Προηγουμένως, για την τροφοδοσία συσκευών, χρησιμοποιούσαν ένα κύκλωμα με μετασχηματιστή υποβάθμισης (ή ανόδου ή πολλαπλής περιέλιξης), μια γέφυρα διόδου και ένα φίλτρο για την εξομάλυνση των κυματισμών. Για τη σταθεροποίηση χρησιμοποιήθηκαν γραμμικά κυκλώματα που χρησιμοποιούν παραμετρικούς ή ολοκληρωμένους σταθεροποιητές. Το κύριο μειονέκτημα ήταν η χαμηλή απόδοση και το μεγάλο βάρος και οι διαστάσεις των ισχυρών τροφοδοτικών.
Όλες οι σύγχρονες οικιακές ηλεκτρικές συσκευές χρησιμοποιούν τροφοδοτικά μεταγωγής (UPS, IPS - το ίδιο πράγμα). Τα περισσότερα από αυτά τα τροφοδοτικά χρησιμοποιούν έναν ελεγκτή PWM ως κύριο στοιχείο ελέγχου. Σε αυτό το άρθρο θα εξετάσουμε τη δομή και τον σκοπό του.
Ορισμός και κύρια οφέλη
Ο ελεγκτής PWM είναι μια συσκευή που περιέχει έναν αριθμό λύσεων κυκλώματος για τον έλεγχο των διακοπτών ισχύος. Σε αυτήν την περίπτωση, ο έλεγχος πραγματοποιείται με βάση τις πληροφορίες που λαμβάνονται μέσω κυκλωμάτων ανάδρασης για ρεύμα ή τάση - αυτό είναι απαραίτητο για τη σταθεροποίηση των παραμέτρων εξόδου.
Μερικές φορές οι γεννήτριες παλμών PWM ονομάζονται ελεγκτές PWM, αλλά δεν έχουν τη δυνατότητα σύνδεσης κυκλωμάτων ανάδρασης και είναι πιο κατάλληλες για ρυθμιστές τάσης παρά για παροχή σταθερής ισχύος σε συσκευές. Ωστόσο, στη βιβλιογραφία και στις πύλες του Διαδικτύου μπορείτε συχνά να βρείτε ονόματα όπως "PWM controller, on NE555" ή "... on Arduino" - αυτό δεν ισχύει απολύτως για τους παραπάνω λόγους, μπορούν να χρησιμοποιηθούν μόνο για τη ρύθμιση παραμέτρων εξόδου, αλλά όχι για να τα σταθεροποιήσουν.
Η συντομογραφία "PWM" σημαίνει διαμόρφωση πλάτους παλμού - αυτή είναι μια από τις μεθόδους διαμόρφωσης ενός σήματος όχι λόγω της τάσης εξόδου, αλλά ακριβώς αλλάζοντας το πλάτος του παλμού. Ως αποτέλεσμα, ένα προσομοιωμένο σήμα σχηματίζεται με την ενσωμάτωση παλμών χρησιμοποιώντας κυκλώματα C ή LC, με άλλα λόγια, με εξομάλυνση.
Συμπέρασμα: Ένας ελεγκτής PWM είναι μια συσκευή που ελέγχει ένα σήμα PWM.
Τα κύρια χαρακτηριστικά
Για ένα σήμα PWM, μπορούν να διακριθούν δύο κύρια χαρακτηριστικά:
1. Συχνότητα παλμού - η συχνότητα λειτουργίας του μετατροπέα εξαρτάται από αυτό. Οι τυπικές συχνότητες είναι πάνω από 20 kHz, στην πραγματικότητα 40-100 kHz.
2. Συντελεστής λειτουργίας και κύκλος λειτουργίας. Πρόκειται για δύο παρακείμενες ποσότητες που χαρακτηρίζουν το ίδιο πράγμα. Ο κύκλος λειτουργίας μπορεί να υποδηλωθεί με το γράμμα S και ο κύκλος λειτουργίας με το D.
όπου T είναι η περίοδος σήματος,
Το τμήμα του χρόνου από την περίοδο που παράγεται ένα σήμα ελέγχου στην έξοδο του ελεγκτή είναι πάντα μικρότερο από 1. Ο κύκλος λειτουργίας είναι πάντα μεγαλύτερος από 1. Σε συχνότητα 100 kHz, η περίοδος σήματος είναι 10 μs και ο διακόπτης είναι ανοιχτό για 2,5 μs, τότε ο κύκλος λειτουργίας είναι 0,25, ως ποσοστό - 25 %, και ο κύκλος λειτουργίας είναι 4.
Είναι επίσης σημαντικό να λάβετε υπόψη τον εσωτερικό σχεδιασμό και τον σκοπό του αριθμού των διαχειριζόμενων κλειδιών.
Διαφορές από γραμμικά σχήματα απώλειας
Όπως ήδη αναφέρθηκε, το πλεονέκτημα έναντι των γραμμικών κυκλωμάτων είναι η υψηλή απόδοση (πάνω από 80 και επί του παρόντος 90%). Αυτό οφείλεται στα εξής:
Ας υποθέσουμε ότι η εξομαλυνόμενη τάση μετά τη γέφυρα διόδου είναι 15V, το ρεύμα φορτίου είναι 1Α. Πρέπει να πάρετε μια σταθεροποιημένη τροφοδοσία 12 V. Στην πραγματικότητα, ένας γραμμικός σταθεροποιητής είναι μια αντίσταση που αλλάζει την τιμή της ανάλογα με την τιμή της τάσης εισόδου για να αποκτήσει μια ονομαστική έξοδο - με μικρές αποκλίσεις (κλάσματα βολτ) όταν αλλάζει η είσοδος (μονάδες και δεκάδες βολτ).
Όπως είναι γνωστό, οι αντιστάσεις απελευθερώνουν θερμική ενέργεια όταν τις διαρρέει ηλεκτρικό ρεύμα. Η ίδια διαδικασία συμβαίνει σε γραμμικούς σταθεροποιητές. Η κατανεμημένη ισχύς θα είναι ίση με:
Ploss=(Uin-Uout)*I
Δεδομένου ότι στο εξεταζόμενο παράδειγμα το ρεύμα φορτίου είναι 1A, η τάση εισόδου είναι 15V και η τάση εξόδου είναι 12V, θα υπολογίσουμε τις απώλειες και την απόδοση του γραμμικού σταθεροποιητή (KRENK ή τύπου L7812):
Ploss=(15V-12V)*1A = 3V*1A = 3W
Τότε η αποτελεσματικότητα είναι:
n=Πονησιακό/Αναλωμένος
n=((12V*1A)/(15V*1A))*100%=(12W/15W)*100%=80%
Το κύριο χαρακτηριστικό του PWM είναι ότι το στοιχείο ισχύος, ας είναι MOSFET, είναι είτε τελείως ανοιχτό είτε τελείως κλειστό και δεν το διαρρέει ρεύμα. Επομένως, οι απώλειες απόδοσης προκαλούνται μόνο από απώλειες αγωγιμότητας
Και απώλειες μεταγωγής. Αυτό είναι ένα θέμα για ένα ξεχωριστό άρθρο, επομένως δεν θα σταθούμε σε αυτό το θέμα. Επίσης, συμβαίνουν απώλειες τροφοδοσίας (είσοδος και έξοδος, εάν το τροφοδοτικό τροφοδοτείται από το δίκτυο), καθώς και σε αγωγούς, στοιχεία παθητικού φίλτρου κ.λπ.
Γενική δομή
Ας εξετάσουμε τη γενική δομή ενός αφηρημένου ελεγκτή PWM. Χρησιμοποίησα τη λέξη "αφηρημένο" επειδή, γενικά, είναι όλα παρόμοια, αλλά η λειτουργικότητά τους μπορεί να διαφέρει εντός ορισμένων ορίων και η δομή και τα συμπεράσματα θα διαφέρουν ανάλογα.
Μέσα στον ελεγκτή PWM, όπως και σε κάθε άλλο IC, υπάρχει ένας κρύσταλλος ημιαγωγών στον οποίο βρίσκεται ένα σύνθετο κύκλωμα. Ο ελεγκτής περιλαμβάνει τις ακόλουθες λειτουργικές μονάδες:
1. Γεννήτρια παλμών.
2. Πηγή τάσης αναφοράς. (ΚΑΙ ΑΥΤΟΣ)
3. Κυκλώματα για την επεξεργασία του σήματος ανάδρασης (OS): ενισχυτής σφάλματος, συγκριτής.
4. Χειριστήρια γεννήτριας παλμών ενσωματωμένα τρανζίστορ, τα οποία έχουν σχεδιαστεί για τον έλεγχο ενός κλειδιού ή πλήκτρων λειτουργίας.
Ο αριθμός των διακοπτών ισχύος που μπορεί να ελέγξει ένας ελεγκτής PWM εξαρτάται από τον σκοπό του. Οι απλούστεροι μετατροπείς flyback στο κύκλωμά τους περιέχουν 1 διακόπτη ισχύος, κυκλώματα μισής γέφυρας (push-pull) - 2 διακόπτες, κυκλώματα γέφυρας - 4.
Η επιλογή του ελεγκτή PWM εξαρτάται επίσης από τον τύπο του κλειδιού. Για τον έλεγχο ενός διπολικού τρανζίστορ, η κύρια απαίτηση είναι το ρεύμα ελέγχου εξόδου του ελεγκτή PWM να μην είναι χαμηλότερο από το ρεύμα του τρανζίστορ διαιρούμενο με H21e, ώστε να το ενεργοποιείτε και να το απενεργοποιείτε απλά στέλνοντας παλμούς στη βάση. Σε αυτήν την περίπτωση, οι περισσότεροι ελεγκτές θα το κάνουν.
Στην περίπτωση της διαχείρισης, υπάρχουν ορισμένες αποχρώσεις. Για γρήγορη απενεργοποίηση, πρέπει να αποφορτίσετε την χωρητικότητα της πύλης. Για να γίνει αυτό, το κύκλωμα εξόδου πύλης αποτελείται από δύο κλειδιά - ένα από αυτά συνδέεται στην τροφοδοσία ρεύματος με τον ακροδέκτη IC και ελέγχει την πύλη (ανάβει το τρανζίστορ) και το δεύτερο είναι εγκατεστημένο μεταξύ της εξόδου και της γείωσης, όταν πρέπει να απενεργοποιήσετε το τρανζίστορ ισχύος - το πρώτο κλειδί κλείνει, το δεύτερο ανοίγει, κλείνοντας το κλείστρο στο έδαφος και το εκφορτώνει.
Ενδιαφέρων:
Ορισμένοι ελεγκτές PWM για τροφοδοτικά χαμηλής ισχύος (έως 50 W) δεν χρησιμοποιούν ενσωματωμένους ή εξωτερικούς διακόπτες ισχύος. Παράδειγμα - 5l0830R
Σε γενικές γραμμές, ένας ελεγκτής PWM μπορεί να αναπαρασταθεί ως συγκριτής, μια είσοδος του οποίου παρέχεται με ένα σήμα από το κύκλωμα ανάδρασης (FC) και ένα σήμα αλλαγής πριονιού παρέχεται στη δεύτερη είσοδο. Όταν το σήμα του πριονιού φτάσει και υπερβεί το σήμα του λειτουργικού συστήματος σε μέγεθος, εμφανίζεται ένας παλμός στην έξοδο του συγκριτή.
Όταν αλλάζουν τα σήματα στις εισόδους, αλλάζει και το πλάτος του παλμού. Ας πούμε ότι συνδέσατε έναν ισχυρό καταναλωτή στο τροφοδοτικό και η τάση στην έξοδό του πέφτει, τότε θα πέσει και η τάση του λειτουργικού συστήματος. Στη συνέχεια, στο μεγαλύτερο μέρος της περιόδου, το σήμα του πριονωτή θα υπερβαίνει το σήμα ανάδρασης και το πλάτος του παλμού θα αυξηθεί. Όλα τα παραπάνω αποτυπώνονται ως ένα βαθμό στα γραφήματα.
Λειτουργικό διάγραμμα ενός ελεγκτή PWM που χρησιμοποιεί το TL494 ως παράδειγμα, θα το εξετάσουμε λεπτομερέστερα αργότερα. Ο σκοπός των ακίδων και των μεμονωμένων κόμβων περιγράφεται στην επόμενη διάκριση.
Ανάθεση καρφίτσας
Οι ελεγκτές PWM διατίθενται σε διάφορα πακέτα. Μπορούν να έχουν από τρία έως 16 ή περισσότερα συμπεράσματα. Αντίστοιχα, η ευελιξία χρήσης του ελεγκτή εξαρτάται από τον αριθμό των ακίδων, ή μάλλον από τον σκοπό τους. Για παράδειγμα, ένα δημοφιλές μικροκύκλωμα έχει τις περισσότερες φορές 8 ακίδες και ένα ακόμη πιο εμβληματικό έχει TL494- 16 ή 24.
Επομένως, ας δούμε τα τυπικά ονόματα καρφιτσών και τον σκοπό τους:
GND- ο κοινός ακροδέκτης συνδέεται στο μείον του κυκλώματος ή στη γείωση.
Uc(Vc)- τροφοδοσία του μικροκυκλώματος.
Ucc (Vss, Vcc)- Έξοδος για έλεγχο ισχύος. Εάν η τροφοδοσία πέσει, τότε υπάρχει πιθανότητα οι διακόπτες τροφοδοσίας να μην ανοίξουν εντελώς και εξαιτίας αυτού θα αρχίσουν να θερμαίνονται και να καίγονται. Η έξοδος απαιτείται για την απενεργοποίηση του ελεγκτή σε μια τέτοια κατάσταση.
ΕΞΩ- όπως υποδηλώνει το όνομα, αυτή είναι η έξοδος του ελεγκτή. Εδώ εξάγεται το σήμα ελέγχου PWM για διακόπτες ισχύος. Αναφέραμε παραπάνω ότι οι μετατροπείς διαφορετικών τοπολογιών έχουν διαφορετικούς αριθμούς κλειδιών. Το όνομα της ακίδας μπορεί να διαφέρει ανάλογα με αυτό. Για παράδειγμα, στους ελεγκτές μισής γέφυρας μπορεί να ονομάζεται HO και LO για τους διακόπτες υψηλής και χαμηλής ταχύτητας, αντίστοιχα. Σε αυτήν την περίπτωση, η έξοδος μπορεί να είναι μονής άκρης ή push-pull (με έναν διακόπτη και δύο) - για τον έλεγχο των τρανζίστορ φαινομένου πεδίου (βλ. εξήγηση παραπάνω). Αλλά ο ίδιος ο ελεγκτής μπορεί να είναι για κυκλώματα ενός κύκλου και ώθησης - με έναν και δύο ακροδέκτες εξόδου, αντίστοιχα. Είναι σημαντικό.
Vref- τάση αναφοράς, συνήθως συνδεδεμένη με τη γείωση μέσω μικρού πυκνωτή (μονάδες microfarads).
ΙΛΙΜ- σήμα από τον αισθητήρα ρεύματος. Απαιτείται για τον περιορισμό του ρεύματος εξόδου. Συνδέεται σε κυκλώματα ανάδρασης.
ILIMREF- η τάση σκανδάλης του σκέλους ILIM είναι ρυθμισμένη σε αυτό
SS- Παράγεται ένα σήμα για ομαλή εκκίνηση του ελεγκτή. Σχεδιασμένο για ομαλή μετάβαση στην ονομαστική λειτουργία. Ένας πυκνωτής είναι εγκατεστημένος μεταξύ αυτού και του κοινού καλωδίου για να εξασφαλιστεί η ομαλή εκκίνηση.
RtCt- ακροδέκτες για τη σύνδεση ενός κυκλώματος χρονισμού RC, το οποίο καθορίζει τη συχνότητα του σήματος PWM.
ΡΟΛΟΪ- παλμοί ρολογιού για συγχρονισμό πολλών ελεγκτών PWM μεταξύ τους, τότε το κύκλωμα RC συνδέεται μόνο με τον κύριο ελεγκτή και οι υποτελείς RT με Vref, οι υποτελείς CT συνδέονται με τον κοινό.
ΑΝΑΒΑΘΜΙΔΑείναι η είσοδος σύγκρισης. Εφαρμόζεται σε αυτό μια τάση πριονιού, για παράδειγμα από τον πείρο Ct Όταν υπερβαίνει την τιμή της τάσης στην έξοδο ενίσχυσης σφάλματος, εμφανίζεται ένας παλμός διακοπής λειτουργίας στο OUT - η βάση για τη ρύθμιση PWM.
INV και NONINV- αυτές είναι οι εισόδους αναστροφής και μη του συγκριτή στον οποίο είναι κατασκευασμένος ο ενισχυτής σφάλματος. Με απλά λόγια: όσο μεγαλύτερη είναι η τάση στο INV, τόσο μεγαλύτεροι είναι οι παλμοί εξόδου και αντίστροφα. Το σήμα από το διαιρέτη τάσης στο κύκλωμα ανάδρασης από την έξοδο συνδέεται σε αυτό. Στη συνέχεια, η μη αναστροφική είσοδος NONINV συνδέεται στο κοινό καλώδιο - GND.
Έξοδος EAOUT ή Σφάλμα ενισχυτή rus. Σφάλμα εξόδου ενισχυτή. Παρά το γεγονός ότι υπάρχουν είσοδοι ενισχυτή σφάλματος και με τη βοήθειά τους, καταρχήν, μπορείτε να προσαρμόσετε τις παραμέτρους εξόδου, αλλά ο ελεγκτής αντιδρά σε αυτό μάλλον αργά. Ως αποτέλεσμα μιας αργής απόκρισης, το κύκλωμα μπορεί να διεγερθεί και να αποτύχει. Επομένως, τα σήματα παρέχονται από αυτόν τον ακροδέκτη μέσω κυκλωμάτων που εξαρτώνται από τη συχνότητα στο INV. Αυτό ονομάζεται επίσης διόρθωση συχνότητας ενισχυτή σφάλματος.
Παραδείγματα πραγματικών συσκευών
Για να ενοποιήσουμε τις πληροφορίες, ας δούμε μερικά παραδείγματα τυπικών ελεγκτών PWM και των κυκλωμάτων σύνδεσής τους. Θα το κάνουμε χρησιμοποιώντας το παράδειγμα δύο μικροκυκλωμάτων:
TL494 (τα ανάλογα του: KA7500B, KR1114EU4, Sharp IR3M02, UA494, Fujitsu MB3759);
Χρησιμοποιούνται ενεργά. Παρεμπιπτόντως, αυτά τα τροφοδοτικά έχουν σημαντική ισχύ (100 W ή περισσότερο στο δίαυλο 12 V). Συχνά χρησιμοποιείται ως δότης για μετατροπή σε εργαστηριακό τροφοδοτικό ή σε γενικό ισχυρό φορτιστή, για παράδειγμα για μπαταρίες αυτοκινήτου.
TL494 - κριτική
Ας ξεκινήσουμε με το 494ο τσιπ. Τα τεχνικά χαρακτηριστικά του:
Σε αυτό το συγκεκριμένο παράδειγμα, μπορείτε να δείτε τα περισσότερα από τα ευρήματα που περιγράφονται παραπάνω:
1. Μη αντιστρεπτική είσοδος του πρώτου συγκριτή σφαλμάτων
2. Αντιστροφή εισόδου του πρώτου συγκριτή σφάλματος
3. Εισαγωγή ανατροφοδότησης
4. Είσοδος ρύθμισης νεκρού χρόνου
5. Ακροδέκτης σύνδεσης εξωτερικού πυκνωτή χρονισμού
6. Έξοδος για σύνδεση αντίστασης χρονισμού
7. Κοινός πείρος του μικροκυκλώματος, μείον τροφοδοτικό
8. Ακροδέκτης συλλέκτη του πρώτου τρανζίστορ εξόδου
9. Ακροδέκτης εκπομπού του πρώτου τρανζίστορ εξόδου
10. Ακροδέκτης εκπομπού του δεύτερου τρανζίστορ εξόδου
11. Ακροδέκτης συλλέκτη του δεύτερου τρανζίστορ εξόδου
12. Είσοδος τάσης τροφοδοσίας
13. Είσοδος για την επιλογή τρόπου λειτουργίας ενός κύκλου ή push-pull του μικροκυκλώματος
14. Ενσωματωμένη έξοδος αναφοράς 5 volt
15. Αντιστροφή εισόδου του δεύτερου συγκριτή σφαλμάτων
16. Μη αντιστρεπτική είσοδος του δεύτερου συγκριτή σφαλμάτων
Το παρακάτω σχήμα δείχνει ένα παράδειγμα τροφοδοτικού υπολογιστή που βασίζεται σε αυτό το τσιπ.
UC3843 - κριτική
Ένα άλλο δημοφιλές PWM είναι το τσιπ 3843 - υπολογιστής και άλλα τροφοδοτικά είναι επίσης χτισμένα σε αυτό. Το pinout του βρίσκεται χαμηλότερα, όπως μπορείτε να δείτε, έχει μόνο 8 ακίδες, αλλά εκτελεί τις ίδιες λειτουργίες με το προηγούμενο IC.
Ενδιαφέρων:
Υπάρχουν UC3843 σε περίπτωση 14 ποδιών, αλλά είναι πολύ λιγότερο συνηθισμένα. Προσέξτε τις σημάνσεις - οι πρόσθετες ακίδες είτε διπλασιάζονται είτε δεν χρησιμοποιούνται (NC).
Ας αποκρυπτογραφήσουμε τον σκοπό των συμπερασμάτων:
1. Είσοδος συγκριτή (ενισχυτής σφάλματος).
2. Είσοδος τάσης ανάδρασης. Αυτή η τάση συγκρίνεται με την τάση αναφοράς μέσα στο IC.
3. Αισθητήρας ρεύματος. Συνδέεται με μια αντίσταση που βρίσκεται μεταξύ του τρανζίστορ ισχύος και του κοινού καλωδίου. Απαιτείται για προστασία από υπερφόρτωση.
4. Κύκλωμα χρονισμού RC. Με τη βοήθειά του, ρυθμίζεται η συχνότητα λειτουργίας του IC.
6. Έξοδος. Τάση ελέγχου. Συνδεδεμένο στην πύλη του τρανζίστορ, εδώ υπάρχει ένα στάδιο εξόδου ώθησης-έλξης για τον έλεγχο ενός μετατροπέα μονής άκρης (ένα τρανζίστορ), το οποίο φαίνεται στο παρακάτω σχήμα.
Τύποι Buck, Boost και Buck-Boost.
Ίσως ένα από τα πιο επιτυχημένα παραδείγματα θα είναι το ευρέως διαδεδομένο μικροκύκλωμα LM2596, βάσει του οποίου μπορείτε να βρείτε πολλούς μετατροπείς στην αγορά, όπως φαίνεται παρακάτω.
Ένα τέτοιο μικροκύκλωμα περιέχει όλες τις τεχνικές λύσεις που περιγράφονται παραπάνω, και επίσης αντί για μια βαθμίδα εξόδου σε διακόπτες χαμηλής ισχύος, έχει ενσωματωμένο διακόπτη ισχύος ικανό να αντέξει ρεύμα έως και 3Α. Η εσωτερική δομή ενός τέτοιου μετατροπέα φαίνεται παρακάτω.
Μπορείτε να είστε σίγουροι ότι στην ουσία δεν υπάρχουν ιδιαίτερες διαφορές από αυτές που συζητούνται σε αυτό.
Αλλά εδώ είναι ένα παράδειγμα σε έναν τέτοιο ελεγκτή, όπως μπορείτε να δείτε, δεν υπάρχει διακόπτης τροφοδοσίας, αλλά μόνο ένα μικροκύκλωμα 5L0380R με τέσσερις ακίδες. Αυτό συνεπάγεται ότι σε ορισμένες εργασίες το πολύπλοκο κύκλωμα και η ευελιξία του TL494 απλά δεν χρειάζονται. Αυτό ισχύει για τα τροφοδοτικά χαμηλής ισχύος, όπου δεν υπάρχουν ειδικές απαιτήσεις για θόρυβο και παρεμβολές και ο κυματισμός εξόδου μπορεί να κατασταλεί με ένα φίλτρο LC. Αυτό είναι ένα τροφοδοτικό για ταινίες LED, φορητούς υπολογιστές, συσκευές αναπαραγωγής DVD κ.λπ.
συμπέρασμα
Στην αρχή του άρθρου, ειπώθηκε ότι ένας ελεγκτής PWM είναι μια συσκευή που μοντελοποιεί τη μέση τιμή τάσης αλλάζοντας το πλάτος του παλμού με βάση το σήμα από το κύκλωμα ανάδρασης. Σημειώνω ότι τα ονόματα και οι ταξινομήσεις κάθε συγγραφέα είναι συχνά διαφορετικά. Το όνομα δεν αλλάζει την ουσία, αλλά προκύπτουν διαφωνίες και παρεξηγήσεις.
Για παράδειγμα);
Οδηγίες για τη χρήση του PWM στο Arduino
1 Γενικές πληροφορίεςσχετικά με τη διαμόρφωση πλάτους παλμού
Οι ψηφιακές ακίδες Arduino μπορούν να εξάγουν μόνο δύο τιμές: λογική 0 (LOW) και λογική 1 (HIGH). Γι' αυτό είναι ψηφιακά. Αλλά το Arduino έχει "ειδικές" καρφίτσες, οι οποίες είναι καθορισμένες PWM. Μερικές φορές υποδεικνύονται με μια κυματιστή γραμμή "~" ή κυκλικά ή διαφορετικά διακρίνονται από άλλες. Το PWM σημαίνει Διαμόρφωση πλάτους παλμούή διαμόρφωση πλάτους παλμού, PWM.
Ένα σήμα διαμορφωμένο σε πλάτος παλμού είναι ένα σήμα παλμού σταθερής συχνότητας, αλλά μεταβλητού κύκλος καθηκόντων(ο λόγος της διάρκειας του παλμού και της περιόδου επανάληψης του). Λόγω του γεγονότος ότι οι περισσότερες φυσικές διεργασίες στη φύση έχουν αδράνεια, οι ξαφνικές πτώσεις τάσης από το 1 στο 0 θα εξομαλυνθούν, παίρνοντας κάποια μέση τιμή. Ρυθμίζοντας τον κύκλο λειτουργίας, μπορείτε να αλλάξετε τη μέση τάση στην έξοδο PWM.
Εάν ο κύκλος λειτουργίας είναι 100%, τότε η ψηφιακή έξοδος του Arduino θα έχει πάντα μια λογική τάση "1" ή 5 βολτ. Εάν ρυθμίσετε τον κύκλο λειτουργίας στο 50%, τότε ο μισός χρόνος εξόδου θα είναι λογικός "1" και ο μισός χρόνος - λογικός "0", και η μέση τάση θα είναι 2,5 βολτ. Και ούτω καθεξής.
Στο πρόγραμμα, ο κύκλος λειτουργίας καθορίζεται όχι ως ποσοστό, αλλά ως αριθμός από το 0 έως το 255. Για παράδειγμα, η εντολή analogWrite(10, 64)θα πει στον μικροελεγκτή να στείλει ένα σήμα με κύκλο λειτουργίας 25% στην ψηφιακή έξοδο PWM Νο. 10.
Οι ακροδέκτες Arduino με λειτουργία διαμόρφωσης πλάτους παλμού λειτουργούν σε συχνότητα περίπου 500 Hz. Αυτό σημαίνει ότι η περίοδος επανάληψης του παλμού είναι περίπου 2 χιλιοστά του δευτερολέπτου, η οποία μετράται από τις πράσινες κάθετες πινελιές στο σχήμα.
Αποδεικνύεται ότι μπορούμε να προσομοιώσουμε ένα αναλογικό σήμα σε μια ψηφιακή έξοδο!Ενδιαφέρον, έτσι δεν είναι;!Πώς μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε το PWM; Πολλές εφαρμογές! Για παράδειγμα, ελέγξτε τη φωτεινότητα ενός LED, την ταχύτητα περιστροφής του κινητήρα, το ρεύμα τρανζίστορ, τον ήχο από έναν πιεζοπομπό κ.λπ.
2 Διάγραμμα για επίδειξηΔιαμόρφωση πλάτους παλμού στο Arduino
Ας δούμε το πιο βασικό παράδειγμα - τον έλεγχο της φωτεινότητας ενός LED χρησιμοποιώντας PWM. Ας φτιάξουμε ένα κλασικό σχέδιο.
3 Παράδειγμα σκίτσουμε PWM
Ας ανοίξουμε το σκίτσο "Fade" από τα παραδείγματα: Δείγματα αρχείων 01.Βασικά Fade.
Ας το αλλάξουμε λίγο και ας το φορτώσουμε στη μνήμη του Arduino.
Int ledPin = 3; // Δηλώστε μια ακίδα που ελέγχει τη φωτεινότητα του LED = 0; // μεταβλητή για τη ρύθμιση της φωτεινότητας int fadeAmount = 5; // βήμα αλλαγής φωτεινότητας void setup() ( pinMode(ledPin, OUTPUT); } void loop() ( analogWrite(ledPin, φωτεινότητα); // ορίστε τη φωτεινότητα στην ακίδα ledPin Φωτεινότητα += fadeAmount; // αλλάξτε την τιμή φωτεινότητας /* όταν φτάσετε στα όρια 0 ή 255, αλλάξτε την κατεύθυνση της αλλαγής φωτεινότητας */ εάν (φωτεινότητα == 0 || φωτεινότητα == 255) ( fadeAmount = -fadeAmount; // αλλάξτε το πρόσημο του το βήμα ) καθυστέρηση(30); // καθυστέρηση για μεγαλύτερη ορατότητα του αποτελέσματος }
4 Έλεγχος φωτεινότητας LEDχρησιμοποιώντας PWM και Arduino
Ενεργοποιήστε το ρεύμα. Το LED αυξάνει σταδιακά τη φωτεινότητα και στη συνέχεια μειώνεται ομαλά. Προσομοιώσαμε ένα αναλογικό σήμα στην ψηφιακή έξοδο χρησιμοποιώντας διαμόρφωση πλάτους παλμού.
Παρακολουθήστε το συνημμένο βίντεο, το οποίο δείχνει καθαρά την αλλαγή στη φωτεινότητα του LED στον συνδεδεμένο παλμογράφο, μπορείτε να δείτε πώς αλλάζει το σήμα από το Arduino.
Ένας καλός ορισμός της διαμόρφωσης πλάτους παλμού (PWM) βρίσκεται στο ίδιο το όνομά του. Αυτό σημαίνει διαμόρφωση (αλλαγή) του πλάτους του παλμού (όχι της συχνότητας). Για να καταλάβουμε καλύτερα τι είναι το PWM, ας δούμε πρώτα μερικά σημεία.
Οι μικροελεγκτές είναι έξυπνα ψηφιακά στοιχεία που λειτουργούν με βάση δυαδικά σήματα. Η καλύτερη αναπαράσταση ενός δυαδικού σήματος είναι ένα τετράγωνο κύμα (ένα σήμα που έχει ορθογώνιο σχήμα). Το παρακάτω διάγραμμα εξηγεί τους βασικούς όρους που σχετίζονται με το τετραγωνικό κύμα.
Σε ένα σήμα PWM, ο χρόνος (περίοδος), και επομένως η συχνότητα, είναι πάντα μια σταθερή τιμή. Αλλάζει μόνο η ώρα και η ώρα εκτός λειτουργίας του παλμού (συντελεστής λειτουργίας). Χρησιμοποιώντας αυτή τη μέθοδο διαμόρφωσης, μπορούμε να λάβουμε την τάση που χρειαζόμαστε.
Η μόνη διαφορά μεταξύ ενός τετραγωνικού κύματος και ενός σήματος PWM είναι ότι ένα τετραγωνικό κύμα έχει ίσους και σταθερούς χρόνους ενεργοποίησης και απενεργοποίησης (50% κύκλος λειτουργίας), ενώ ένα σήμα PWM έχει μεταβλητό κύκλο λειτουργίας.
Ένα τετραγωνικό κύμα μπορεί να θεωρηθεί ως ειδική περίπτωση σήματος PWM που έχει κύκλο λειτουργίας 50% (σε περίοδο = περίοδος εκτός λειτουργίας).
Ας δούμε το παράδειγμα χρήσης PWM
Ας πούμε ότι έχουμε τάση τροφοδοσίας 50 βολτ και πρέπει να τροφοδοτήσουμε κάποιο φορτίο που λειτουργεί στα 40 βολτ. Σε αυτήν την περίπτωση, ένας καλός τρόπος για να πάρετε 40V από 50V είναι να χρησιμοποιήσετε αυτό που ονομάζεται κομφωτής βαθμίδας.
Το σήμα PWM που παράγεται από τον κόφτη παρέχεται στη μονάδα ισχύος του κυκλώματος (θυρίστορ, τρανζίστορ φαινομένου πεδίου), η οποία με τη σειρά της ελέγχει το φορτίο. Αυτό το σήμα PWM μπορεί να παραχθεί εύκολα από έναν μικροελεγκτή που διαθέτει χρονοδιακόπτη.
Απαιτήσεις για ένα σήμα PWM για λήψη 40 V από 50 V χρησιμοποιώντας θυρίστορ: τροφοδοσία ρεύματος για χρόνο = 400 ms και απενεργοποίηση για χρόνο = 100 ms (λαμβάνοντας υπόψη την περίοδο σήματος PWM ίση με 500 ms).
Σε γενικές γραμμές, αυτό μπορεί εύκολα να εξηγηθεί ως εξής: βασικά, ένα θυρίστορ λειτουργεί ως διακόπτης. Το φορτίο λαμβάνει τάση τροφοδοσίας από την πηγή μέσω ενός θυρίστορ. Όταν το θυρίστορ είναι σε κατάσταση απενεργοποίησης, το φορτίο δεν συνδέεται με την πηγή και όταν το θυρίστορ είναι σε κατάσταση ενεργοποίησης, το φορτίο συνδέεται με την πηγή.
Αυτή η διαδικασία ενεργοποίησης και απενεργοποίησης του θυρίστορ πραγματοποιείται χρησιμοποιώντας ένα σήμα PWM.
Ο λόγος της περιόδου ενός σήματος PWM προς τη διάρκειά του ονομάζεται κύκλος λειτουργίας του σήματος και το αντίστροφο του κύκλου λειτουργίας ονομάζεται κύκλος λειτουργίας.
Αν ο κύκλος λειτουργίας είναι 100, τότε σε αυτή την περίπτωση έχουμε σταθερό σήμα.
Έτσι, ο κύκλος λειτουργίας (κύκλος λειτουργίας) μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας τον ακόλουθο τύπο:
Χρησιμοποιώντας τους παραπάνω τύπους, μπορούμε να υπολογίσουμε το χρόνο ενεργοποίησης του θυρίστορ για να λάβουμε την τάση που χρειαζόμαστε.
Πολλαπλασιάζοντας τον κύκλο λειτουργίας των παλμών επί 100, μπορούμε να το αντιπροσωπεύσουμε ως ποσοστό. Έτσι, το ποσοστό του κύκλου λειτουργίας παλμού είναι ευθέως ανάλογο με την τιμή τάσης από την αρχική. Στο παραπάνω παράδειγμα, εάν θέλουμε να πάρουμε 40 βολτ από τροφοδοτικό 50 volt, τότε αυτό μπορεί να επιτευχθεί δημιουργώντας ένα σήμα με κύκλο λειτουργίας 80%. Γιατί το 80% των 50 αντί για 40.
Για να ενοποιήσουμε το υλικό, ας λύσουμε το ακόλουθο πρόβλημα:
- Ας υπολογίσουμε τη διάρκεια ενεργοποίησης και απενεργοποίησης ενός σήματος με συχνότητα 50 Hz και κύκλο λειτουργίας 60%.
Το κύμα PWM που προκύπτει θα μοιάζει με αυτό:
Ένα από τα καλύτερα παραδείγματα χρήσης διαμόρφωσης πλάτους παλμού είναι η χρήση PWM για τη ρύθμιση της ταχύτητας ενός κινητήρα ή της φωτεινότητας ενός LED.
Αυτή η τεχνική αλλαγής του πλάτους παλμού για να επιτευχθεί ο απαιτούμενος κύκλος λειτουργίας ονομάζεται «διαμόρφωση πλάτους παλμού».
Η παρανόηση της λειτουργίας του PWM ή του PWM (Διαμόρφωση πλάτους παλμού) συχνά οδηγεί όχι μόνο σε εσφαλμένη χρήση τους, αλλά ακόμη και σε σφάλματα στο σχεδιασμό συσκευών που χρησιμοποιούν PWM για έλεγχο. Εδώ, περιοριζόμενοι σε μια συγκεκριμένη εφαρμογή, θα προσπαθήσω να σας πω τι είναι το PWM, γιατί απαιτείται και πώς λειτουργεί.
Πρώτον, τι είναι το PWM;
Πότε χρειάζεται το PWM;
Ο κύριος λόγος για τη χρήση του PWM είναι η ανάγκη παροχής χαμηλής τάσης DC για την τροφοδοσία ηλεκτρονικών συσκευών διατηρώντας παράλληλα υψηλή απόδοση, ειδικά σε ελεγχόμενες ηλεκτρικές μονάδες.
Στα εσωτερικά δίκτυα εξοπλισμού, η τάση συνεχούς ρεύματος ενός περιορισμένου συνόλου τάσεων χρησιμοποιείται για την τροφοδοσία συσκευών, οι οποίες συχνά πρέπει να αλλάζονται για να ταιριάζουν στις απαιτήσεις μιας συγκεκριμένης συσκευής, να τη σταθεροποιούν ή να τη ρυθμίζουν. Αυτά μπορεί να είναι ηλεκτρικές μονάδες DC, τσιπ, εξαρτήματα ραδιοεξοπλισμού.
Η ρύθμιση μπορεί να πραγματοποιηθεί χρησιμοποιώντας συσκευές απόσβεσης τάσης: αντιστάσεις, τρανζίστορ (εάν απαιτείται ρύθμιση). Το κύριο μειονέκτημα αυτής της λύσης είναι η απώλεια ισχύος και η αυξημένη παραγωγή θερμότητας στις συσκευές ελέγχου.
Δεδομένου ότι είναι γνωστό ότι η απελευθερωμένη ισχύς είναι ίση με:
P = I x U ή P = I 2 x R W.
τότε όσο μεγαλύτερο είναι το ρεύμα I στο κύκλωμα και η πτώση τάσης U, τόσο μεγαλύτερη είναι η απώλεια ισχύος Εδώ R είναι η τιμή αντίστασης του στοιχείου ελέγχου.
Φανταστείτε ότι πρέπει να σβήσετε τουλάχιστον 3V με ρεύμα φορτίου 10Α, αυτό είναι ήδη σπατάλη 30 W. Και κάθε watt χαμένης ισχύος όχι μόνο μειώνει τον χρόνο λειτουργίας των τροφοδοτικών, αλλά απαιτεί επίσης πρόσθετο εξοπλισμό για την απομάκρυνση της θερμότητας που παράγεται από αυτή την ισχύ.
Αυτό ισχύει και για αντιστάσεις σβέσης και συσκευές ημιαγωγών.
Είναι όμως γνωστό ότι οι συσκευές ημιαγωγών λειτουργούν πολύ καλά (με χαμηλές απώλειες και παραγωγή θερμότητας) ως διακόπτες όταν έχουν μόνο δύο ανοιχτές/κλειστές καταστάσεις.
Αυτή η λειτουργία σάς επιτρέπει να μειώσετε τις απώλειες στη συσκευή μεταγωγής ημιαγωγών στο επίπεδο:
P max = I x U us
Σε εμάς για σύγχρονους διακόπτες ημιαγωγών προσεγγίζει το 0,3v και με κατανάλωση ρεύματος 10 A, οι απώλειες ισχύος θα πλησιάσουν τα 3 W. Αυτό είναι σε λειτουργία μεταγωγής και όταν εργάζεστε σε συσκευές PWM είναι ακόμη λιγότερο.
|
Το PWM χρησιμοποιεί συσκευές ημιαγωγών σε λειτουργία μεταγωγής ως βασικά στοιχεία, δηλαδή, το τρανζίστορ είναι είτε ανοιχτό (απενεργοποιημένο) είτε κλειστό (σε κατάσταση κορεσμού) όλη την ώρα. Στην πρώτη περίπτωση Το τρανζίστορ έχει σχεδόν άπειρη αντίσταση, επομένως το ρεύμα στο κύκλωμα είναι πολύ μικρό, και παρόλο που όλη η τάση τροφοδοσίας πέφτει στο τρανζίστορ, η ισχύς που απελευθερώνεται από το τρανζίστορ είναι πρακτικά μηδενική. Στη δεύτερη περίπτωση Η αντίσταση του τρανζίστορ είναι εξαιρετικά χαμηλή και, επομένως, η πτώση τάσης σε αυτό είναι κοντά στο μηδέν - η ισχύς που απελευθερώνεται είναι επίσης μικρή. Σε μεταβατικά κράτη (μετάβαση ενός διακόπτη από αγώγιμη κατάσταση σε μη αγώγιμη κατάσταση και πίσω) η ισχύς που απελευθερώνεται στον διακόπτη είναι σημαντική, αλλά δεδομένου ότι η διάρκεια των μεταβατικών καταστάσεων είναι εξαιρετικά μικρή σε σχέση με την περίοδο διαμόρφωσης, η μέση ισχύς μεταγωγής οι απώλειες αποδεικνύονται ασήμαντες. |
Η χρήση του PWM κατέστησε δυνατή την συνειδητοποίηση των πλεονεκτημάτων της λειτουργίας κλειδιού σε κυκλώματα που μειώνουν και ρυθμίζουν την τάση DC.
Επαναλαμβάνω, η διαμόρφωση πλάτους παλμού είναι ο έλεγχος της μέσης τιμής τάσης στο φορτίο ολοκλήρωσης αλλάζοντας τον κύκλο λειτουργίας των παλμών χρησιμοποιώντας ένα κλειδί ελέγχου.
Η λειτουργία του PWM σε φορτίο ολοκλήρωσης φαίνεται στο Σχ. 1.
Εικόνα 1
Η κύρια προϋπόθεση για μια τέτοια χρήση του PWM είναι η παρουσία ενός φορτίου ολοκλήρωσης.
Επειδή η τιμή πλάτους της τάσης είναι ίση με E.
Αυτά μπορεί να ενσωματώνουν κυκλώματα RC, LC, RLC ή RL και μηχανικούς ολοκληρωτές (για παράδειγμα έναν ηλεκτρικό κινητήρα).
Όταν το PWM λειτουργεί με φορτίο ολοκλήρωσης, η τάση - η ισοδύναμη τάση DC αλλάζει ανάλογα με τον κύκλο λειτουργίας (Q) των παλμών.
Q = t και /T< 1
εδώ: Q - κύκλος λειτουργίας, t και - διάρκεια παλμού, T - περίοδος επανάληψης παλμού.
Λαμβάνοντας υπόψη τον κύκλο λειτουργίας, η ισοδύναμη τάση DC θα είναι ίση με:
Eq = Q x E Volt
εδώ: Eq - ισοδύναμη άμεση τάση (Volts), Q - κύκλος λειτουργίας, E - τάση της πηγής από την οποία τροφοδοτείται ο μετατροπέας PWM (Volts).
Στην πραγματικότητα, μια τάση ίση με E εφαρμόζεται στους ακροδέκτες φορτίου PWM και η εργασία που γίνεται από το ηλεκτρικό ρεύμα (ή ο αριθμός των στροφών του ηλεκτροκινητήρα) καθορίζεται ακριβώς από την Eq. Κατά την επαναφορά στον πυκνωτή ολοκλήρωσης λαμβάνουμε ακριβώς το ισοδύναμο τάσης Ε.
Η ισχύς που εκχωρείται στον διακόπτη ελέγχου που ελέγχεται από το PWM είναι ίση με:
P max = Q x I x U μας
Φόρτωση διαγράμματος σύνδεσης σε PWM.
Το PWM δεν απαιτεί λύσεις κυκλώματος διαφορετικές από το κύκλωμα μεταγωγής κινητήρα DC (ειδική περίπτωση φορτίου). Ο ηλεκτροκινητήρας συνδέεται απλώς με μια πηγή ισχύος που λειτουργεί σε λειτουργία PWM. Εκτός εάν, σε ορισμένες περιπτώσεις, είναι απαραίτητο να εισαχθεί πρόσθετο φιλτράρισμα του θορύβου που προέρχεται από τα μέτωπα των παλμών. Αυτό το φίλτρο στο Σχ. 2 σε μορφή πυκνωτών και διόδου απόσβεσης.
Σχήμα 2
Στο Σχ. Το 2 δείχνει μια τέτοια σύνδεση.
Βλέπουμε ότι ο διακόπτης (τρανζίστορ εφέ πεδίου) μπορεί απλά να αντικατασταθεί με μια μεταβλητή αντίσταση.
Κύκλωμα PWM
Στο άρθρο "Προσαρμογέας για ανεμιστήρα 3 ακίδων σε 4 ακίδες" http://de1fer.ru/?p=45#more-45 ο ιδιοκτήτης του ιστολογίου παρέχει ένα διάγραμμα ανεμιστήρα με P WM.
Εικόνα 3
εδώ: GND - γείωση (κοινή), Έλεγχος - επαφή P Έλεγχος WM, +12 - τάση τροφοδοσίας, Έξοδος αισθητήρα αισθητήρα - ταχύτητας.
Σε αυτό το κύκλωμα, ο έλεγχος είναι δυνατός μάλλον με έλεγχο συνεχούς ρεύματος +I παρά με σήμα PWM.
Για τον έλεγχο ενός σήματος παλμού (PWM), απαιτείται το κύκλωμα που φαίνεται στο Σχ. 4. Και κρίνοντας από τις παραμέτρους του τρανζίστορ "PWM", επιλέχθηκε ειδικά για έλεγχο συνεχούς ρεύματος. Τουλάχιστον θα λειτουργεί κανονικά σε αυτήν τη λειτουργία με ανεμιστήρα έως 1,6 W.
Εικόνα 4
Αλλά σε παλμική λειτουργία χωρίς πυκνωτή C, το τρανζίστορ BC879 θα θερμανθεί λίγο λιγότερο από ό,τι στο συνεχές ρεύμα και ο ηλεκτροκινητήρας μπορεί να σταματήσει σε σύντομες διάρκειες παλμού ρεύματος (χαμηλές ταχύτητες) λόγω της ενσωμάτωσής του στην χωρητικότητα εισόδου C είσοδο του τρανζίστορ.
Κύριες παράμετροι διπολικού τρανζίστορ npn υψηλής συχνότητας πυριτίου BC879 από τη SIEMENS
| Η/Υ μέγ | Ucb μέγ | Uce max | Web max | Icmax | Tj max, °C | Ft μέγ |
| 800 mW | 100V | 80V | 5V | 1Α | 150°C | 200 MHz |
Εάν είναι απαραίτητο, απενεργοποιήστε τον έλεγχο PWM (PWM) στο κύκλωμα που φαίνεται στην Εικ. 3 απλά πρέπει να συνδέσετε την ακίδα ελέγχου στο καλώδιο +12v.
Υπάρχει μια άλλη έκδοση του κυκλώματος ανεμιστήρα με P WM στο φόρουμ Radeon.ru
Εικόνα 5
Σημαντικές διαφορές από το Σχ. 3 όχι, μόνο ένα τρανζίστορ πεδίου MOS με ενσωματωμένο ή επαγόμενο κανάλι τύπου p χρησιμοποιείται ως διακόπτης ελεγχόμενου από PWM. Αυτό το κύκλωμα μπορεί επίσης να ελεγχθεί τόσο από P WM όσο και από σταθερή τάση (αλλά δεν αξίζει τον κίνδυνο - πρέπει να γνωρίζετε τις παραμέτρους του τρανζίστορ).
Αυτό το κύκλωμα είναι πλήρως λειτουργικό και δεν έχει τα μειονεκτήματα του κυκλώματος που φαίνεται στο Σχ. 3.
Για να το απενεργοποιήσετε (ανάλογα με τον τύπο του τρανζίστορ), απλώς συνδέστε τον ακροδέκτη Ελέγχου στο καλώδιο + ή -.
Προσοχή DIYers!
Εάν δεν είστε ικανοποιημένοι με τον αλγόριθμο ελέγχου PWM που είναι ενσωματωμένος στην πλακέτα της μητρικής πλακέτας (συστήματος).
Και έχετε ένα reobas (ελεγκτή ελέγχου ανεμιστήρα) που σας ταιριάζει, στη συνέχεια χρησιμοποιήστε έναν ανεμιστήρα με υποδοχή 3 ακίδων.
Εάν ένας ανεμιστήρας με PWM είναι αγαπητός σε εσάς ή δεν έχει αντικατάσταση, τότε πρέπει να απενεργοποιήσετε το PWM χρησιμοποιώντας τη μέθοδο που περιγράφεται παραπάνω, αντικαθιστώντας τον σύνδεσμο 4 ακίδων με έναν 3 ακίδων και συνδέοντάς τον στο ρεόμπας.
Αλλά θυμηθείτε, η χρήση ενός ανεμιστήρα PWM σε οποιαδήποτε μη φυσιολογική λειτουργία δεν θα σας επιτρέψει να επιτύχετε τη μέγιστη απόδοσή του.
Η χρήση ελέγχου ρεύματος συνεχούς ρεύματος ταυτόχρονα με PWM δεν συνιστάται λόγω μείωσης της τάσης τροφοδοσίας του ανεμιστήρα κατά 10-20%, η οποία δεν θα επιτρέψει σε έναν τέτοιο ανεμιστήρα να φτάσει σε πλήρη απόδοση.
Η ταυτόχρονη χρήση με PWM - PWM κατά μήκος του κυκλώματος τροφοδοσίας μπορεί να οδηγήσει σε περιοδική αστάθεια της λειτουργίας του ανεμιστήρα (μπορεί να εμφανιστούν συρόμενοι ρυθμοί μεταξύ των συχνοτήτων PWM - PWM κατά μήκος του κυκλώματος τροφοδοσίας των συστημάτων) και να δημιουργήσει ασάφεια για συστήματα εξοπλισμένα με σταθεροποίηση ταχύτητας Σύστημα. Επιπλέον, όπως και στην προηγούμενη περίπτωση, η προκύπτουσα τάση στον ανεμιστήρα θα μειωθεί κατά 10-15%, γεγονός που δεν θα επιτρέψει σε έναν τέτοιο ανεμιστήρα να φτάσει σε πλήρη απόδοση.
Σταματήστε λοιπόν σε ένα πράγμα. Είτε χρησιμοποιήστε ανεμιστήρα PWM είτε χρησιμοποιήστε εξωτερικό έλεγχο ανεμιστήρα μέσω του κυκλώματος τροφοδοσίας σε έναν ανεμιστήρα με βύσμα 3 ακίδων.
συμπέρασμα
Η χρήση PWM ή, όπως λέγαμε, PWM αυξάνει την απόδοση των συσκευών DC μείωσης τάσης, γεγονός που μειώνει τη συνολική παραγωγή θερμότητας ηλεκτρονικών συσκευών με PWM.
Το PWM σάς επιτρέπει να δημιουργείτε συμπαγή συστήματα ηλεκτροκίνησης ελεγχόμενης DC υψηλής ισχύος.
Στις σύγχρονες συσκευές ελέγχου τάσης DC και στους σταθεροποιητές τάσης υποβάθμισης, οι ρυθμίσεις γίνονται συνήθως με χρήση PWM. Για το σκοπό αυτό παράγονται ελεγκτές που απαιτούν ελάχιστα εξαρτήματα.
Μπορούμε πλέον να πούμε αντίο στις αντιστάσεις απόσβεσης και στους ρεοστάτες!
ετοιμάστηκε από τον A. Sorokin,
PWM ή PWM (Διαμόρφωση πλάτους παλμού) - διαμόρφωση πλάτους παλμού- Αυτή η μέθοδος έχει σχεδιαστεί για να ελέγχει το μέγεθος της τάσης και του ρεύματος. Η δράση του PWM είναι να αλλάξει το πλάτος ενός παλμού σταθερού πλάτους και σταθερής συχνότητας.
Οι ιδιότητες της ρύθμισης PWM χρησιμοποιούνται σε μετατροπείς παλμών, σε κυκλώματα για τον έλεγχο των κινητήρων DC ή της φωτεινότητας των LED.
Αρχή λειτουργίας PWM
Η αρχή λειτουργίας του PWM, όπως υποδηλώνει το ίδιο το όνομα, είναι η αλλαγή του πλάτους παλμού του σήματος. Όταν χρησιμοποιείται η μέθοδος διαμόρφωσης εύρους παλμού, η συχνότητα και το πλάτος του σήματος παραμένουν σταθερά. Η πιο σημαντική παράμετρος του σήματος PWM είναι ο κύκλος λειτουργίας, ο οποίος μπορεί να προσδιοριστεί από τον ακόλουθο τύπο:
Μπορεί επίσης να σημειωθεί ότι το άθροισμα του χρόνου του υψηλού και του χαμηλού σήματος καθορίζει την περίοδο του σήματος:
Οπου:
- Τόνος - χρόνος υψηλού επιπέδου
- Toff - χρόνος χαμηλού επιπέδου
- T—περίοδος σήματος
Ο υψηλός και ο χαμηλός χρόνος του σήματος φαίνονται στο κάτω σχήμα. Η τάση U1 είναι η κατάσταση υψηλού επιπέδου του σήματος, δηλαδή το πλάτος του.
Το παρακάτω σχήμα είναι ένα παράδειγμα σήματος PWM με συγκεκριμένο υψηλό και χαμηλό χρονικό διάστημα.
Υπολογισμός κύκλου λειτουργίας PWM
Υπολογισμός του κύκλου λειτουργίας PWM χρησιμοποιώντας το παράδειγμα:
Για να υπολογίσετε τον συντελεστή ποσοστιαίας πλήρωσης, πρέπει να εκτελέσετε παρόμοιους υπολογισμούς και να πολλαπλασιάσετε το αποτέλεσμα κατά 100%:
Όπως προκύπτει από τον υπολογισμό, σε αυτό το παράδειγμα, το σήμα (υψηλού επιπέδου) χαρακτηρίζεται από γέμισμα ίσο με 0,357 ή αλλιώς 37,5%. Ο παράγοντας πλήρωσης είναι μια αφηρημένη τιμή.
Ένα σημαντικό χαρακτηριστικό της διαμόρφωσης εύρους παλμού μπορεί επίσης να είναι η συχνότητα του σήματος, η οποία υπολογίζεται από τον τύπο:
Η τιμή του T, στο παράδειγμά μας, θα πρέπει να λαμβάνεται σε δευτερόλεπτα προκειμένου οι μονάδες στον τύπο να ταιριάζουν. Εφόσον ο τύπος συχνότητας είναι 1/sec, ας μετατρέψουμε τα 800ms σε 0,8 sec.
Χάρη στη δυνατότητα ρύθμισης του πλάτους παλμού, είναι δυνατή η αλλαγή, για παράδειγμα, της μέσης τιμής τάσης. Το παρακάτω σχήμα δείχνει διαφορετικούς κύκλους λειτουργίας διατηρώντας την ίδια συχνότητα σήματος και το ίδιο πλάτος.
Για να υπολογίσετε τη μέση τάση PWM, πρέπει να γνωρίζετε τον κύκλο λειτουργίας, καθώς η μέση τάση είναι το γινόμενο του κύκλου λειτουργίας και του πλάτους της τάσης σήματος.
Για παράδειγμα, ο κύκλος λειτουργίας ήταν ίσος με 37,5% (0,357) και το πλάτος τάσης U1 = 12V θα δώσει τη μέση τάση Uav:
Σε αυτήν την περίπτωση, η μέση τάση του σήματος PWM είναι 4,5 V.
Το PWM παρέχει μια πολύ απλή δυνατότητα μείωσης της τάσης στην περιοχή από την τάση τροφοδοσίας U1 έως το 0. Αυτό μπορεί να χρησιμοποιηθεί, για παράδειγμα, για την ταχύτητα περιστροφής ενός κινητήρα συνεχούς ρεύματος (συνεχούς ρεύματος) που τροφοδοτείται από μια μέση τιμή τάσης.
Το σήμα PWM μπορεί να παραχθεί από έναν μικροελεγκτή ή ένα αναλογικό κύκλωμα. Το σήμα από τέτοια κυκλώματα χαρακτηρίζεται από χαμηλή τάση και πολύ χαμηλό ρεύμα εξόδου. Εάν είναι απαραίτητο να ρυθμιστούν ισχυρά φορτία, θα πρέπει να χρησιμοποιηθεί ένα σύστημα ελέγχου, για παράδειγμα, χρησιμοποιώντας ένα τρανζίστορ.
Αυτό μπορεί να είναι διπολικό ή τρανζίστορ πεδίου. Στα ακόλουθα παραδείγματα θα χρησιμοποιηθεί.
Ένα παράδειγμα ελέγχου ενός LED χρησιμοποιώντας PWM.
Το σήμα PWM παρέχεται στη βάση του τρανζίστορ VT1 μέσω της αντίστασης R1, με άλλα λόγια, το τρανζίστορ VT1 ανάβει και σβήνει καθώς αλλάζει το σήμα. Αυτό είναι παρόμοιο με την κατάσταση στην οποία το τρανζίστορ μπορεί να αντικατασταθεί από έναν κανονικό διακόπτη, όπως φαίνεται παρακάτω:
Όταν ο διακόπτης είναι κλειστός, το LED τροφοδοτείται μέσω της αντίστασης R2 (περιορισμός ρεύματος) με τάση 12V. Και όταν ο διακόπτης είναι ανοιχτός, το κύκλωμα διακόπτεται και το LED σβήνει. Μια τέτοια εναλλαγή με χαμηλή συχνότητα θα έχει ως αποτέλεσμα .
Ωστόσο, εάν είναι απαραίτητος ο έλεγχος της έντασης των LED, είναι απαραίτητο να αυξηθεί η συχνότητα του σήματος PWM, ώστε να εξαπατηθεί το ανθρώπινο μάτι. Θεωρητικά, η εναλλαγή με συχνότητα 50 Hz δεν είναι πλέον αόρατη στο ανθρώπινο μάτι, γεγονός που έχει ως αποτέλεσμα τη μείωση της φωτεινότητας του LED.
Όσο χαμηλότερος είναι ο κύκλος λειτουργίας, τόσο πιο αδύναμο θα είναι το LED επειδή το LED θα είναι αναμμένο για λιγότερο χρόνο κατά τη διάρκεια μιας περιόδου.
Μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την ίδια αρχή και παρόμοιο σχήμα. Στην περίπτωση κινητήρα, όμως, είναι απαραίτητη η χρήση υψηλότερης συχνότητας μεταγωγής (πάνω από 15-20 kHz) για δύο λόγους.
Το πρώτο από αυτά αφορά τον ήχο που μπορεί να βγάλει ο κινητήρας (ένα δυσάρεστο τρίξιμο). Η συχνότητα των 15-20 kHz είναι το θεωρητικό όριο ακρόασης του ανθρώπινου αυτιού, επομένως οι συχνότητες πάνω από αυτό το όριο δεν θα ακούγονται.
Το δεύτερο ερώτημα αφορά τη σταθερότητα του κινητήρα. Όταν οδηγείτε τον κινητήρα με σήμα χαμηλής συχνότητας με χαμηλό κύκλο λειτουργίας, οι στροφές του κινητήρα θα είναι ασταθείς ή μπορεί να οδηγήσουν σε πλήρη διακοπή λειτουργίας. Επομένως, όσο μεγαλύτερη είναι η συχνότητα του σήματος PWM, τόσο μεγαλύτερη είναι η σταθερότητα της μέσης τάσης εξόδου. Υπάρχει επίσης μικρότερος κυματισμός τάσης.
Ωστόσο, δεν πρέπει να αυξήσετε πολύ τη συχνότητα του σήματος PWM, καθώς σε υψηλές συχνότητες το τρανζίστορ μπορεί να μην έχει χρόνο να ανοίξει ή να κλείσει πλήρως και το κύκλωμα ελέγχου δεν θα λειτουργήσει σωστά. Αυτό ισχύει ιδιαίτερα για τα τρανζίστορ πεδίου, όπου οι χρόνοι επαναφόρτισης μπορεί να είναι σχετικά μεγάλοι, ανάλογα με το σχεδιασμό.
Η πολύ υψηλή συχνότητα του σήματος PWM προκαλεί επίσης αύξηση των απωλειών στο τρανζίστορ, αφού κάθε μεταγωγή προκαλεί απώλειες ενέργειας. Όταν ελέγχετε μεγάλα ρεύματα σε υψηλές συχνότητες, είναι απαραίτητο να επιλέξετε ένα τρανζίστορ υψηλής ταχύτητας με χαμηλή αντίσταση αγωγιμότητας.
Κατά τον έλεγχο, θα πρέπει να θυμάστε να χρησιμοποιείτε μια δίοδο για την προστασία του τρανζίστορ VT1 από τις υπερτάσεις επαγωγής που εμφανίζονται όταν το τρανζίστορ είναι απενεργοποιημένο. Χάρη στη χρήση μιας διόδου, ο παλμός επαγωγής εκκενώνεται μέσω αυτής και η εσωτερική αντίσταση του κινητήρα, προστατεύοντας έτσι το τρανζίστορ.
