PWM 24V spændingsregulator med egne hænder. PWM controller

555 timeren er meget udbredt i kontrolenheder, for eksempel i PWM - hastighedsregulatorer til DC-motorer.

Enhver, der nogensinde har brugt en akku skruetrækker, har sikkert hørt en knirkende lyd komme indefra. Dette er fløjten af ​​motorviklingerne under påvirkning af pulsspændingen genereret af PWM-systemet.

Det er simpelthen uanstændigt at regulere hastigheden på en motor, der er tilsluttet et batteri på en anden måde, selvom det er ganske muligt. For eksempel skal du blot tilslutte en kraftig reostat i serie med motoren, eller bruge en justerbar lineær spændingsregulator med en stor radiator.

En variant af en PWM-regulator baseret på en 555 timer er vist i figur 1.

Kredsløbet er ret simpelt og er baseret på en multivibrator, omend omdannet til en impulsgenerator med en justerbar driftscyklus, som afhænger af forholdet mellem ladnings- og afladningshastighederne for kondensator C1.

Kondensatoren oplades gennem kredsløbet: +12V, R1, D1, venstre side af modstanden P1, C1, GND. Og kondensatoren aflades langs kredsløbet: øvre plade C1, højre side af modstand P1, diode D2, pin 7 på timeren, bundplade C1. Ved at dreje skyderen til modstand P1 kan du ændre forholdet mellem modstandene i dens venstre og højre del, og derfor opladnings- og afladningstiden for kondensator C1, og som en konsekvens heraf impulsernes arbejdscyklus.

Figur 1. PWM-regulatorkredsløb på en 555 timer

Denne ordning er så populær, at den allerede er tilgængelig i form af et sæt, som vist i de følgende figurer.

Figur 2. Skematisk diagram af et sæt PWM-regulatorer.

Timingdiagrammer er også vist her, men delværdierne er desværre ikke vist. De kan ses på figur 1, hvorfor det er vist her. I stedet for bipolær transistor TR1, uden at ændre kredsløbet, kan du bruge en kraftig felteffekt, som vil øge belastningseffekten.

Forresten er der dukket et andet element op i dette diagram - diode D4. Dens formål er at forhindre timing-kondensatoren C1 i at aflade gennem strømkilden og belastningen - motoren. Dette sikrer stabilisering af PWM-frekvensen.

Forresten kan du ved hjælp af sådanne kredsløb styre ikke kun hastigheden af ​​en DC-motor, men også blot en aktiv belastning - en glødelampe eller en slags varmeelement.

Figur 3. Printplade i et PWM-regulatorsæt.

Hvis du lægger lidt arbejde, er det sagtens muligt at genskabe dette ved hjælp af et af programmerne til at tegne printkort. Selvom det i betragtning af det lille antal dele vil være lettere at samle en kopi ved hjælp af en hængslet installation.

Figur 4. Udseende af et sæt PWM-regulatorer.

Sandt nok ser det allerede samlede mærkevaresæt ganske pænt ud.

Her vil nogen måske stille et spørgsmål: "Belastningen i disse regulatorer er forbundet mellem +12V og udgangstransistorens kollektor. Men hvad med for eksempel i en bil, fordi alt der allerede er forbundet med jorden, kroppen, på bilen?”

Ja, du kan ikke argumentere imod massen; her kan vi kun anbefale at flytte transistorkontakten til hullet i den "positive" ledning. En mulig version af et sådant skema er vist i figur 5.

Figur 5.

Figur 6 viser MOSFET-udgangstrinnet separat. Transistorens afløb er forbundet til +12V af batteriet, porten "hænger" simpelthen i luften (hvilket ikke anbefales), og en belastning er forbundet til kildekredsløbet, i vores tilfælde en pære. Denne figur er vist blot for at forklare, hvordan en MOSFET-transistor fungerer.

Figur 6.

For at åbne en MOSFET-transistor er det nok at påføre en positiv spænding på porten i forhold til kilden. I dette tilfælde vil pæren lyse med fuld intensitet og vil lyse, indtil transistoren er lukket.

I denne figur er den nemmeste måde at slukke for transistoren ved at kortslutte porten til kilden. Og sådan en manuel lukning er ret velegnet til at kontrollere transistoren, men i et rigtigt kredsløb, især et pulskredsløb, bliver du nødt til at tilføje et par flere detaljer, som vist i figur 5.

Som nævnt ovenfor kræves der en ekstra spændingskilde for at tænde MOSFET-transistoren. I vores kredsløb spilles dens rolle af kondensator C1, som oplades via +12V kredsløbet, R2, VD1, C1, LA1, GND.

For at åbne transistor VT1 skal en positiv spænding fra en ladet kondensator C2 påføres dens port. Det er helt indlysende, at dette kun vil ske, når transistor VT2 er åben. Og dette er kun muligt, hvis optokoblertransistoren OP1 er lukket. Så vil den positive spænding fra den positive plade af kondensator C2 gennem modstande R4 og R1 åbne transistor VT2.

I dette øjeblik skal indgangs-PWM-signalet være på et lavt niveau og omgå optokobler-LED'en (denne LED-omskiftning kaldes ofte invers), derfor er optokobler-LED'en slukket, og transistoren er lukket.

For at slukke for udgangstransistoren skal du forbinde dens port til kilden. I vores kredsløb vil dette ske, når transistoren VT3 åbner, og det kræver, at udgangstransistoren på optokobleren OP1 er åben.

PWM-signalet på dette tidspunkt er på et højt niveau, så LED'en er ikke shuntet og udsender de infrarøde stråler, der er tildelt den, optokoblertransistoren OP1 er åben, hvilket som følge heraf slukker belastningen - pæren.

En af mulighederne for at bruge en sådan ordning i en bil er kørelys i dagtimerne. I dette tilfælde hævder bilister at bruge fjernlyslamper tændt med fuld intensitet. Oftest er disse designs på en mikrocontroller; der er masser af dem på internettet, men det er nemmere at gøre det på en 555 timer.

Drivere til MOSFET transistorer på 555 timer

Den 555 integrerede timer fandt en anden anvendelse i trefasede invertere, eller som de oftere kaldes variable frekvensomformere. Hovedformålet med "frekvensdrivere" er at regulere rotationshastigheden af ​​trefasede asynkronmotorer. I litteraturen og på internettet kan du finde mange ordninger med hjemmelavede frekvensdrev, hvor interessen ikke er forsvundet den dag i dag.

Generelt er ideen denne. Den ensrettede netspænding omdannes til trefaset ved hjælp af controlleren, som i et industrielt netværk. Men frekvensen af ​​denne spænding kan ændre sig under påvirkning af controlleren. Ændringsmetoderne er forskellige, fra simpel manuel styring til regulering med et automatisk system.

Blokdiagrammet for en trefaset inverter er vist i figur 1. Punkterne A, B, C viser de tre faser, som asynkronmotoren er forbundet til. Disse faser opnås ved at skifte transistorafbrydere, som i denne figur er vist som specielle IGBT-transistorer.

Figur 1. Blokdiagram over en trefaset inverter

Inverterens strømafbryderdrivere er installeret mellem styreenheden (controlleren) og strømafbryderne. Specialiserede mikrokredsløb såsom IR2130 bruges som drivere, hvilket giver dig mulighed for at forbinde alle seks taster til controlleren på én gang - tre øvre og tre nedre, og derudover giver den også en lang række beskyttelser. Alle detaljer om denne chip kan findes i databladet.

Og alt ville være fint, men sådan et mikrokredsløb er for dyrt til hjemmeeksperimenter. Og her kommer vores gamle ven integrerede timer 555, også kendt som KR1006VI1, til undsætning igen. Diagrammet af en arm af en trefaset bro er vist i figur 2.

Figur 2. Drivere til MOSFET-transistorer på en 555 timer

KR1006VI1, der fungerer i Schmitt-triggertilstand, bruges som drivere til de øvre og nedre omskiftere på effekttransistorer. Når du bruger en timer i denne tilstand, er det nok blot at opnå en portåbningspulsstrøm på mindst 200 mA, hvilket sikrer hurtig omskiftning af udgangstransistorerne.

Transistorerne på de nederste taster er forbundet direkte til controllerens fælles ledning, så der er ingen vanskeligheder med at styre driverne - de nederste drivere styres direkte fra controlleren af ​​logiske signaler.

Situationen med de øverste taster er noget mere kompliceret. Først og fremmest bør du være opmærksom på, hvordan de øverste nøgledrivere drives. Denne ernæringsmetode kaldes "booster". Dens betydning er som følger. DA1-mikrokredsløbet drives af kondensator C1. Men hvordan kan det opkræves?

Når transistor VT2 åbner, er den negative plade af kondensator C1 praktisk talt forbundet med den fælles ledning. På dette tidspunkt oplades kondensatoren C1 fra strømkilden gennem dioden VD1 til en spænding på +12V. Når transistoren VT2 lukker, vil dioden VD1 også lukke, men energireserven i kondensatoren C1 er nok til at udløse DA1-chippen i næste cyklus. For at opnå galvanisk isolation fra controlleren og indbyrdes skal de øverste taster styres gennem optokobler U1.

Denne strømforsyningsmetode giver dig mulighed for at slippe af med kompleksiteten af ​​strømforsyningen og klare dig med kun én spænding. Ellers ville det være nødvendigt med tre isolerede viklinger på transformeren, tre ensrettere og tre stabilisatorer. Flere detaljer om denne strømforsyningsmetode kan findes i beskrivelserne af specialiserede mikrokredsløb.

Boris Aladyshkin, http://electrik.info

En sådan PWM-controller kan bruges til at styre kraftige belastninger, herunder lavspændingselektriske motorer.I dag vil jeg forsøge at lave en lille overfladisk gennemgang af dette mirakelmodul og vise hoveddelene og driftsprincippet.

Naturligvis fremstillet i Kina, er det ærgerligt, at mange komponenter på brættet er slidte, selvom det er klart, hvad der er hvad.

PWM-regulatoren giver jævn effektjustering, udgangsspændingsområdet er 10-50 volt, hvilket er blevet testet gentagne gange. Den maksimale strøm er op til 60 Ampere, og det gør det muligt at bruge et sådant bord til at styre (justere) hastigheden på elbiler, scootere eller cykler. Modulet er specielt designet til sådanne formål på grund af tilstedeværelsen af ​​quenching dioder, som er designet til at beskytte feltafbrydere mod motorens selvinduktion. For dem, der ønsker at købe dette produkt, er linket her

Kortet har 12 trebenede komponenter i en TO220-pakke, hver med sin egen køleplade, hvoraf 4 er dioder, og de resterende 8 er felteffekttransistorer.

Kinesiske ingeniører har slettet meget på tavlen, inklusive feltarbejderne (eller rettere sagt, de har slet ingen markeringer).

Der er en masteroscillator, ved udgangen af ​​hvilken en divider er installeret. Der modtages således to lignende signaler, der sendes til dykkeren, og der er to af dem.

Hver chauffør styrer en række feltkontakter (4 stykker); som følge heraf er effektudgangene fra alle feltkontakter forbundet parallelt.
Kredsløbet er meget gennemtænkt, men kineserne tog ikke højde for én ting - der er ingen kortslutningsbeskyttelse ved udgangen.

Generelt er dette det andet lignende modul, jeg har, i den første version blev der installeret en lav-modstand shunt - en samtale med sælgeren bekræftede, at dette er en aktuel shunt, hvorfra der tages aflæsninger for beskyttelsessystemet, dvs. et fald er optaget på netop denne shunt, men da brættet ankom, var jeg chokeret - der er en shunt, men beskyttelseskredsløbskomponenterne er simpelthen ikke installeret på brættet, så shunten spiller rollen som en banal jumper, som et resultat af dette bord brændte ud på et øjeblik.

Og det plateau, vi taler om i dag, lever stadig i bedste velgående, men igen er det meget sårbart på grund af den manglende beskyttelse.
Med hensyn til den skematiske del er alt standard - en kraftig PWM-hastighedsregulator til motoren, det er vigtigt ikke at overskride den maksimalt tilladte indgangsspænding (50 Volt max), ellers stabilisatorkredsløbet, som giver strøm til PWM-mikrokredsløbet og chauffør, vil brænde ud.

Du kan også justere lysstyrken på halogenlamper og andre passive belastninger uden problemer. Jeg tjekkede regulatoren under en belastning på 30 Ampere, tasterne var knap varme, på trods af de små køleplader, selvom dette var forventeligt, fordi PWM-styring er meget mere effektiv end lineær styring.

Det er praktisk at regulere forsyningsspændingen for kraftige forbrugere ved hjælp af regulatorer med pulsbreddemodulation. Fordelen ved sådanne regulatorer er, at udgangstransistoren fungerer i switch-tilstand, hvilket betyder, at den har to tilstande - åben eller lukket. Det er kendt, at den største opvarmning af transistoren sker i en halvåben tilstand, hvilket fører til behovet for at installere den på en radiator med stort område og redde den fra overophedning.

Jeg foreslår et simpelt PWM-regulatorkredsløb. Enheden får strøm fra en 12V DC spændingskilde. Med den angivne instans af transistoren kan den modstå strøm op til 10A.

Lad os overveje enhedens drift: En multivibrator med en justerbar arbejdscyklus er samlet på transistorerne VT1 og VT2. Pulsgentagelseshastigheden er omkring 7 kHz. Fra kollektoren på transistoren VT2 sendes impulser til nøgletransistoren VT3, som styrer belastningen. Driftscyklussen reguleres af variabel modstand R4. Når skyderen på denne modstand er i den yderste venstre position, se det øverste diagram, er impulserne ved enhedens udgang smalle, hvilket angiver regulatorens minimum udgangseffekt. I den yderste højre position, se det nederste diagram, impulserne er brede, regulatoren arbejder med fuld effekt.

Diagram over PWM-drift i KT1

Ved hjælp af denne regulator kan du styre 12 V husholdningsglødelamper, en DC-motor med et isoleret hus. Hvis regulatoren bruges i en bil, hvor minus er forbundet med karosseriet, skal forbindelsen foretages gennem en pnp-transistor, som vist på figuren.
Detaljer: Næsten alle lavfrekvente transistorer kan fungere i generatoren, for eksempel KT315, KT3102. Nøgletransistor IRF3205, IRF9530. Vi kan erstatte pnp transistoren P210 med KT825, og belastningen kan tilsluttes en strøm på op til 20A!

Og afslutningsvis skal det siges, at denne regulator har arbejdet i min bil med en indvendig varmemotor i mere end to år.

Liste over radioelementer