PWM 24V regulator napona vlastitim rukama. PWM kontroler

Tajmer 555 se široko koristi u kontrolnim uređajima, na primjer, u PWM - regulatori brzine za DC motore.

Svako ko je ikada koristio akumulatorski odvijač vjerovatno je čuo škripući zvuk koji dolazi iznutra. Ovo je zviždanje namotaja motora pod uticajem impulsnog napona koji generiše PWM sistem.

Jednostavno je nepristojno regulirati brzinu motora spojenog na bateriju na drugi način, iako je to sasvim moguće. Na primjer, jednostavno povežite snažan reostat u seriju s motorom ili koristite podesivi linearni regulator napona s velikim radijatorom.

Varijanta PWM regulatora zasnovanog na tajmeru 555 prikazana je na slici 1.

Krug je prilično jednostavan i baziran je na multivibratoru, iako pretvoren u generator impulsa s podesivim ciklusom rada, koji ovisi o omjeru brzine punjenja i pražnjenja kondenzatora C1.

Kondenzator se puni kroz krug: +12V, R1, D1, lijeva strana otpornika P1, C1, GND. I kondenzator se prazni duž kola: gornja ploča C1, desna strana otpornika P1, dioda D2, pin 7 tajmera, donja ploča C1. Okretanjem klizača otpornika P1 možete promijeniti omjer otpora njegovih lijevog i desnog dijela, a samim tim i vrijeme punjenja i pražnjenja kondenzatora C1 i, kao posljedicu, radni ciklus impulsa.

Slika 1. Krug PWM regulatora na 555 tajmeru

Ova shema je toliko popularna da je već dostupna u obliku seta, kao što je prikazano na sljedećim slikama.

Slika 2. Šematski dijagram seta PWM regulatora.

Ovdje su također prikazani vremenski dijagrami, ali, nažalost, vrijednosti dijelova nisu prikazane. Mogu se vidjeti na slici 1, zbog čega je prikazana ovdje. Umjesto bipolarnog tranzistora TR1, bez mijenjanja strujnog kruga, možete koristiti moćni efekt polja, koji će povećati snagu opterećenja.

Inače, na ovom dijagramu se pojavio još jedan element - dioda D4. Njegova je svrha spriječiti pražnjenje vremenskog kondenzatora C1 kroz izvor napajanja i opterećenje - motor. Ovo osigurava stabilizaciju PWM frekvencije.

Usput, uz pomoć takvih krugova možete kontrolirati ne samo brzinu DC motora, već i jednostavno aktivno opterećenje - žarulju sa žarnom niti ili neku vrstu grijaćeg elementa.

Slika 3. Štampana ploča kompleta PWM regulatora.

Ako se malo pozabavite, sasvim je moguće ovo ponovo kreirati pomoću jednog od programa za crtanje štampanih ploča. Iako će, s obzirom na mali broj dijelova, biti lakše sastaviti jednu kopiju pomoću zglobne instalacije.

Slika 4. Izgled seta PWM regulatora.

Istina, već sastavljeni brendirani set izgleda prilično lijepo.

Ovdje će, možda, netko postaviti pitanje: „Opterećenje u ovim regulatorima povezano je između +12V i kolektora izlaznog tranzistora. Ali šta je sa, na primjer, automobilom, jer je sve tamo već povezano sa zemljom, tijelom, automobilom?”

Da, ne možete se osporavati protiv mase ovdje možemo samo preporučiti pomicanje tranzistorskog prekidača na razmak u "pozitivnoj" žici. Moguća verzija takve šeme prikazana je na slici 5.

Slika 5.

Slika 6 prikazuje MOSFET izlazni stepen odvojeno. Odvod tranzistora je spojen na +12V baterije, kapija jednostavno "visi" u zraku (što nije preporučljivo), a opterećenje je spojeno na izvorni krug, u našem slučaju sijalica. Ova slika je prikazana jednostavno da objasni kako MOSFET tranzistor radi.

Slika 6.

Da bi se MOSFET tranzistor otvorio, dovoljno je primijeniti pozitivan napon na kapiju u odnosu na izvor. U tom slučaju, sijalica će zasvijetliti punim intenzitetom i svijetliti dok se tranzistor ne zatvori.

Na ovoj slici, najlakši način za isključivanje tranzistora je kratki spoj između kapije i izvora. I takvo ručno zatvaranje je sasvim prikladno za provjeru tranzistora, ali u stvarnom krugu, posebno impulsnom krugu, morat ćete dodati još nekoliko detalja, kao što je prikazano na slici 5.

Kao što je gore spomenuto, potreban je dodatni izvor napona za uključivanje MOSFET tranzistora. U našem kolu njegovu ulogu igra kondenzator C1 koji se puni preko +12V kola, R2, VD1, C1, LA1, GND.

Za otvaranje tranzistora VT1, na njegovu kapiju mora se primijeniti pozitivan napon iz napunjenog kondenzatora C2. Sasvim je očigledno da će se to dogoditi samo kada je tranzistor VT2 otvoren. A to je moguće samo ako je optocoupler tranzistor OP1 zatvoren. Tada će pozitivni napon s pozitivne ploče kondenzatora C2 kroz otpornike R4 i R1 otvoriti tranzistor VT2.

U ovom trenutku, ulazni PWM signal mora biti na niskom nivou i zaobići LED diodu optokaplera (ovo prebacivanje LED-a se često naziva inverzno), stoga je LED dioda optokaplera isključena i tranzistor je zatvoren.

Da biste isključili izlazni tranzistor, potrebno je povezati njegovu kapiju s izvorom. U našem krugu to će se dogoditi kada se tranzistor VT3 otvori, a to zahtijeva da izlazni tranzistor optokaplera OP1 bude otvoren.

PWM signal je u ovom trenutku na visokom nivou, tako da LED nije šantovana i emituje infracrvene zrake koje su joj dodijeljene, otvoren je tranzistor optokaplera OP1, što kao rezultat isključuje opterećenje - sijalicu.

Jedna od opcija za korištenje takve sheme u automobilu su dnevna svjetla. U ovom slučaju, vozači tvrde da koriste duga svjetla uključena punim intenzitetom. Najčešće su ovi dizajni na mikrokontroleru, ima ih dosta na internetu, ali je lakše to učiniti na 555 tajmeru.

Drajveri za MOSFET tranzistore na 555 tajmeru

Integrirani mjerač vremena 555 našao je drugu primjenu u trofaznim pretvaračima, ili kako ih češće nazivaju frekventnim pretvaračima. Glavna svrha "frekventnih pokretača" je regulacija brzine rotacije trofaznih asinhronih motora. U literaturi i na Internetu možete pronaći mnoge sheme domaćih frekventnih pretvarača, interes za koje nije nestao do danas.

Generalno, ideja je sledeća. Ispravljeni mrežni napon se pomoću kontrolera pretvara u trofazni, kao u industrijskoj mreži. Ali frekvencija ovog napona može se promijeniti pod utjecajem kontrolera. Metode promjene su različite, od jednostavne ručne kontrole do regulacije automatskim sistemom.

Blok dijagram trofaznog pretvarača prikazan je na slici 1. Tačke A, B, C prikazuju tri faze na koje je spojen asinhroni motor. Ove faze se dobijaju prebacivanjem tranzistorskih prekidača, koji su na ovoj slici prikazani kao posebni IGBT tranzistori.

Slika 1. Blok dijagram trofaznog pretvarača

Upravljački programi prekidača za napajanje invertera instalirani su između upravljačkog uređaja (kontrolera) i prekidača za napajanje. Kao drajveri koriste se specijalizirani mikro krugovi kao što je IR2130, koji vam omogućavaju da povežete svih šest ključeva na kontroler odjednom - tri gornja i tri donja, a osim toga, pruža i čitav niz zaštita. Svi detalji o ovom čipu mogu se naći u Tehničkom listu.

I sve bi bilo u redu, ali takav mikro krug je preskup za kućne eksperimente. I ovdje naš stari prijatelj integrirani tajmer 555, također poznat kao KR1006VI1, ponovo dolazi u pomoć. Dijagram jednog kraka trofaznog mosta prikazan je na slici 2.

Slika 2. Drajveri za MOSFET tranzistore na 555 tajmeru

KR1006VI1 koji rade u Schmitt modu okidanja koriste se kao drajveri za gornje i donje prekidače energetskih tranzistora. Kada koristite tajmer u ovom načinu rada, dovoljno je jednostavno dobiti impulsnu struju otvaranja kapije od najmanje 200 mA, što osigurava brzo prebacivanje izlaznih tranzistora.

Tranzistori donjih ključeva su povezani direktno na zajedničku žicu kontrolera, tako da nema poteškoća u kontroli drajvera - donji drajveri se kontrolišu direktno iz kontrolera pomoću logičkih signala.

Situacija s gornjim tipkama je nešto složenija. Prije svega, trebali biste obratiti pažnju na to kako se napajaju gornji upravljački programi. Ova metoda ishrane naziva se „booster“. Njegovo značenje je sljedeće. Mikrokrug DA1 napaja se kondenzatorom C1. Ali kako se može naplatiti?

Kada se tranzistor VT2 otvori, negativna ploča kondenzatora C1 je praktično povezana sa zajedničkom žicom. U ovom trenutku, kondenzator C1 se puni iz izvora napajanja preko diode VD1 do napona od +12V. Kada se tranzistor VT2 zatvori, dioda VD1 će se također zatvoriti, ali je rezerva energije u kondenzatoru C1 dovoljna da pokrene DA1 čip u sljedećem ciklusu. Da bi se postigla galvanska izolacija od kontrolera i između sebe, gornji ključevi se moraju kontrolirati preko optokaplera U1.

Ova metoda napajanja vam omogućava da se riješite složenosti napajanja i da se snađete sa samo jednim naponom. Inače bi bila potrebna tri izolirana namota na transformatoru, tri ispravljača i tri stabilizatora. Više detalja o ovom načinu napajanja može se pronaći u opisima specijaliziranih mikro krugova.

Boris Aladyshkin, http://electrik.info

Takav PWM kontroler može se koristiti za upravljanje snažnim opterećenjima, uključujući niskonaponske elektromotore. Danas ću pokušati napraviti mali površan pregled ovog čudesnog modula i pokazati glavne dijelove i princip rada.

Prirodno proizvedeno u Kini, šteta što su mnoge komponente na ploči dotrajale, iako je jasno šta je šta.

PWM regulator omogućava glatko podešavanje snage, raspon izlaznog napona je 10-50 Volti, što je više puta testirano. Maksimalna struja je do 60 A, a to omogućava korištenje takve ploče za kontrolu (podešavanje) brzine električnih automobila, skutera ili bicikala. Modul je posebno dizajniran za takve svrhe zbog prisutnosti dioda za gašenje, koje su dizajnirane da zaštite poljske sklopke od samoindukcije motora. Za one koji žele da kupe ovaj proizvod, evo linka

Ploča ima 12 tropinskih komponenti u TO220 kućištu, svaka sa svojim hladnjakom, od kojih su 4 diode, a preostalih 8 su tranzistori sa efektom polja.

Kineski inženjeri su izbrisali dosta toga na tabli, uključujući i radnike na terenu (tačnije, nemaju nikakve oznake).

Postoji glavni oscilator na čijem je izlazu ugrađen razdjelnik. Tako se primaju dva slična signala koja se šalju roniocu, a njih su dva.

Svaki drajver upravlja linijom terenskih prekidača (4 komada kao rezultat, terminali za napajanje svih prekidača na terenu su povezani);
Krug je vrlo dobro osmišljen, ali Kinezi nisu uzeli u obzir jednu stvar - nema zaštite od kratkog spoja na izlazu.

Generalno, ovo je drugi sličan modul koji imam, u prvoj verziji je instaliran šant niskog otpora - razgovor sa prodavcem je potvrdio da je ovo strujni šant sa kojeg se uzimaju očitanja za sistem zaštite, tj. snimljeno na ovom konkretnom šantu, ali kada je ploča stigla, bio sam šokiran - postoji šant, ali komponente zaštitnog kola jednostavno nisu instalirane na ploči, tako da šant igra ulogu banalnog skakača, kao rezultat toga, ovo ploča je izgorjela u trenu.

A visoravan o kojoj danas govorimo još je živa i zdrava, ali opet je vrlo ranjiva zbog nedostatka zaštite.
Što se tiče shematskog dijela, sve je standardno - snažan PWM regulator brzine za motor, važno je da se ne prekorači maksimalni dozvoljeni ulazni napon (50 Volti max), u suprotnom sklop stabilizatora, koji obezbjeđuje napajanje PWM mikrokola i vozač, će izgorjeti.

Također možete bez problema podesiti svjetlinu halogenih sijalica i drugih pasivnih opterećenja. Provjerio sam regulator pod opterećenjem od 30 A, tipke su bile jedva tople, uprkos malim hladnjakima, iako je to bilo i za očekivati, jer je PWM kontrola mnogo efikasnija od linearne kontrole.

Pogodno je regulirati napon napajanja moćnih potrošača pomoću regulatora s modulacijom širine impulsa. Prednost ovakvih regulatora je što izlazni tranzistor radi u prekidačkom režimu, što znači da ima dva stanja - otvoreno ili zatvoreno. Poznato je da se najveće zagrijavanje tranzistora događa u poluotvorenom stanju, što dovodi do potrebe da se ugradi na radijator velike površine i spasi od pregrijavanja.

Predlažem jednostavan sklop PWM regulatora. Uređaj se napaja iz izvora napona 12V DC. Sa navedenom instancom tranzistora, može izdržati struju do 10A.

Razmotrimo rad uređaja: Multivibrator s podesivim radnim ciklusom sastavljen je na tranzistorima VT1 i VT2. Brzina ponavljanja impulsa je oko 7 kHz. Iz kolektora tranzistora VT2, impulsi se šalju do ključnog tranzistora VT3, koji kontrolira opterećenje. Radni ciklus je reguliran promjenjivim otpornikom R4. Kada je klizač ovog otpornika u krajnjem lijevom položaju, pogledajte gornji dijagram, impulsi na izlazu uređaja su uski, što ukazuje na minimalnu izlaznu snagu regulatora. U krajnjem desnom položaju, pogledajte donji dijagram, impulsi su široki, regulator radi punom snagom.

Dijagram PWM rada u KT1

Pomoću ovog regulatora možete kontrolirati 12 V kućne žarulje sa žarnom niti i DC motor sa izolovanim kućištem. Ako se regulator koristi u automobilu, gdje je minus spojen na tijelo, vezu treba izvršiti preko pnp tranzistora, kao što je prikazano na slici.
Detalji: Gotovo svaki tranzistori niske frekvencije mogu raditi u generatoru, na primjer KT315, KT3102. Tranzistor ključa IRF3205, IRF9530. Pnp tranzistor P210 možemo zamijeniti sa KT825, a opterećenje se može priključiti na struju do 20A!

I na kraju, treba reći da ovaj regulator radi u mom autu sa motorom za grijanje unutrašnjosti više od dvije godine.

Spisak radioelemenata