che smorza i picchi di corrente dall'autoinduzione del motore.
Qui vengono utilizzati 10 ampere, 45 volt. Non ci sono domande sul diodo.

Prima inclusione. È successo così che ho effettuato le prove anche prima di rimuovere la pellicola protettiva, perché in queste foto è ancora lì.
L'indicatore è contrastante, moderatamente luminoso, si legge perfettamente.

All'inizio ho deciso di provare piccoli carichi e ho avuto la prima delusione.
No, non ho lamentele riguardo al produttore e al negozio, speravo solo che un dispositivo così relativamente costoso avesse la stabilizzazione del regime del motore.
Purtroppo, questo è solo un PWM regolabile, l'indicatore mostra il riempimento% da 0 a 100%.
Il regolatore non ha nemmeno notato il piccolo motore, il giorno in cui è una corrente di carico completamente ridicola :)

I lettori attenti devono aver prestato attenzione alla sezione dei fili con cui ho collegato l'alimentazione al regolatore.
Sì, quindi ho deciso di affrontare il problema in modo più globale e ho collegato un motore più potente.
Naturalmente, è notevolmente più potente del regolatore, ma al minimo la sua corrente è di circa 5 ampere, il che ha permesso di controllare il regolatore in modalità più vicine al massimo.
Il regolatore si è comportato perfettamente, tra l'altro, ho dimenticato di indicare che all'accensione, il regolatore aumenta gradualmente il riempimento PWM da zero al valore impostato, garantendo un'accelerazione regolare, mentre l'indicatore mostra immediatamente il valore impostato e non come sulla frequenza drive, dove viene visualizzata la corrente reale.
Il regolatore non ha fallito, scaldato un po', ma non critico.

Dato che il regolatore è pulsato, ho deciso, solo per divertimento, di curiosare con un oscilloscopio e vedere cosa succede al gate del transistor di potenza in diverse modalità.
La frequenza PWM è di circa 15 kHz e non cambia durante il funzionamento. Il motore si avvia a circa il 10% di riempimento.

Inizialmente, avevo pianificato di inserire il regolatore nel mio vecchio (piuttosto già antico) alimentatore per piccoli utensili elettrici (ne parleremo un'altra volta). in teoria sarebbe dovuto diventare al posto del pannello frontale, e il regolatore di velocità avrebbe dovuto essere posizionato sul retro, non avevo intenzione di mettere un pulsante (fortunatamente all'accensione il dispositivo passa subito in modalità on) .
Doveva essere bello e pulito.

Ma mi aspettava un'altra delusione.
1. Sebbene l'indicatore fosse di dimensioni leggermente inferiori rispetto all'inserto del pannello frontale, era peggio che non si adattasse in profondità, appoggiandosi ai rack per collegare le metà del case.
e se la plastica dell'alloggiamento dell'indicatore potesse essere tagliata, non avrebbe importanza, poiché la scheda del regolatore ha interferito ulteriormente.
2. Ma anche se avessi risolto la prima domanda, c'era un secondo problema, ho completamente dimenticato come era fatto il mio alimentatore. Il fatto è che il regolatore interrompe l'alimentazione negativa e ho un relè per la retromarcia, l'accensione e l'arresto del motore e un circuito di controllo per tutto questo. E con la loro modifica, tutto si è rivelato molto più difficile :(

Se il regolatore fosse con stabilizzazione della velocità, mi confonderei ancora e rifarei il circuito di controllo e inversione o rifarei il regolatore per la commutazione + alimentazione. E così è possibile e lo rifarò, ma già senza entusiasmo e ora non so quando.
Forse a qualcuno interessa, una foto dell'interno del mio alimentatore, sarebbe stato circa 13-15 anni fa, quasi tutto il tempo ha funzionato senza problemi, una volta che ho dovuto sostituire il relè.

Sommario.
professionisti
Il dispositivo è completamente operativo.
Aspetto pulito.
Costruzione di qualità
Il kit include tutto il necessario.

Svantaggi.
Funzionamento errato da alimentatori switching.
Transistor di potenza senza margine di tensione
Con una funzionalità così modesta, il prezzo è troppo alto (ma qui è tutto relativo).

La mia opinione. Se chiudi gli occhi sul prezzo del dispositivo, di per sé è abbastanza buono, sembra pulito e funziona bene. Sì, c'è un problema di immunità al rumore non molto buona, penso che non sia difficile risolverlo, ma è un po' frustrante. Inoltre, consiglio di non superare la tensione di ingresso superiore a 25-27 Volt.
Più frustrante è il fatto che ho cercato molte opzioni per tutti i tipi di regolatori già pronti, ma da nessuna parte offrono una soluzione con la stabilizzazione della velocità. Forse qualcuno chiederà perché lo faccio. Spiegherò come è caduta nelle mani una rettificatrice con stabilizzazione, è molto più piacevole lavorare del solito.

Questo è tutto, spero sia stato interessante :)

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In alcuni casi, ad esempio, nelle torce elettriche o negli apparecchi di illuminazione domestica, diventa necessario regolare la luminosità del bagliore. Sembrerebbe più semplice: basta cambiare la corrente attraverso il led aumentando o diminuendo. Ma in questo caso, una parte significativa dell'energia verrà consumata sul resistore di limitazione, il che è del tutto inaccettabile per l'alimentazione autonoma da batterie o accumulatori.

Inoltre, il colore del bagliore dei LED cambierà: ad esempio, il colore bianco quando la corrente scende al di sotto del valore nominale (per la maggior parte dei LED 20 mA) avrà una sfumatura leggermente verdastra. Un tale cambiamento di colore in alcuni casi è completamente inutile. Immagina che questi LED illuminino lo schermo di una TV o del monitor di un computer.

In questi casi, fare domanda PWM - regolazione (larghezza - impulso). Il suo significato è che periodicamente si accende e si spegne. In questo caso, la corrente rimane nominale per tutto il tempo di flash, quindi lo spettro di luminescenza non viene distorto. Se il LED è bianco, le sfumature verdi non verranno visualizzate.

Inoltre, con questo metodo di controllo della potenza, le perdite di energia sono minime, l'efficienza dei circuiti con controllo PWM è molto alta, raggiungendo oltre il 90 percento.

Il principio della regolazione PWM è abbastanza semplice, ed è mostrato in Figura 1. Un diverso rapporto tra il tempo dello stato acceso e quello spento è percepito dall'occhio come: come in un film - i fotogrammi mostrati separatamente a turno sono percepiti come un immagine in movimento. Tutto dipende dalla frequenza di proiezione, di cui si parlerà poco dopo.

Figura 1. Il principio del PWM - regolazione

La figura mostra i diagrammi dei segnali all'uscita del dispositivo di controllo PWM (o oscillatore master). Sono indicati zero e uno: uno logico (livello alto) fa accendere il LED, uno zero logico (livello basso), rispettivamente, l'estinzione.

Sebbene tutto possa essere il contrario, poiché tutto dipende dal circuito della chiave di uscita, l'accensione del LED può essere eseguita a un livello basso e lo spegnimento, solo ad alto. In questo caso, uno fisicamente logico avrà un livello di tensione basso e uno zero logico sarà alto.

In altre parole, uno logico provoca l'attivazione di un evento o processo (nel nostro caso, il LED si accende) e uno zero logico dovrebbe disattivare questo processo. Cioè, non sempre un livello alto all'uscita di un microcircuito digitale è un'unità LOGICA, tutto dipende da come è costruito un particolare circuito. Così è, per informazione. Ma per ora, assumeremo che la chiave sia controllata da un livello elevato, e semplicemente non può essere altrimenti.

Frequenza e ampiezza degli impulsi di controllo

Si noti che il periodo (o frequenza) dell'impulso rimane invariato. Ma, in generale, la frequenza degli impulsi non influisce sulla luminosità del bagliore, quindi non ci sono requisiti speciali per la stabilità della frequenza. Cambia solo la durata (WIDTH), in questo caso, di un impulso positivo, per cui funziona l'intero meccanismo di modulazione della larghezza dell'impulso.

La durata degli impulsi di controllo nella Figura 1 è espressa in %%. Questo è il cosiddetto "duty cycle" o, nella terminologia inglese, DUTY CYCLE. Viene espresso come rapporto tra la durata dell'impulso di controllo e il periodo di ripetizione dell'impulso.

Nella terminologia russa, di solito è usato "ciclo di lavoro" - il rapporto tra il periodo di ripetizione e il tempo dell'impulso ma. Pertanto, se il fattore di riempimento è del 50%, il duty cycle sarà pari a 2. Non vi è alcuna differenza fondamentale qui, quindi è possibile utilizzare uno qualsiasi di questi valori, per chi è più conveniente e comprensibile.

Qui, ovviamente, si potrebbero fornire formule per il calcolo del duty cycle e DUTY CYCLE, ma per non complicare la presentazione, faremo a meno delle formule. Ultima ma non meno importante, la legge di Ohm. Non puoi farci niente: "Non conosci la legge di Ohm, resta a casa!" Se qualcuno è interessato a queste formule, le può sempre trovare su Internet.

Frequenza PWM per dimmer

Come accennato un po 'più in alto, non ci sono requisiti speciali per la stabilità della frequenza degli impulsi PWM: beh, "fluttua" un po', e va bene. I controller PWM hanno un'instabilità di frequenza simile, tra l'altro, piuttosto grande, che non interferisce con il loro utilizzo in molti progetti. In questo caso, è solo importante che questa frequenza non scenda al di sotto di un certo valore.

E quale dovrebbe essere la frequenza e quanto può essere instabile? Non dimenticare che stiamo parlando di dimmer. Nella tecnologia cinematografica, esiste un termine "frequenza critica di sfarfallio". Questa è la frequenza con cui le singole immagini visualizzate una dopo l'altra vengono percepite come immagini in movimento. Per l'occhio umano, questa frequenza è di 48 Hz.

Questo è precisamente il motivo per cui il frame rate su pellicola era di 24 fps (lo standard televisivo è di 25 fps). Per aumentare questa frequenza a quella critica, i proiettori cinematografici utilizzano un otturatore a due lame (otturatore) che si sovrappone due volte a ciascun fotogramma visualizzato.

Nei proiettori amatoriali a pellicola stretta da 8 mm, la frequenza di proiezione era di 16 fotogrammi al secondo, quindi l'otturatore aveva fino a tre lame. Lo stesso scopo in televisione è servito dal fatto che l'immagine viene mostrata a metà fotogrammi: prima le linee pari e poi dispari dell'immagine. Il risultato è una frequenza di sfarfallio di 50 Hz.

Il funzionamento del LED in modalità PWM è un lampeggio separato di durata regolabile. Affinché questi bagliori possano essere percepiti dall'occhio come un bagliore continuo, la loro frequenza non deve in alcun modo essere inferiore a quella critica. Qualsiasi superiore, ma non inferiore. Questo fattore dovrebbe essere preso in considerazione durante la creazione PWM - controller per lampade.

A proposito, un fatto interessante: gli scienziati hanno in qualche modo determinato che la frequenza critica per l'occhio di un'ape è 800 Hz. Pertanto, l'ape vedrà il film sullo schermo come una sequenza di immagini separate. Affinché possa vedere un'immagine in movimento, la frequenza di proiezione dovrà essere aumentata a ottocento campi al secondo!

Per controllare il LED effettivo viene utilizzato. Di recente, i più utilizzati per questo scopo sono quelli che consentono di commutare potenze significative (l'uso di transistor bipolari convenzionali per questi scopi è considerato semplicemente indecente).

Tale esigenza (potente MOSFET - transistor) sorge con un gran numero di LED, ad esempio con, che sarà discusso poco dopo. Se la potenza è bassa, quando si utilizzano uno o due LED, è possibile utilizzare interruttori a bassa potenza e, se possibile, collegare i LED direttamente alle uscite dei microcircuiti.

La Figura 2 mostra un diagramma funzionale di un controller PWM. La resistenza R2 è mostrata condizionatamente come elemento di controllo nel diagramma. Ruotando la sua manopola è possibile modificare il duty cycle degli impulsi di comando entro i limiti richiesti e, di conseguenza, la luminosità dei led.

Figura 2. Schema funzionale del controller PWM

La figura mostra tre stringhe di LED collegate in serie con resistenze di terminazione. Approssimativamente la stessa connessione viene utilizzata nelle strisce LED. Più lungo è il nastro, più LED, maggiore è il consumo di corrente.

È in questi casi che saranno necessari quelli potenti, la cui corrente di drenaggio consentita dovrebbe essere leggermente superiore alla corrente consumata dal nastro. L'ultimo requisito è soddisfatto abbastanza facilmente: ad esempio, il transistor IRL2505 ha una corrente di drain di circa 100 A, una tensione di drain di 55 V, mentre le sue dimensioni e il suo prezzo sono piuttosto interessanti per l'uso in vari modelli.

Oscillatori master PWM

Un microcontrollore può essere utilizzato come oscillatore PWM master (il più delle volte in condizioni industriali) o un circuito realizzato su microcircuiti con un basso grado di integrazione. Se si prevede di realizzare un numero limitato di controller PWM a casa e non si ha esperienza nella creazione di dispositivi a microcontrollore, è meglio creare un controller su ciò che è attualmente a portata di mano.

Questi possono essere circuiti logici della serie K561, timer integrato e circuiti specializzati progettati per. In questo ruolo, puoi persino farlo funzionare montando un generatore regolabile su di esso, ma questo è, forse, "per amore dell'arte". Pertanto, di seguito verranno presi in considerazione solo due schemi: il più comune sul timer 555 e sul controller UPS UC3843.

Schema dell'oscillatore principale sul timer 555

Figura 3. Schema dell'oscillatore principale

Questo circuito è un generatore di onde quadre convenzionale la cui frequenza è impostata dal condensatore C1. Il condensatore viene caricato attraverso il circuito "Output - R2 - RP1-C1 - common wire". In questo caso, all'uscita deve essere presente una tensione di alto livello, che equivale all'uscita collegata al polo positivo del generatore.

Il condensatore viene scaricato lungo il circuito "C1 - VD2 - R2 - Uscita - filo comune" in un momento in cui all'uscita è presente una tensione di basso livello: l'uscita è collegata a un filo comune. È questa differenza nei percorsi di carica-scarica del condensatore di regolazione del tempo che fornisce impulsi con ampiezza regolabile.

Si noti che i diodi, anche dello stesso tipo, hanno parametri diversi. In questo caso, la loro capacità elettrica gioca un ruolo, che cambia sotto l'azione della tensione attraverso i diodi. Pertanto, insieme alla variazione del duty cycle del segnale di uscita, cambia anche la sua frequenza.

La cosa principale è che non diventa inferiore alla frequenza critica, che è stata menzionata un po 'più alta. Altrimenti, invece di un bagliore uniforme con luminosità diversa, saranno visibili i singoli flash.

Approssimativamente (di nuovo, la colpa è dei diodi), la frequenza del generatore può essere determinata dalla formula mostrata di seguito.

La frequenza del generatore PWM sul timer 555.

Se sostituiamo nella formula la capacità del condensatore in farad e la resistenza in ohm, il risultato dovrebbe essere in hertz Hz: non puoi allontanarti dal sistema SI! Ciò presuppone che il cursore del resistore variabile RP1 sia nella posizione centrale (nella formula RP1 / 2), che corrisponde al segnale di uscita della forma a meandro. Nella Figura 2, questa è esattamente la parte in cui la durata dell'impulso è del 50%, che equivale a un segnale con un duty cycle di 2.

Oscillatore master PWM su un chip UC3843

Il suo schema è mostrato nella Figura 4.

Figura 4. Schema dell'oscillatore master PWM sul chip UC3843

Il chip UC3843 è un controller PWM di controllo per la commutazione di alimentatori e viene utilizzato, ad esempio, in sorgenti di computer in formato ATX. In questo caso, lo schema tipico per la sua inclusione è stato leggermente modificato verso la semplificazione. Per controllare l'ampiezza dell'impulso di uscita, viene applicata una tensione di controllo di polarità positiva all'ingresso del circuito, quindi si ottiene un segnale di impulso PWM all'uscita.

Nel caso più semplice, la tensione di controllo può essere applicata utilizzando un resistore variabile con una resistenza di 22 ... 100 KΩ. Se necessario, la tensione di controllo può essere ottenuta, ad esempio, da un sensore di luce analogico realizzato su una fotoresistenza: più è scuro fuori dalla finestra, più luminoso è nella stanza.

La tensione di controllo influisce sull'uscita PWM in modo tale che quando viene ridotta, l'ampiezza dell'impulso di uscita aumenta, il che non sorprende affatto. Dopotutto, lo scopo originale del chip UC3843 è quello di stabilizzare la tensione dell'alimentatore: se la tensione di uscita diminuisce, e con essa la tensione di regolazione, è necessario prendere delle misure (aumentare l'ampiezza dell'impulso di uscita) per aumentare leggermente la tensione di uscita.

La tensione di regolazione negli alimentatori viene generata, di norma, utilizzando diodi zener. Il più delle volte, questo o qualcosa di simile.

Con i valori nominali delle parti indicate nel diagramma, la frequenza del generatore è di circa 1 kHz e, a differenza del generatore sul timer 555, non "fluttua" quando cambia il ciclo di lavoro del segnale di uscita, prendendosi cura della frequenza di alimentatori a commutazione.

Per regolare una potenza significativa, ad esempio, una striscia LED, è necessario collegare all'uscita uno stadio chiave su un transistor MOSFET, come mostrato in Figura 2.

Potremmo parlare di più dei controller PWM, ma per ora fermiamoci qui, e nel prossimo articolo vedremo vari modi per collegare i LED. Dopotutto, non tutti i metodi sono ugualmente buoni, ci sono quelli che dovrebbero essere evitati e ci sono semplicemente molti errori quando si collegano i LED.