Më parë, për të fuqizuar pajisjet, ata përdorën një qark me një transformator zbritës (ose rritje, ose me shumë dredha-dredha), një urë diodë dhe një filtër për të zbutur valëzimet. Për stabilizim, u përdorën qarqe lineare që përdorin stabilizues parametrikë ose të integruar. Disavantazhi kryesor ishte efikasiteti i ulët dhe pesha dhe dimensionet e mëdha të furnizimit me energji të fuqishme.
Të gjitha pajisjet elektrike shtëpiake moderne përdorin furnizimin me energji komutuese (UPS, IPS - e njëjta gjë). Shumica e këtyre furnizimeve me energji përdorin një kontrollues PWM si elementin kryesor të kontrollit. Në këtë artikull do të shqyrtojmë strukturën dhe qëllimin e tij.
Përkufizimi dhe përfitimet kryesore
Një kontrollues PWM është një pajisje që përmban një numër zgjidhjesh qarkore për kontrollin e çelsave të energjisë. Në këtë rast, kontrolli ndodh në bazë të informacionit të marrë përmes qarqeve kthyese për rrymën ose tensionin - kjo është e nevojshme për të stabilizuar parametrat e daljes.
Ndonjëherë gjeneratorët e impulsit PWM quhen kontrollues PWM, por ata nuk kanë aftësinë të lidhin qarqet e reagimit dhe janë më të përshtatshëm për rregullatorët e tensionit sesa për të siguruar energji të qëndrueshme për pajisjet. Sidoqoftë, në literaturën dhe portalet e internetit shpesh mund të gjeni emra si "kontrolluesi PWM, në NE555" ose "... në Arduino" - kjo nuk është plotësisht e vërtetë për arsyet e mësipërme, ato mund të përdoren vetëm për të rregulluar parametrat e daljes, por jo për t'i stabilizuar ato.
Shkurtesa "PWM" qëndron për modulimin e gjerësisë së pulsit - kjo është një nga metodat e modulimit të një sinjali jo për shkak të tensionit të daljes, por pikërisht duke ndryshuar gjerësinë e pulsit. Si rezultat, një sinjal i simuluar formohet duke integruar pulset duke përdorur qarqe C- ose LC, me fjalë të tjera, duke zbutur.
Përfundim: Një kontrollues PWM është një pajisje që kontrollon një sinjal PWM.
Karakteristikat kryesore
Për një sinjal PWM, mund të dallohen dy karakteristika kryesore:
1. Frekuenca e pulsit - frekuenca e funksionimit të konvertuesit varet nga kjo. Frekuencat tipike janë mbi 20 kHz, në fakt 40-100 kHz.
2. Faktori i detyrës dhe cikli i punës. Këto janë dy sasi të afërta që karakterizojnë të njëjtën gjë. Cikli i punës mund të shënohet me shkronjën S, dhe cikli i punës me D.
ku T është periudha e sinjalit,
Pjesa e kohës nga periudha kur një sinjal kontrolli gjenerohet në daljen e kontrolluesit është gjithmonë më pak se 1. Cikli i punës është gjithmonë më i madh se 1. Në një frekuencë prej 100 kHz, periudha e sinjalit është 10 μs, dhe çelësi është hapur për 2,5 μs, atëherë cikli i punës është 0,25, si përqindje - 25 %, dhe cikli i punës është 4.
Është gjithashtu e rëndësishme të merret parasysh dizajni i brendshëm dhe qëllimi i numrit të çelësave të menaxhuar.
Dallimet nga skemat lineare të humbjeve
Siç është përmendur tashmë, avantazhi ndaj qarqeve lineare është efikasiteti i lartë (më shumë se 80, dhe aktualisht 90%). Kjo është për shkak të sa vijon:
Le të themi se tensioni i zbutur pas urës së diodës është 15 V, rryma e ngarkesës është 1A. Ju duhet të merrni një furnizim të stabilizuar me energji 12 V. Në fakt, një stabilizues linear është një rezistencë që ndryshon vlerën e saj në varësi të vlerës së tensionit të hyrjes për të marrë një dalje nominale - me devijime të vogla (fraksione volt) kur hyrja ndryshon (njësi dhe dhjetëra volt).
Siç dihet, rezistorët lëshojnë energji termike kur rryma elektrike rrjedh nëpër to. I njëjti proces ndodh në stabilizuesit linearë. Fuqia e alokuar do të jetë e barabartë me:
Ploss=(Uin-Uout)*I
Meqenëse në shembullin e konsideruar rryma e ngarkesës është 1A, voltazhi i hyrjes është 15 V dhe voltazhi i daljes është 12 V, ne do të llogarisim humbjet dhe efikasitetin e stabilizatorit linear (KRENK ose tipi L7812):
Ploss=(15V-12V)*1A = 3V*1A = 3W
Atëherë efikasiteti është:
n=Puseful/I konsumuar
n=((12V*1A)/(15V*1A))*100%=(12W/15W)*100%=80%
Karakteristika kryesore e PWM është se elementi i fuqisë, le të jetë një MOSFET, është ose plotësisht i hapur ose plotësisht i mbyllur dhe asnjë rrymë nuk kalon nëpër të. Prandaj, humbjet e efikasitetit shkaktohen vetëm nga humbjet e përçueshmërisë
Dhe ndërrimi i humbjeve. Kjo është një temë për një artikull të veçantë, kështu që ne nuk do të ndalemi në këtë çështje. Gjithashtu, humbjet e furnizimit me energji ndodhin (hyrje dhe dalje, nëse furnizimi me energji elektrike është i fuqizuar nga rrjeti), si dhe në përçuesit, elementët e filtrit pasiv, etj.
Struktura e përgjithshme
Le të shqyrtojmë strukturën e përgjithshme të një kontrolluesi abstrakt PWM. Kam përdorur fjalën "abstrakt" sepse, në përgjithësi, ato janë të gjitha të ngjashme, por funksionaliteti i tyre mund të ndryshojë ende brenda kufijve të caktuar, dhe struktura dhe përfundimet do të ndryshojnë në përputhje me rrethanat.
Brenda kontrolluesit PWM, si çdo IC tjetër, ekziston një kristal gjysmëpërçues mbi të cilin ndodhet një qark kompleks. Kontrolluesi përfshin njësitë funksionale të mëposhtme:
1. Gjenerator pulsi.
2. Burimi i tensionit të referencës. (DHE AI)
3. Qarqet për përpunimin e sinjalit të reagimit (OS): përforcues gabimi, krahasues.
4. Kontrollet e gjeneratorit të pulsit transistorë të integruar, të cilat janë krijuar për të kontrolluar një çelës ose çelësa të ndezjes.
Numri i ndërprerësve të energjisë që mund të kontrollojë një kontrollues PWM varet nga qëllimi i tij. Konvertuesit më të thjeshtë të fluturimit në qarkun e tyre përmbajnë 1 ndërprerës energjie, qarqe gjysmë urë (shtytje-tërheqje) - 2 ndërprerës, qarqe urë - 4.
Zgjedhja e kontrolluesit PWM varet gjithashtu nga lloji i çelësit. Për të kontrolluar një transistor bipolar, kërkesa kryesore është që rryma e kontrollit të daljes së kontrolluesit PWM të mos jetë më e ulët se rryma e tranzitorit e ndarë me H21e, në mënyrë që ta ndizni dhe fikni thjesht duke dërguar pulse në bazë. Në këtë rast, shumica e kontrollorëve do ta bëjnë këtë.
Në rastin e menaxhimit, ka disa nuanca. Për ta fikur shpejt, duhet të shkarkoni kapacitetin e portës. Për ta bërë këtë, qarku i daljes së portës është bërë nga dy çelësa - njëri prej tyre është i lidhur me furnizimin me energji elektrike me kutinë IC dhe kontrollon portën (ndiz tranzistorin), dhe i dyti është i instaluar midis daljes dhe tokës, kur ju duhet të fikni tranzistorin e energjisë - çelësi i parë mbyllet, i dyti hapet, mbyllet grila në tokë dhe e shkarkon atë.
Interesante:
Disa kontrollues PWM për furnizime me energji të ulët (deri në 50 W) nuk përdorin çelësa të integruar ose të jashtëm të energjisë. Shembull - 5l0830R
Në përgjithësi, një kontrollues PWM mund të përfaqësohet si një krahasues, një hyrje e të cilit furnizohet me një sinjal nga qarku i reagimit (FC), dhe një sinjal ndryshimi i dhëmbëve sharrë furnizohet në hyrjen e dytë. Kur sinjali i dhëmbit të sharrës arrin dhe tejkalon sinjalin OS në madhësi, një puls shfaqet në daljen e krahasuesit.
Kur sinjalet në hyrje ndryshojnë, gjerësia e pulsit ndryshon. Le të themi se keni lidhur një konsumator të fuqishëm me furnizimin me energji elektrike, dhe tensioni në daljen e tij bie, atëherë tensioni i OS do të bjerë gjithashtu. Pastaj, në shumicën e periudhës, sinjali i dhëmbit të sharrës do të tejkalojë sinjalin e reagimit dhe gjerësia e pulsit do të rritet. Të gjitha sa më sipër pasqyrohen në një masë të caktuar në grafikë.
Diagrami funksional i një kontrolluesi PWM duke përdorur TL494 si shembull, ne do ta shohim më në detaje më vonë. Qëllimi i kunjave dhe nyjeve individuale përshkruhet në nëntitullin vijues.
Detyrë me pin
Kontrollorët PWM janë në dispozicion në paketa të ndryshme. Ata mund të kenë nga tre deri në 16 ose më shumë përfundime. Prandaj, fleksibiliteti i përdorimit të kontrolluesit varet nga numri i kunjave, ose më mirë qëllimi i tyre. Për shembull, një mikroqark popullor më shpesh ka 8 kunja, dhe një edhe më ikonik ka TL494- 16 ose 24.
Prandaj, le të shohim emrat tipikë të kunjave dhe qëllimin e tyre:
GND- terminali i përbashkët është i lidhur me minus të qarkut ose në tokë.
Uc(Vc)- furnizimi me energji elektrike i mikroqarkut.
Ucc (Vss, Vcc)- Prodhimi për kontrollin e fuqisë. Nëse rryma bie, atëherë ekziston mundësia që çelsat e rrymës të mos hapen plotësisht, dhe për shkak të kësaj ata do të fillojnë të nxehen dhe digjen. Dalja është e nevojshme për të çaktivizuar kontrolluesin në një situatë të tillë.
JASHTË- siç sugjeron emri, ky është dalja e kontrolluesit. Këtu del sinjali i kontrollit PWM për çelsat e energjisë. Më sipër përmendëm se konvertuesit e topologjive të ndryshme kanë numër të ndryshëm çelësash. Emri i kunjit mund të ndryshojë në varësi të kësaj. Për shembull, në kontrollorët gjysmë urë mund të quhet HO dhe LO për çelësat e lartë dhe të ulët, përkatësisht. Në këtë rast, dalja mund të jetë me një fund ose me shtytje (me një ndërprerës dhe dy) - për të kontrolluar transistorët me efekt në terren (shih shpjegimin më lart). Por vetë kontrolluesi mund të jetë për qarqet me një cikël dhe me shtytje - me një dhe dy kunja dalëse, përkatësisht. Është e rëndësishme.
Vref- Tensioni i referencës, zakonisht i lidhur me tokën përmes një kondensatori të vogël (njësi mikrofaradësh).
ILIM- sinjal nga sensori aktual. Nevojitet për të kufizuar rrymën e daljes. Lidhet me qarqet e reagimit.
ILIMREF- mbi të është vendosur tensioni i këmbëzës së këmbës ILIM
SS- gjenerohet një sinjal për një fillim të butë të kontrolluesit. Projektuar për kalim të qetë në modalitetin nominal. Një kondensator është instaluar midis tij dhe telit të përbashkët për të siguruar një fillim të qetë.
RtCt- terminalet për lidhjen e një qarku RC të kohës, i cili përcakton frekuencën e sinjalit PWM.
ORË- pulsimet e orës për të sinkronizuar disa kontrollues PWM me njëri-tjetrin, atëherë qarku RC lidhet vetëm me kontrolluesin kryesor, dhe skllevërit RT me Vref, skllevërit CT lidhen me atë të përbashkët.
RAMPështë hyrja e krahasimit. Në të aplikohet një tension i dhëmbëzuar, për shembull nga kunja Ct Kur tejkalon vlerën e tensionit në daljen e amplifikimit të gabimit, një impuls mbylljeje shfaqet në OUT - baza për rregullimin e PWM.
INV dhe NONINV- këto janë hyrjet invertuese dhe joinvertuese të krahasuesit mbi të cilin është ndërtuar përforcuesi i gabimit. Me fjalë të thjeshta: sa më i lartë të jetë voltazhi në INV, aq më të gjata janë impulset e daljes dhe anasjelltas. Sinjali nga ndarësi i tensionit në qarkun e reagimit nga dalja është i lidhur me të. Pastaj hyrja jo-invertuese NONINV lidhet me telin e përbashkët - GND.
EAOUT ose Dalja e përforcuesit të gabimit rus. Gabim në daljen e amplifikatorit. Përkundër faktit se ka hyrje të amplifikatorit të gabimit dhe me ndihmën e tyre, në parim, ju mund të rregulloni parametrat e daljes, por kontrolluesi reagon ndaj kësaj mjaft ngadalë. Si rezultat i një reagimi të ngadaltë, qarku mund të ngacmohet dhe të dështojë. Prandaj, sinjalet furnizohen nga ky pin përmes qarqeve të varura nga frekuenca në INV. Kjo quhet edhe korrigjimi i frekuencës së amplifikatorit të gabimit.
Shembuj të pajisjeve reale
Për të konsoliduar informacionin, le të shohim disa shembuj të kontrollorëve tipikë PWM dhe qarqet e tyre të lidhjes. Ne do ta bëjmë këtë duke përdorur shembullin e dy mikroqarqeve:
TL494 (analogët e tij: KA7500B, KR1114EU4, Sharp IR3M02, UA494, Fujitsu MB3759);
Ato përdoren në mënyrë aktive. Nga rruga, këto furnizime me energji elektrike kanë fuqi të konsiderueshme (100 W ose më shumë në autobusin 12V). Shpesh përdoret si dhurues për shndërrimin në një furnizim me energji laboratorike ose në një karikues të fuqishëm universal, për shembull për bateritë e makinave.
TL494 - rishikim
Le të fillojmë me çipin 494. Karakteristikat e tij teknike:
Në këtë shembull të veçantë, ju mund të shihni shumicën e gjetjeve të përshkruara më sipër:
1. Hyrja jo invertuese e krahasuesit të parë të gabimit
2. Invertimi i hyrjes së krahasuesit të parë të gabimit
3. Të dhëna reagimi
4. Hyrja e rregullimit të kohës së vdekur
5. Terminali për lidhjen e një kondensatori të jashtëm të kohës
6. Dalja për lidhjen e një rezistence të kohës
7. Kunja e zakonshme e mikroqarkut, minus furnizimi me energji elektrike
8. Terminali kolektor i tranzistorit të parë të daljes
9. Terminali i emetuesit të transistorit të parë të daljes
10. Terminali i emetuesit të tranzistorit të dytë të daljes
11. Terminali kolektor i tranzistorit të dytë të daljes
12. Hyrja e tensionit të furnizimit
13. Hyrja për zgjedhjen e mënyrës së funksionimit me një cikël ose shtytje-tërheqje të mikroqarkut
14. Prodhimi referencë i integruar 5 volt
15. Invertimi i hyrjes së krahasuesit të dytë të gabimit
16. Hyrja jo invertuese e krahasuesit të dytë të gabimit
Figura më poshtë tregon një shembull të një furnizimi me energji kompjuteri bazuar në këtë çip.
UC3843 - rishikim
Një tjetër PWM popullor është çipi 3843 - kompjuteri dhe furnizime të tjera me energji janë ndërtuar gjithashtu mbi të. Pika e saj ndodhet më poshtë, siç mund ta shihni, ka vetëm 8 kunja, por kryen të njëjtat funksione si IC-ja e mëparshme.
Interesante:
Ka UC3843 në një rast me 14 këmbë, por ato janë shumë më pak të zakonshme. Kushtojini vëmendje shenjave - kunjat shtesë ose janë dyfishuar ose nuk përdoren (NC).
Le të deshifrojmë qëllimin e përfundimeve:
1. Hyrja e krahasuesit (përforcuesi i gabimit).
2. Hyrja e tensionit feedback. Ky tension krahasohet me tensionin e referencës brenda IC.
3. Sensori aktual. Ai është i lidhur me një rezistencë të vendosur midis tranzistorit të energjisë dhe telit të përbashkët. Nevojitet për mbrojtjen nga mbingarkesa.
4. Koha qark RC. Me ndihmën e tij, vendoset frekuenca e funksionimit të IC.
6. Dilni. Tensioni i kontrollit. Lidhur me portën e tranzitorit, këtu është një fazë e daljes me shtytje-tërheqje për të kontrolluar një konvertues me një skaj (një transistor), i cili mund të shihet në figurën më poshtë.
Llojet Buck, Boost dhe Buck-Boost.
Ndoshta një nga shembujt më të suksesshëm do të jetë mikroqarku i përhapur LM2596, në bazë të të cilit mund të gjeni shumë konvertues në treg, siç tregohet më poshtë.
Një mikroqark i tillë përmban të gjitha zgjidhjet teknike të përshkruara më sipër, dhe gjithashtu në vend të një faze dalëse në çelsat me fuqi të ulët, ai ka një ndërprerës të integruar të energjisë që mund të përballojë një rrymë deri në 3A. Struktura e brendshme e një konverteri të tillë është paraqitur më poshtë.
Ju mund të jeni i sigurt se në thelb nuk ka dallime të veçanta nga ato të diskutuara në të.
Por këtu është një shembull për një kontrollues të tillë, siç mund ta shihni, nuk ka ndërprerës të energjisë, por vetëm një mikroqark 5L0380R me katër kunja. Nga kjo rrjedh se në detyra të caktuara qarku kompleks dhe fleksibiliteti i TL494 thjesht nuk nevojiten. Kjo është e vërtetë për furnizimet me energji me fuqi të ulët, ku nuk ka kërkesa të veçanta për zhurmën dhe ndërhyrjen, dhe valëzimi i daljes mund të shtypet me një filtër LC. Ky është një furnizim me energji elektrike për shirita LED, laptopë, DVD player, etj.
konkluzioni
Në fillim të artikullit, u tha se një kontrollues PWM është një pajisje që modelon vlerën mesatare të tensionit duke ndryshuar gjerësinë e pulsit bazuar në sinjalin nga qarku i reagimit. Vërej se emrat dhe klasifikimet e secilit autor janë shpesh të ndryshëm nganjëherë një kontrollues PWM quhet një rregullator i thjeshtë i tensionit PWM dhe familja e mikroqarqeve elektronike të përshkruara në këtë artikull quhet "Nënsistem i integruar për konvertuesit e stabilizuar me puls". Emri nuk e ndryshon thelbin, por lindin mosmarrëveshje dhe keqkuptime.
Për shembull);
Udhëzime për përdorimin e PWM në Arduino
1 Informacion i pergjithshem rreth modulimit të gjerësisë së pulsit
Kunjat dixhitale Arduino mund të nxjerrin vetëm dy vlera: logjika 0 (LOW) dhe logjika 1 (LARTË). Kjo është arsyeja pse ato janë dixhitale. Por Arduino ka kunja "të veçanta", të cilat janë të përcaktuara PWM. Ato nganjëherë tregohen nga një vijë me onde "~" ose të rrethuara ose të dalluara ndryshe nga të tjerët. PWM qëndron për Modulimi i gjerësisë së pulsit ose modulimi i gjerësisë së pulsit, PWM.
Një sinjal i moduluar me gjerësi pulsi është një sinjal pulsi me frekuencë konstante, por i ndryshueshëm cikli i detyrës(raporti i kohëzgjatjes së pulsit dhe periudhës së përsëritjes së tij). Për shkak të faktit se shumica e proceseve fizike në natyrë kanë inerci, rënia e papritur e tensionit nga 1 në 0 do të zbutet, duke marrë një vlerë mesatare. Duke vendosur ciklin e punës, mund të ndryshoni tensionin mesatar në daljen PWM.
Nëse cikli i punës është 100%, atëherë prodhimi dixhital i Arduino do të ketë gjithmonë një tension logjik "1" ose 5 volt. Nëse e vendosni ciklin e punës në 50%, atëherë gjysma e kohës dalja do të jetë logjike "1" dhe gjysma e kohës - logjike "0", dhe voltazhi mesatar do të jetë 2.5 volt. Dhe kështu me radhë.
Në program, cikli i detyrës nuk specifikohet si përqindje, por si një numër nga 0 në 255. Për shembull, komanda analogWrite (10, 64) do t'i thotë mikrokontrolluesit të dërgojë një sinjal me një cikël funksionimi prej 25% në daljen dixhitale PWM nr. 10.
Kunjat Arduino me funksion të modulimit të gjerësisë së pulsit funksionojnë në një frekuencë prej rreth 500 Hz. Kjo do të thotë se periudha e përsëritjes së pulsit është rreth 2 milisekonda, e cila matet nga goditjet vertikale të gjelbra në figurë.
Rezulton se ne mund të simulojmë një sinjal analog në një dalje dixhitale! Interesante, apo jo?!Si mund të përdorim PWM? Shumë aplikime! Për shembull, kontrolloni ndriçimin e një LED, shpejtësinë e rrotullimit të motorit, rrymën e transistorit, zërin nga një emetues piezo, etj.
2 Diagrami për demonstrim Modulimi i gjerësisë së pulsit në Arduino
Le të shohim shembullin më themelor - kontrollin e shkëlqimit të një LED duke përdorur PWM. Le të bëjmë së bashku një skemë klasike.
3 Shembull skicë me PWM
Le të hapim skicën "Fade" nga shembujt: Mostrat e skedarëve 01.Bazikat Fade.
Le ta ndryshojmë pak dhe ta ngarkojmë në memorien Arduino.
Int ledPin = 3; // deklaroni një pin që kontrollon ndriçimin int LED = 0; // variabël për vendosjen e ndriçimit int fadeAmount = 5; // hapi i ndryshimit të shkëlqimit konfigurimi i zbrazët () ( pinMode (ledPin, OUTPUT); } void loop() ( analogWrite (ledPin, shkëlqim); // vendosni ndriçimin në ndriçimin e pinit ledPin += fadeAmount; // ndryshoni vlerën e ndriçimit /* kur arrini kufijtë 0 ose 255, ndryshoni drejtimin e ndryshimit të shkëlqimit */ nëse (shkëlqimi == 0 || ndriçimi == 255) ( fadeAmount = -fadeAmount; // ndryshoni shenjën e hapi ) vonesa(30); // vonesë për dukshmëri më të madhe të efektit }
4 Kontrolli i ndriçimit LED duke përdorur PWM dhe Arduino
Ndize fuqinë. LED gradualisht rrit ndriçimin dhe më pas zvogëlohet pa probleme. Ne simuluam një sinjal analog në daljen dixhitale duke përdorur modulimin e gjerësisë së pulsit.
Shikoni videon e bashkangjitur, e cila tregon qartë ndryshimin e ndriçimit të LED në oshiloskopin e lidhur, mund të shihni se si ndryshon sinjali nga Arduino.
Një përkufizim i mirë i modulimit të gjerësisë së pulsit (PWM) është në vetë emrin e tij. Kjo do të thotë modulim (ndryshim) i gjerësisë së pulsit (jo frekuencës). Për të kuptuar më mirë çfarë është PWM, le të shohim së pari disa pika kryesore.
Mikrokontrolluesit janë komponentë dixhitalë inteligjentë që funksionojnë në bazë të sinjaleve binare. Paraqitja më e mirë e një sinjali binar është një valë katrore (një sinjal që ka një formë drejtkëndore). Diagrami i mëposhtëm shpjegon termat bazë që lidhen me valën katrore.
Në një sinjal PWM, koha (periudha), dhe për këtë arsye frekuenca, është gjithmonë një vlerë konstante. Ndryshojnë vetëm orari i kohës dhe jo-koha e pulsit (faktori i detyrës). Duke përdorur këtë metodë modulimi, ne mund të marrim tensionin që na nevojitet.
Dallimi i vetëm midis një valë katrore dhe një sinjali PWM është se një valë katrore ka kohë të barabarta dhe konstante të ndezjes dhe fikjes (50% cikli i punës), ndërsa një sinjal PWM ka një cikël funksioni të ndryshueshëm.
Një valë katrore mund të konsiderohet një rast i veçantë i një sinjali PWM që ka një cikël funksionimi 50% (në periudhë = periudha e fikjes).
Le të shohim shembullin e përdorimit të PWM
Le të themi se kemi një tension furnizimi prej 50 volt dhe duhet të fuqizojmë një ngarkesë që funksionon në 40 volt. Në këtë rast, një mënyrë e mirë për të marrë 40 V nga 50 V është të përdorni atë që quhet helikopter i uljes.
Sinjali PWM i gjeneruar nga helikopteri furnizohet në njësinë e fuqisë së qarkut (tiristor, transistor me efekt në terren), i cili nga ana tjetër kontrollon ngarkesën. Ky sinjal PWM mund të gjenerohet lehtësisht nga një mikrokontrollues që ka një kohëmatës.
Kërkesat për një sinjal PWM për të marrë 40 V nga 50 V duke përdorur një tiristor: furnizimi me energji elektrike për një kohë = 400 ms dhe fikja për një kohë = 100 ms (duke marrë parasysh periudhën e sinjalit PWM të barabartë me 500 ms).
Në terma të përgjithshëm, kjo mund të shpjegohet lehtësisht si më poshtë: në thelb, një tiristor vepron si një ndërprerës. Ngarkesa merr tensionin e furnizimit nga burimi përmes një tiristori. Kur tiristori është në gjendje të fikur, ngarkesa nuk lidhet me burimin, dhe kur tiristori është në gjendje të ndezur, ngarkesa lidhet me burimin.
Ky proces i ndezjes dhe fikjes së tiristorit kryhet duke përdorur një sinjal PWM.
Raporti i periudhës së një sinjali PWM me kohëzgjatjen e tij quhet cikli i funksionimit të sinjalit, dhe anasjellta e ciklit të punës quhet cikli i punës.
Nëse cikli i punës është 100, atëherë në këtë rast kemi një sinjal konstant.
Kështu, cikli i punës (cikli i detyrës) mund të llogaritet duke përdorur formulën e mëposhtme:
Duke përdorur formulat e mësipërme, ne mund të llogarisim kohën e ndezjes së tiristorit për të marrë tensionin që na nevojitet.
Duke shumëzuar ciklin e punës së impulseve me 100, ne mund ta përfaqësojmë këtë si përqindje. Kështu, përqindja e ciklit të punës së impulsit është drejtpërdrejt proporcionale me vlerën e tensionit nga ai origjinal. Në shembullin e mësipërm, nëse duam të marrim 40 volt nga një furnizim me energji 50 volt, atëherë kjo mund të arrihet duke gjeneruar një sinjal me një cikël pune prej 80%. Sepse 80% e 50 në vend të 40.
Për të konsoliduar materialin, le të zgjidhim problemin e mëposhtëm:
- Le të llogarisim kohëzgjatjen e ndezjes dhe fikjes së një sinjali me një frekuencë 50 Hz dhe një cikël pune prej 60%.
Vala që rezulton PWM do të duket si kjo:
Një nga shembujt më të mirë të përdorimit të modulimit të gjerësisë së pulsit është përdorimi i PWM për të rregulluar shpejtësinë e një motori ose ndriçimin e një LED.
Kjo teknikë e ndryshimit të gjerësisë së pulsit për të marrë ciklin e kërkuar të punës quhet "modulim i gjerësisë së pulsit".
Keqkuptimi i funksionimit të PWM ose PWM (Modulimi i gjerësisë së pulsit) shpesh çon jo vetëm në përdorimin e gabuar të tyre, por edhe në gabime në hartimin e pajisjeve që përdorin PWM për kontroll. Këtu, duke u kufizuar në një aplikacion specifik, do të përpiqem t'ju tregoj se çfarë është PWM, pse kërkohet dhe si funksionon.
Së pari, çfarë është PWM?
Kur nevojitet PWM?
Arsyeja kryesore për përdorimin e PWM është nevoja për të siguruar tension të ulët DC për të fuqizuar pajisjet elektronike duke ruajtur efikasitetin e lartë, veçanërisht në disqet elektrike të kontrolluara.
Në rrjetet e brendshme të pajisjeve, voltazhi DC i një grupi të kufizuar tensionesh përdoret për të fuqizuar pajisjet, të cilat shpesh duhet të ndryshohen për t'iu përshtatur kërkesave të një pajisjeje të veçantë, për ta stabilizuar ose rregulluar atë. Këto mund të jenë disqe elektrike DC, çipa, komponentë të pajisjeve radio.
Rregullimi mund të kryhet duke përdorur pajisje për zbutjen e tensionit: rezistorë, transistorë (nëse kërkohet rregullim). Disavantazhi kryesor i kësaj zgjidhjeje është humbja e energjisë dhe rritja e prodhimit të nxehtësisë në pajisjet e kontrollit.
Meqenëse dihet se fuqia e lëshuar është e barabartë me:
P = I x U ose P = I 2 x R W.
atëherë sa më e madhe të jetë rryma I në qark dhe rënia e tensionit U, aq më e madhe është humbja e fuqisë këtu R është vlera e rezistencës së elementit të kontrollit.
Imagjinoni që ju duhet të shuani të paktën 3V me një rrymë ngarkese prej 10A, kjo tashmë është 30 W e humbur. Dhe çdo vat i energjisë së humbur jo vetëm që zvogëlon kohën e funksionimit të furnizimit me energji elektrike, por gjithashtu kërkon pajisje shtesë për të hequr nxehtësinë e krijuar nga kjo fuqi.
Kjo vlen edhe për rezistorët shuarës dhe pajisjet gjysmëpërçuese.
Por dihet mirë që pajisjet gjysmëpërçuese funksionojnë shumë mirë (me humbje të ulëta dhe gjenerim nxehtësie) si ndërprerës kur kanë vetëm dy gjendje të hapur/mbyllur.
Kjo mënyrë ju lejon të zvogëloni humbjet në pajisjen gjysmëpërçuese kaluese në nivelin:
P max = I x U ne
Ne për çelsat gjysmëpërçues modernë afrohet 0.3v dhe me një konsum aktual prej 10 A, humbjet e energjisë do të afrohen 3 W. Kjo është në modalitetin e ndërprerës, dhe kur punoni në pajisjet PWM është edhe më pak.
|
PWM përdor pajisje gjysmëpërçuese në modalitetin e kalimit si elementë kryesorë, domethënë, tranzistori ose është i hapur (i fikur) ose i mbyllur (në gjendje ngopjeje) gjatë gjithë kohës. Në rastin e parë Transistori ka rezistencë pothuajse të pafundme, kështu që rryma në qark është shumë e vogël, dhe megjithëse i gjithë voltazhi i furnizimit bie në të gjithë tranzitorin, fuqia e lëshuar nga transistori është praktikisht zero. Në rastin e dytë Rezistenca e tranzistorit është jashtëzakonisht e ulët, dhe, për këtë arsye, rënia e tensionit në të është afër zeros - fuqia e lëshuar është gjithashtu e vogël. Në shtetet në tranzicion (kalimi i një ndërprerës nga një gjendje përçuese në një gjendje jopërçuese dhe mbrapa) fuqia e lëshuar në çelës është e rëndësishme, por meqenëse kohëzgjatja e gjendjeve të tranzicionit është jashtëzakonisht e shkurtër në raport me periudhën e modulimit, fuqia mesatare e komutimit humbjet rezulton të jenë të parëndësishme. |
Përdorimi i PWM bëri të mundur realizimin e avantazheve të modalitetit kyç në qarqet që reduktojnë dhe rregullojnë tensionin DC.
E përsëris, modulimi i gjerësisë së pulsit është kontrolli i vlerës mesatare të tensionit në ngarkesën integruese duke ndryshuar ciklin e punës së impulseve duke përdorur një çelës kontrolli.
Funksionimi i PWM në një ngarkesë integruese është paraqitur në Fig. 1.
Foto 1
Kushti kryesor për një përdorim të tillë të PWM është prania e një ngarkese integruese.
Sepse vlera e amplitudës së tensionit është e barabartë me E.
Këto mund të integrojnë qarqe RC, LC, RLC ose RL dhe integrues mekanikë (për shembull një motor elektrik).
Kur PWM funksionon me një ngarkesë integruese, voltazhi - tensioni ekuivalent DC ndryshon në varësi të ciklit të punës (Q) të impulseve.
Q = t dhe /T< 1
këtu: Q - cikli i punës, t dhe - kohëzgjatja e pulsit, T - periudha e përsëritjes së pulsit.
Duke marrë parasysh ciklin e punës, tensioni ekuivalent DC do të jetë i barabartë me:
Eq = Q x E Volt
këtu: Eq - tension ekuivalent i drejtpërdrejtë (Volts), Q - cikli i punës, E - tension i burimit nga i cili furnizohet konverteri PWM (Volts).
Në realitet, një tension i barabartë me E aplikohet në terminalet e ngarkesës PWM dhe puna e bërë nga rryma elektrike (ose numri i rrotullimeve të motorit elektrik) përcaktohet saktësisht nga Eku. Gjatë rivendosjes në kondensatorin integrues marrim saktësisht ekuivalentin e tensionit E.
Fuqia e alokuar në çelësin e kontrollit të kontrolluar nga PWM është e barabartë me:
P max = Q x I x U ne
Ngarko diagramin e lidhjes me PWM.
PWM nuk kërkon zgjidhje qarku të ndryshme nga qarku i ndërrimit të motorit DC (një rast i veçantë i ngarkesës). Motori elektrik thjesht lidhet me një burim energjie që funksionon në modalitetin PWM. Përveç nëse, në situata të caktuara, është e nevojshme të futet filtrim shtesë i zhurmës që lind në pjesën e përparme të pulseve. Ky filtër në Fig. 2 në formën e kondensatorëve dhe një diodë amortizimi.
Figura 2
Në Fig. 2 tregon një lidhje të tillë.
Ne shohim që ndërprerësi (tranzistori me efekt në terren) thjesht mund të zëvendësohet me një rezistencë të ndryshueshme.
Qarku PWM
Në artikullin "Adapter për tifoz 3 pin në 4 pin" http://de1fer.ru/?p=45#more-45 pronari i blogut ofron një diagram të një tifozi me P WM.
Figura 3
këtu: GND - tokëzimi (i zakonshëm), Kontrolli - kontrolli i kontaktit P WM, +12 - tensioni i furnizimit, Sense - dalja e sensorit të shpejtësisë.
Në këtë qark, kontrolli është i mundur më tepër me kontrollin e rrymës së drejtpërdrejtë +I sesa me një sinjal PWM.
Për të kontrolluar një sinjal pulsi (PWM), kërkohet qarku i paraqitur në Fig. 4. Dhe duke gjykuar nga parametrat e tranzitorit "PWM", ai u zgjodh posaçërisht për kontrollin e rrymës direkte. Të paktën do të funksionojë normalisht në këtë modalitet me një tifoz deri në 1.6 W.
Figura 4
Por në modalitetin e pulsit pa kondensator C, tranzistori BC879 do të nxehet pak më pak se në rrymën e drejtpërdrejtë dhe motori elektrik mund të ndalojë në kohëzgjatje të shkurtra të pulsit të rrymës (shpejtësi të ulëta) për shkak të integrimit të tij në hyrjen e kapacitetit të hyrjes C të tranzitorit.
Parametrat kryesorë të transistorit bipolar npn me frekuencë të lartë silikoni BC879 nga SIEMENS
| PC max | Ucb max | Uce max | Ueb max | Icmax | Tj max, °C | Ft max |
| 800 mW | 100 V | 80 V | 5 V | 1A | 150°C | 200 MHz |
Nëse është e nevojshme, çaktivizoni kontrollin PWM (PWM) në qarkun e treguar në Fig. 3 ju vetëm duhet të lidhni pinin e kontrollit me telin +12v.
Ekziston një version tjetër i qarkut të tifozëve me P WM në forumin Radeon.ru
Figura 5
Dallime të rëndësishme nga Fig. 3 jo, vetëm një transistor me efekt fushë MOS me një kanal të integruar ose të induktuar të tipit p përdoret si një ndërprerës i kontrolluar nga PWM. Ky qark gjithashtu mund të kontrollohet si nga P WM ashtu edhe nga tensioni konstant (por nuk ia vlen të rrezikoni - duhet të dini parametrat e tranzitorit).
Ky qark është plotësisht funksional dhe nuk ka disavantazhet e qarkut të paraqitur në Fig. 3.
Për ta fikur (në varësi të llojit të tranzistorit), thjesht lidhni pinin e kontrollit me telin + ose -.
Kujdes DIYers!
Nëse nuk jeni të kënaqur me algoritmin e kontrollit PWM të integruar në bordin e motherboard (sistemit).
Dhe ju keni një reobas (kontrollues të kontrollit të ventilatorit) që ju përshtatet, më pas përdorni një tifoz me një lidhës 3-pin.
Nëse një tifoz me PWM është i dashur për ju ose nuk ka një zëvendësim, atëherë duhet të çaktivizoni PWM duke përdorur metodën e përshkruar më sipër, duke zëvendësuar lidhësin 4-pin me një 3-pin dhe duke e lidhur atë me reobasin.
Por mbani mend, përdorimi i një tifozi PWM në çdo mënyrë jonormale nuk do t'ju lejojë të arrini performancën e tij maksimale.
Përdorimi i kontrollit të rrymës DC njëkohësisht me PWM nuk rekomandohet për shkak të një uljeje të tensionit të furnizimit të ventilatorit me 10-20%, gjë që nuk do të lejojë që një tifoz i tillë të arrijë performancën e plotë.
Përdorimi i njëkohshëm me PWM - PWM përgjatë qarkut të furnizimit me energji mund të çojë në paqëndrueshmëri periodike të funksionimit të ventilatorit (rrahjet rrëshqitëse mund të ndodhin midis frekuencave të PWM - PWM përgjatë qarkut të furnizimit me energji të sistemeve) dhe të krijojë paqartësi për sistemet e pajisura me një stabilizim shpejtësie sistemi. Për më tepër, si në rastin e mëparshëm, voltazhi që rezulton në tifoz do të ulet me 10-15%, gjë që nuk do të lejojë që një tifoz i tillë të arrijë performancën e plotë.
Ndaj ndaluni në një gjë. Ose përdorni një tifoz PWM ose përdorni kontrollin e ventilatorit të jashtëm nëpërmjet qarkut të furnizimit me energji elektrike në një tifoz me një lidhës 3-pin.
konkluzioni
Përdorimi i PWM ose, siç thoshim, PWM rrit efikasitetin e pajisjeve DC reduktuese të tensionit, gjë që redukton gjenerimin e përgjithshëm të nxehtësisë së pajisjeve elektronike me PWM.
PWM ju lejon të krijoni sisteme elektrike kompakte të kontrolluara me fuqi të lartë DC.
Në pajisjet moderne të kontrollit të tensionit DC dhe stabilizuesit e tensionit në rënie, rregullimet zakonisht bëhen duke përdorur PWM. Për këtë qëllim, prodhohen kontrollorë që kërkojnë një minimum të bashkëngjitjeve.
Tani mund t'i themi lamtumirë rezistencave të amortizimit dhe reostateve!
përgatitur nga A. Sorokin,
PWM ose PWM (Modulimi i gjerësisë së pulsit) - modulimi i gjerësisë së pulsit- Kjo metodë është krijuar për të kontrolluar madhësinë e tensionit dhe rrymës. Veprimi i PWM është të ndryshojë gjerësinë e një impulsi me amplitudë konstante dhe frekuencë konstante.
Karakteristikat e rregullimit PWM përdoren në konvertuesit e pulsit, në qarqet për kontrollin e motorëve DC ose ndriçimin e LED-ve.
Parimi i funksionimit të PWM
Parimi i funksionimit të PWM, siç tregon vetë emri, është të ndryshojë gjerësinë e pulsit të sinjalit. Kur përdorni metodën e modulimit të gjerësisë së pulsit, frekuenca dhe amplituda e sinjalit mbeten konstante. Parametri më i rëndësishëm i sinjalit PWM është cikli i punës, i cili mund të përcaktohet me formulën e mëposhtme:
Mund të vërehet gjithashtu se shuma e kohës së sinjalit të lartë dhe të ulët përcakton periudhën e sinjalit:
Ku:
- Ton - koha e nivelit të lartë
- Toff - koha e nivelit të ulët
- T-periudha e sinjalit
Koha e lartë dhe koha e ulët e sinjalit tregohen në figurën e poshtme. Tensioni U1 është gjendja e nivelit të lartë të sinjalit, domethënë amplituda e tij.
Figura e mëposhtme është një shembull i një sinjali PWM me një interval specifik kohor të lartë dhe të ulët.
Llogaritja e ciklit të punës PWM
Llogaritja e ciklit të detyrës PWM duke përdorur shembullin:
Për të llogaritur faktorin e përqindjes së mbushjes, duhet të kryeni llogaritje të ngjashme dhe të shumëzoni rezultatin me 100%:
Siç vijon nga llogaritja, në këtë shembull, sinjali (niveli i lartë) karakterizohet nga një mbushje e barabartë me 0.357 ose ndryshe 37.5%. Faktori i mbushjes është një vlerë abstrakte.
Një karakteristikë e rëndësishme e modulimit të gjerësisë së pulsit mund të jetë gjithashtu frekuenca e sinjalit, e cila llogaritet me formulën:
Vlera e T, në shembullin tonë, duhet të merret në sekonda në mënyrë që njësitë në formulë të përputhen. Meqenëse formula e frekuencës është 1/sek, kështu që le të konvertojmë 800 ms në 0,8 sek.
Falë mundësisë së rregullimit të gjerësisë së pulsit, është e mundur të ndryshohet, për shembull, vlera mesatare e tensionit. Figura më poshtë tregon cikle të ndryshme funksionimi duke ruajtur të njëjtën frekuencë sinjali dhe të njëjtën amplitudë.
Për të llogaritur tensionin mesatar PWM, duhet të dini ciklin e punës, pasi voltazhi mesatar është produkti i ciklit të punës dhe amplituda e tensionit të sinjalit.
Për shembull, cikli i punës ishte i barabartë me 37.5% (0.357) dhe amplituda e tensionit U1 = 12V do të japë tensionin mesatar Uav:
Në këtë rast, voltazhi mesatar i sinjalit PWM është 4.5 V.
PWM jep një aftësi shumë të thjeshtë për të reduktuar tensionin në intervalin nga tensioni i furnizimit U1 në 0. Kjo mund të përdoret, për shembull, për shpejtësinë e rrotullimit të një motori DC (rrymë direkte) i fuqizuar nga një vlerë mesatare e tensionit.
Sinjali PWM mund të gjenerohet nga një mikrokontrollues ose një qark analog. Sinjali nga qarqe të tilla karakterizohet nga tension i ulët dhe rrymë shumë e ulët dalëse. Nëse është e nevojshme të rregulloni ngarkesa të fuqishme, duhet të përdoret një sistem kontrolli, për shembull, duke përdorur një transistor.
Ky mund të jetë një transistor bipolar ose me efekt në terren. Në shembujt e mëposhtëm do të përdoret.
Një shembull i kontrollit të një LED duke përdorur PWM.
Sinjali PWM furnizohet në bazën e tranzitorit VT1 përmes rezistencës R1, me fjalë të tjera, transistori VT1 ndizet dhe fiket ndërsa sinjali ndryshon. Kjo është e ngjashme me situatën në të cilën transistori mund të zëvendësohet nga një ndërprerës i rregullt, siç tregohet më poshtë:
Kur çelësi është i mbyllur, LED fuqizohet përmes rezistencës R2 (kufizimi i rrymës) me një tension prej 12 V. Dhe kur çelësi është i hapur, qarku ndërpritet dhe LED fiket. Një ndërrim i tillë me frekuencë të ulët do të rezultojë në .
Megjithatë, nëse është e nevojshme të kontrollohet intensiteti i LED-ve, është e nevojshme të rritet frekuenca e sinjalit PWM, në mënyrë që të mashtrohet syri i njeriut. Teorikisht, ndërrimi me një frekuencë prej 50 Hz nuk është më i padukshëm për syrin e njeriut, gjë që rezulton në efektin e zvogëlimit të shkëlqimit të LED.
Sa më i ulët të jetë cikli i punës, aq më i dobët do të jetë LED sepse LED do të jetë i ndezur për më pak kohë gjatë një periudhe.
I njëjti parim dhe skema e ngjashme mund të përdoret për. Në rastin e një motori, megjithatë, është e nevojshme të përdoret një frekuencë më e lartë e ndërrimit (mbi 15-20 kHz) për dy arsye.
E para nga këto ka të bëjë me tingullin që mund të bëjë motori (një kërcitje e pakëndshme). Frekuenca 15-20 kHz është kufiri teorik i dëgjueshmërisë së veshit të njeriut, kështu që frekuencat mbi këtë kufi do të jenë të padëgjueshme.
Pyetja e dytë ka të bëjë me stabilitetin e motorit. Kur drejtoni motorin me një sinjal me frekuencë të ulët me një cikël të ulët pune, shpejtësia e motorit do të jetë e paqëndrueshme ose mund të çojë në një ndalesë të plotë. Prandaj, sa më e lartë të jetë frekuenca e sinjalit PWM, aq më i lartë është stabiliteti i tensionit mesatar të daljes. Ka gjithashtu më pak valëzim të tensionit.
Sidoqoftë, nuk duhet të rrisni shumë frekuencën e sinjalit PWM, pasi në frekuenca të larta transistori mund të mos ketë kohë për t'u hapur ose mbyllur plotësisht, dhe qarku i kontrollit nuk do të funksionojë siç duhet. Kjo është veçanërisht e vërtetë për transistorët me efekt në terren, ku koha e rimbushjes mund të jetë relativisht e gjatë, në varësi të dizajnit.
Një frekuencë shumë e lartë e sinjalit PWM gjithashtu shkakton një rritje të humbjeve në tranzistor, pasi çdo ndërrim shkakton humbje energjie. Kur kontrolloni rryma të mëdha në frekuenca të larta, është e nevojshme të zgjidhni një transistor me shpejtësi të lartë me rezistencë të ulët përçueshmërie.
Kur kontrolloni, duhet të mbani mend që të përdorni një diodë për të mbrojtur transistorin VT1 nga valët e induksionit që shfaqen kur transistori fiket. Falë përdorimit të një diode, pulsi i induksionit shkarkohet përmes tij dhe rezistenca e brendshme e motorit, duke mbrojtur kështu transistorin.
