Régulateur de tension PWM 24V de vos propres mains. Contrôleur PWM

La minuterie 555 est largement utilisée dans les appareils de contrôle, par exemple dans PWM - régulateurs de vitesse pour moteurs à courant continu.

Quiconque a déjà utilisé une visseuse sans fil a probablement entendu un grincement venant de l'intérieur. Il s'agit du sifflement des enroulements du moteur sous l'influence de la tension d'impulsion générée par le système PWM.

Il est tout simplement indécent de réguler autrement le régime d'un moteur connecté à une batterie, même si c'est tout à fait possible. Par exemple, connectez simplement un rhéostat puissant en série avec le moteur, ou utilisez un régulateur de tension linéaire réglable avec un grand radiateur.

Une variante d'un régulateur PWM basé sur une minuterie 555 est illustrée à la figure 1.

Le circuit est assez simple et est basé sur un multivibrateur, bien que converti en générateur d'impulsions avec un rapport cyclique réglable, qui dépend du rapport des taux de charge et de décharge du condensateur C1.

Le condensateur est chargé à travers le circuit : +12V, R1, D1, le côté gauche de la résistance P1, C1, GND. Et le condensateur se décharge le long du circuit : plaque supérieure C1, côté droit de la résistance P1, diode D2, broche 7 du timer, plaque inférieure C1. En tournant le curseur de la résistance P1, vous pouvez modifier le rapport des résistances de ses parties gauche et droite, et donc le temps de charge et de décharge du condensateur C1, et, par conséquent, le rapport cyclique des impulsions.

Figure 1. Circuit régulateur PWM sur une minuterie 555

Ce schéma est si populaire qu’il est déjà disponible sous forme d’ensemble, comme le montrent les figures suivantes.

Figure 2. Diagramme schématique d'un ensemble de régulateurs PWM.

Des chronogrammes sont également présentés ici, mais, malheureusement, les valeurs des pièces ne sont pas affichées. Ils sont visibles sur la figure 1, c'est pourquoi ils sont présentés ici. Au lieu du transistor bipolaire TR1, sans modifier le circuit, vous pouvez utiliser un puissant transistor à effet de champ, qui augmentera la puissance de charge.

À propos, un autre élément est apparu dans ce schéma: la diode D4. Son objectif est d'empêcher le condensateur de synchronisation C1 de se décharger via la source d'alimentation et la charge - le moteur. Cela garantit la stabilisation de la fréquence PWM.

À propos, à l'aide de tels circuits, vous pouvez contrôler non seulement la vitesse d'un moteur à courant continu, mais aussi simplement une charge active - une lampe à incandescence ou une sorte d'élément chauffant.

Figure 3. Circuit imprimé d'un kit de régulateur PWM.

Avec un peu de travail, il est tout à fait possible de recréer cela à l'aide d'un des programmes de dessin de circuits imprimés. Cependant, étant donné le petit nombre de pièces, il sera plus facile d'assembler un exemplaire à l'aide d'une installation articulée.

Figure 4. Apparition d'un ensemble de régulateurs PWM.

Certes, l'ensemble de marque déjà assemblé est plutôt joli.

Ici, peut-être que quelqu'un posera une question : « La charge dans ces régulateurs est connectée entre +12V et le collecteur du transistor de sortie. Mais qu’en est-il, par exemple, dans une voiture, car tout y est déjà connecté au sol, à la carrosserie, à la voiture ?

Oui, vous ne pouvez pas contester la masse ; ici, nous ne pouvons que recommander de déplacer l'interrupteur du transistor vers l'espace du fil « positif ». Une version possible d'un tel schéma est présentée à la figure 5.

Graphique 5.

La figure 6 montre l'étage de sortie MOSFET séparément. Le drain du transistor est connecté au +12V de la batterie, la grille "pend" simplement en l'air (ce qui n'est pas recommandé), et une charge est connectée au circuit source, dans notre cas une ampoule. Cette figure est présentée simplement pour expliquer le fonctionnement d'un transistor MOSFET.

Graphique 6.

Pour ouvrir un transistor MOSFET, il suffit d'appliquer une tension positive à la grille par rapport à la source. Dans ce cas, l'ampoule s'allumera à pleine intensité et brillera jusqu'à ce que le transistor soit fermé.

Sur cette figure, le moyen le plus simple de désactiver le transistor est de court-circuiter la grille vers la source. Et une telle fermeture manuelle est tout à fait adaptée pour vérifier le transistor, mais dans un circuit réel, notamment un circuit à impulsions, vous devrez ajouter quelques détails supplémentaires, comme le montre la figure 5.

Comme mentionné ci-dessus, une source de tension supplémentaire est nécessaire pour activer le transistor MOSFET. Dans notre circuit, son rôle est joué par le condensateur C1, qui est chargé via le circuit +12V, R2, VD1, C1, LA1, GND.

Pour ouvrir le transistor VT1, une tension positive provenant d'un condensateur chargé C2 doit être appliquée à sa grille. Il est bien évident que cela ne se produira que lorsque le transistor VT2 sera ouvert. Et cela n'est possible que si le transistor optocoupleur OP1 est fermé. Ensuite, la tension positive de la plaque positive du condensateur C2 à travers les résistances R4 et R1 ouvrira le transistor VT2.

À ce moment, le signal PWM d'entrée doit être à un niveau bas et contourner la LED de l'optocoupleur (cette commutation de LED est souvent appelée inverse), par conséquent, la LED de l'optocoupleur est éteinte et le transistor est fermé.

Pour désactiver le transistor de sortie, vous devez connecter sa grille à la source. Dans notre circuit, cela se produira lorsque le transistor VT3 s'ouvrira, ce qui nécessite que le transistor de sortie de l'optocoupleur OP1 soit ouvert.

Le signal PWM à ce moment est à un niveau élevé, donc la LED n'est pas shuntée et émet les rayons infrarouges qui lui sont attribués, le transistor optocoupleur OP1 est ouvert, ce qui éteint par conséquent la charge - l'ampoule.

L'une des options pour utiliser un tel système dans une voiture est les feux de jour. Dans ce cas, les automobilistes prétendent utiliser des feux de route allumés à pleine intensité. Le plus souvent, ces conceptions sont sur un microcontrôleur, il y en a beaucoup sur Internet, mais il est plus facile de le faire sur une minuterie 555.

Pilotes pour transistors MOSFET sur une minuterie 555

Le temporisateur intégré 555 a trouvé une autre application dans les onduleurs triphasés, ou comme on les appelle plus souvent les entraînements à fréquence variable. L'objectif principal des « variateurs de fréquence » est de réguler la vitesse de rotation des moteurs asynchrones triphasés. Dans la littérature et sur Internet, vous pouvez trouver de nombreux schémas de variateurs de fréquence faits maison, dont l'intérêt n'a pas disparu à ce jour.

En général, l'idée est la suivante. La tension secteur redressée est convertie en triphasée à l'aide du contrôleur, comme dans un réseau industriel. Mais la fréquence de cette tension peut changer sous l'influence du contrôleur. Les méthodes de changement sont différentes, du simple contrôle manuel à la régulation par un système automatique.

Le schéma fonctionnel d'un onduleur triphasé est représenté sur la figure 1. Les points A, B, C montrent les trois phases auxquelles le moteur asynchrone est connecté. Ces phases sont obtenues en commutant des commutateurs à transistors, qui sont représentés sur cette figure comme des transistors IGBT spéciaux.

Figure 1. Schéma fonctionnel d'un onduleur triphasé

Les pilotes de commutateur d'alimentation de l'onduleur sont installés entre le dispositif de commande (contrôleur) et les commutateurs d'alimentation. Des microcircuits spécialisés tels que l'IR2130 sont utilisés comme pilotes, vous permettant de connecter simultanément les six touches au contrôleur - trois supérieures et trois inférieures, et en plus, ils offrent également toute une gamme de protections. Tous les détails sur cette puce peuvent être trouvés dans la fiche technique.

Et tout irait bien, mais un tel microcircuit est trop cher pour des expériences à domicile. Et ici, notre vieil ami le minuteur intégré 555, également connu sous le nom de KR1006VI1, vient à nouveau à la rescousse. Le schéma d'un bras d'un pont triphasé est présenté à la figure 2.

Figure 2. Pilotes MOSFET de minuterie 555

Les KR1006VI1 fonctionnant en mode déclencheur Schmitt sont utilisés comme pilotes pour les commutateurs supérieur et inférieur des transistors de puissance. Lors de l'utilisation d'une minuterie dans ce mode, il suffit simplement d'obtenir un courant d'impulsion d'ouverture de grille d'au moins 200 mA, ce qui assure une commutation rapide des transistors de sortie.

Les transistors des touches inférieures sont connectés directement au fil commun du contrôleur, il n'y a donc aucune difficulté à contrôler les pilotes - les pilotes inférieurs sont contrôlés directement depuis le contrôleur par des signaux logiques.

La situation avec les touches supérieures est un peu plus compliquée. Tout d’abord, vous devez faire attention à la façon dont les pilotes clés supérieurs sont alimentés. Cette méthode de nutrition est appelée « booster ». Sa signification est la suivante. Le microcircuit DA1 est alimenté par le condensateur C1. Mais comment peut-on le recharger ?

Lorsque le transistor VT2 s'ouvre, la plaque négative du condensateur C1 est pratiquement connectée au fil commun. A ce moment, le condensateur C1 est chargé depuis la source d'alimentation via la diode VD1 jusqu'à une tension de +12V. Lorsque le transistor VT2 se ferme, la diode VD1 se ferme également, mais la réserve d'énergie dans le condensateur C1 est suffisante pour déclencher la puce DA1 lors du cycle suivant. Pour obtenir une isolation galvanique du contrôleur et entre elles, les touches supérieures doivent être contrôlées via l'optocoupleur U1.

Cette méthode d'alimentation permet de s'affranchir de la complexité de l'alimentation et de se débrouiller avec une seule tension. Sinon, trois enroulements isolés sur le transformateur, trois redresseurs et trois stabilisateurs seraient nécessaires. Plus de détails sur cette méthode d'alimentation peuvent être trouvés dans les descriptions des microcircuits spécialisés.

Boris Aladychkine, http://elecrik.info

Un tel contrôleur PWM peut être utilisé pour contrôler des charges puissantes, y compris des moteurs électriques basse tension. Aujourd'hui, je vais essayer de faire un petit aperçu superficiel de ce module miracle et d'en montrer les principales pièces et le principe de fonctionnement.

Naturellement fabriqué en Chine, il est dommage que de nombreux composants de la carte soient usés, même s'il est clair de quoi il s'agit.

Le régulateur PWM permet un réglage fluide de la puissance, la plage de tension de sortie est de 10 à 50 volts, qui a été testée à plusieurs reprises. Le courant maximum peut atteindre 60 ampères, ce qui permet d'utiliser une telle carte pour contrôler (ajuster) la vitesse des voitures électriques, des scooters ou des vélos. Le module est spécialement conçu à cet effet en raison de la présence de diodes d'extinction, conçues pour protéger les commutateurs de champ contre l'auto-induction du moteur. Pour ceux qui souhaitent acheter ce produit, voici le lien

La carte comporte 12 composants à trois broches dans un boîtier TO220, chacun avec son propre dissipateur thermique, dont 4 diodes et les 8 restants sont des transistors à effet de champ.

Les ingénieurs chinois ont effacé beaucoup de choses sur le tableau, y compris les travailleurs sur le terrain (ou plutôt, ils n'ont aucun marquage).

Il existe un oscillateur maître, à la sortie duquel un diviseur est installé. Ainsi, deux signaux similaires sont reçus et envoyés au plongeur, et ils sont au nombre de deux.

Chaque pilote contrôle une ligne de commutateurs de terrain (4 pièces) ; par conséquent, les sorties de puissance de tous les commutateurs de terrain sont connectées en parallèle.
Le circuit est très bien pensé, mais les Chinois n'ont pas pris en compte une chose : il n'y a pas de protection contre les courts-circuits à la sortie.

En général, c'est le deuxième module similaire que j'ai, dans la première version un shunt à faible résistance a été installé - une conversation avec le vendeur a confirmé qu'il s'agit d'un shunt de courant à partir duquel des lectures sont prises pour le système de protection, c'est-à-dire une chute est enregistré sur ce shunt particulier, mais quand la carte est arrivée, j'ai été choqué - il y a un shunt, mais les composants du circuit de protection ne sont tout simplement pas installés sur la carte, donc le shunt joue le rôle d'un cavalier banal, par conséquent, ceci la planche a brûlé en un instant.

Et le plateau dont nous parlons aujourd’hui est toujours bien vivant, mais encore une fois, il est très vulnérable en raison du manque de protection.
Au niveau de la partie schématique, tout est standard - un puissant régulateur de vitesse PWM pour le moteur, il est important de ne pas dépasser la tension d'entrée maximale autorisée (50 Volts max), sinon le circuit stabilisateur, qui alimente le microcircuit PWM et conducteur, va griller.

Vous pouvez également régler sans problème la luminosité des lampes halogènes et autres charges passives. J'ai vérifié le régulateur sous une charge de 30 Ampères, les touches étaient à peine chaudes, malgré les petits dissipateurs thermiques, même si cela était prévisible, car le contrôle PWM est bien plus efficace que le contrôle linéaire.

Il est pratique de réguler la tension d'alimentation des consommateurs puissants à l'aide de régulateurs à modulation de largeur d'impulsion. L'avantage de tels régulateurs est que le transistor de sortie fonctionne en mode commutation, ce qui signifie qu'il a deux états : ouvert ou fermé. On sait que l'échauffement le plus important du transistor se produit dans un état semi-ouvert, ce qui conduit à la nécessité de l'installer sur un radiateur de grande surface et de le protéger de la surchauffe.

Je propose un simple circuit régulateur PWM. L'appareil est alimenté par une source de tension constante de 12 V. Avec l'instance spécifiée du transistor, il peut supporter un courant jusqu'à 10A.

Considérons le fonctionnement de l'appareil : Un multivibrateur à rapport cyclique réglable est monté sur les transistors VT1 et VT2. Le taux de répétition des impulsions est d'environ 7 kHz. Depuis le collecteur du transistor VT2, les impulsions sont envoyées au transistor clé VT3, qui contrôle la charge. Le rapport cyclique est régulé par la résistance variable R4. Lorsque le curseur de cette résistance est en position extrême gauche, voir le schéma du haut, les impulsions à la sortie de l'appareil sont étroites, ce qui indique la puissance de sortie minimale du régulateur. En position extrême droite, voir schéma du bas, les impulsions sont larges, le régulateur fonctionne à pleine puissance.

Schéma du fonctionnement PWM dans KT1

Grâce à ce régulateur, vous pouvez contrôler des lampes à incandescence domestiques 12 V, un moteur à courant continu avec un boîtier isolé. Si le régulateur est utilisé dans une voiture, où le moins est connecté à la carrosserie, la connexion doit être effectuée via un transistor PNP, comme indiqué sur la figure.
Détails : Presque tous les transistors basse fréquence peuvent fonctionner dans le générateur, par exemple KT315, KT3102. Transistor clé IRF3205, IRF9530. On peut remplacer le transistor pnp P210 par du KT825, et la charge peut être connectée à un courant allant jusqu'à 20A !

Et en conclusion, il faut dire que ce régulateur fonctionne dans ma voiture avec moteur de chauffage intérieur depuis plus de deux ans.

Liste des radioéléments