Как увеличить мощность шим регулятора напряжения

Как увеличить мощность шим регулятора напряжения

Улучшенный ШИМ контроллер на TL494

Статья продолжает тему создания устройств управления мощными электродвигателями. В данном случае рассматривается устройство для управления электродвигателем с напряжением питания 24 вольта и мощностью до 2-х киловатт. Но регулятор можно применить и для других напряжений и мощностей, для этого его требуется дополнить устройством понижения напряжения питания электронной части, а транзисторы заменить на другие подходящие по мощности и допустимым напряжениям и токам. Выходной каскад устройства способен управлять десятком указанных на схеме транзисторов.

Ранее на сайте уже размещена схема ШИМ регулятора оборотов коллекторного электродвигателя на микросхеме TL494, но как оказалось она имеет недостаток связанный с неполным диапазоном регулирования мощности. Терялось около 4-5% мощности двигателя. Упоминаемую статью можно посмотреть ЗДЕСЬ . Новая схема несколько доработана.

Принципиальная схема регулятора:

Верхнее положение задатчика оборотов соответствует отсутствию управляющих импульсов. Нижнее положение — максимальной мощности. Резисторами R3 и R1 можно изменить сектор работы рабочего органа потенциометра.

Схема разрабатывалась и испытывалась на электротрайке с напряжением тяговой батареи 24 вольта. Поэтому некоторые элементы расчитаны на питание от 24 вольт, в частности узел питания на интегральном стабилизаторе DA1. При использовании более высокого напряжения необходимо позаботиться о понижении питания до разумной величины (30-18 вольт) или запитать от отдельной батареи аккумуляторов. Силовые выходные транзисторы должны иметь рабочее напряжение не менее 2-х кратно большее напряжения тяговой батареи, а суммарный ток сборки транзисторов в 2-4 раза больше номинального тока нагрузки.

В качестве главного управляющего элемента устройства используется микросхема типа TL494CN, выпускаемая фирмой TEXAS INSTRUMENT (США). Она выпускается рядом зарубежных фирм под разными наименованиями. Например, фирма SHARP (Япония) выпускает микросхему IR3M02, фирма FAIRCHILD (США) — иА494, фирма SAMSUNG (Корея) — КА7500, фирма FUJITSU (Япония) — МВ3759, есть ещё mPC494,TL493,TL495,TL594 и т.д. Все эти микросхемы являются полными аналогами отечественной микросхемы КР1114ЕУ4 (М1114ЕУ4,K1006EУ4).
Есть ещё отечественная микросхема M1114ЕУ3, но у неё изменена разводка выводов по ножкам микросхемы.
TL594 — аналог TL494 c улучшенной точностью усилителей ошибки и компаратора.
TL598 — аналог TL594 c двухтактным (pnp-npn) повторителем на выходе.

Плюсы:
Развитые цепи управления, два дифференциальный усилителя (могут выполнять и логические функции)
Минусы:
Однофазные выходы требуют дополнительной обвески (по сравнению с UC3825). Недоступно токовое управление, относительно медленная петля обратной связи. Синхронное включение двух и более ИС не так удобно, как в UC3825.

Не будем подробно рассматривать устройство и работу этой управляющей микросхемы. ЗДЕСЬ можно посмотреть статью c описанием работы микросхемы.

Разводка печатной платы регулятора:

На рисунке должно быть все понятно. Размер печатной платы из одностороннего фольгированного стеклотекстолита 63 х 71 мм. Обратите внимание: дорожки питания разведены таким образом, что силовая и управляющая части запитаны отдельными проводниками. Это принципиально.
Поставлена цель иметь максимально упрощенный ШИ регулятор для ДТП, поэтому ограничимся именно таким построением схемы устройства. Это позволит подобрать необходимые детали даже в дали от крупных городов. Микросхема TL494 широко применяется в блоках питания компьютеров, поэтому её найти не составит труда. При аккуратной сборке выходные импульсы должны иметь такой вид выходного сигнала с формирователя импульсов:

При самостоятельной разводке печатной платы транзисторы VT2 и VT3 следует ставить ближе к источнику питания, а между эмиттерами транзисторов установить керамический конденсатор в непосредственно близости к ним.
Силовой модуль, куда входят резисторы R11-R15, транзисторы VT4-VT7, диод VD2 изготавливается отдельно с тщательным соблюдением требований к силовым устройствам. А диод VD2 вообще рекомендую ставить вблизи электродвигателя или на его клеммы, снабдив небольшим радиатором с площадью пластин 30-50 кв.см.

Обратите внимание на подвод токосьемных проводников. После запаивания транзисторов и резисторов, надо уделить особое внимание прокладке электрических проводов. Необходимо проложить медные жилы непосредственно до выводов транзисторов. И чем толще, тем лучше. Удельные сопротивления припоя и меди различаются почти в десять раз. Поэтому в силовых цепях на припой как на проводник электричества расчитывать не следует. Он создает значительное падение напряжения, что является причиной неравномерной загрузки силовых транзисторов и как следствие ведет к проблемам с качественной работой всего устройства в целом. Чтобы не быть голословным приведу удельные сопротивления: медь — 0.0175 Ом*мм2/м, припой — 0.167 Ом*мм2/м (олово-0.115, свинец-0.221)

Управляющий сигнал к силовому блоку подвести витым проводом и в центр сборки, а еще лучше для каждого транзистора свою витую пару, но это уже как идеальный вариант.

Демпферный диод VD3 можно установить как в силовом блоке (если есть место) так и непосредственно на электродвигатель, либо по пути прокладки силовых кабелей.

Возможно для кого-то представит интерес следующая схема устройства регулятора. Она несколько проще, но имеется недостаток в виде не полного регулирования мощности. Это связано с тем, что ключи имеют паузу (Dead time) для предотвращения сквозных токов в работе двухтактных каскадов. Это не позволяет использовать несколько последних процентов мощности нагрузки. Фотография осциллограммы наглядно показывает этот факт.

Устройтва не имеют собственной защиты от перегрузок и коротких замыканий, поэтому используйте амперметр для контроля тока в нагрузке.

На базе вышеуказанной схемы разработано устройтво с защитой по току в нагрузке.

Используя опыт изготовления ШИМ регуляторов двигателей постоянного тока для электромобилей, наш украинский коллега из п.Долина Иваново-Франковской области Александр Сорочка разработал и собрал действующий контроллер для электродвигателя. (кликнуть по рисунку для открытия в отдельном окне)

Схема разрабатывалась с помощью программы Splan v5.0, печатная плата программой SprintLayOut v4.0. Их легко найти на просторах Интернета. Программы также можно скачать здесь на сайте в разделе «Архивы». Они легко и быстро осваиваются в работе даже начинающими.

Для удобства работы с документацией предлагается возможность скачать исходные файлы СХЕМЫ и ЧЕРТЕЖА платы. Не лишне сообщить, что чертеж последней печатной платы возможно применить для изготовления всех устройств представленных в статье, просто некоторые соединения выполнить перемычками через имеющиеся отверстия в плате.

Для управления драйвером (ШИМ регулятором) традиционно применяю датчик положения дроссельной заслонки типа 39.3855 от ВАЗовских автомобилей. Он устроен не совсем так как хотелось бы. Была попытка разобрать его и усовершенствовать. Разобрать удалось, но усовершенствовать не представляется возможным. Может быть кому-то удастся это сделать. Вот его конструкция (по контуру крышки залит компаунд, он легко колется резаком):

После сборки крышечку залить селиконовым герметиком, излишки удалить до высыхания.

Мощный 6-ти канальный ШИМ (PWM) регулятор с ручным управлением

Прямой применяемости устройства в авто я не вижу, но решения можно использовать в таких поделках, как регулировка яркости фар, подсветки салона, плавного розжига, дальний в пол накала и т.д. и .т.п… Просто используйте силовую часть в ваших целях. Для управления яркостью ламп дальнего света достаточно одного канала по схеме с одним 555 таймером) с нагрузкой 120W вполне можно обойтись без вентилятора.
У меня же возникла необходимость сделать усилитель ШИМ сигнала c шести PWM выходов Arduino Uno R3 для управления в течении нескольких дней подсветкой в большой рекламной конструкции.
Что имелось —
3 шт. импульсных БП 12V/350W, шесть независимых нагрузок по 150 — 200W и контроллер на базе Arduino.
Для того, что бы была возможность впоследствии использовать усилитель в других целях решил добавить встроенный ШИМ регулятор на 555 таймере на 3 канала. Это позволит к примеру — настроить нужный цвет RGB ленты вручную с суммарной мощностью больше 1 kWt. По работе иногда требуется и такое)
Для начала пробы на макете —

Пробы на макете

Готовый регулятор

Схема для встроенного ШИМ найдена здесь же — на просторах драйва и воплощена в железе на трех 555 таймерах, выход каждого из них подключен к двум каналам усилителя. Для использования внешнего сигнала достаточно просто снять тумблером питание с этой платы. Для питания ардуины предусмотрен линейный стабилизатор 7808, общий провод которого так же является общим для сигнальных выходов контроллера. Это напряжение там всегда присутствует, если подключен хотя бы один БП.
Сам усилитель представляет собой 6 полевиков, выбранных в чипе-дипе исходя из оптимального соотношения параметров цена/ток/сопротивление канала + управление логическим уровнем. Таким транзистором оказался IRLZ44NPBF, N-канал 55V 47А logic в корпусе TO-220 по 33 рубля за штуку. Полевики установлены на радиаторы с площадью около 100 кв.см. Драйвер для управления не использовал, обошелся решением "для бедных" — комплементарная пара на канал BC337-327 в корпусе ТО-92. Для защиты выходов от КЗ установил обычные автомобильные предохранители 20A.
Корпус склеен из ПВХ толщиной 3мм. Для охлаждения в торце корпуса установлен кулер. При токах меньше 12А на канал и управлении от встроенного ШИМ радиаторы остаются холодными. При нагрузке 16-18А становятся теплыми, но не кипят. Нужно было предусмотреть включение кулера в зависимости от температуры, ибо коробочка получилась шумной, но это учту в следующей подобной поделке.
_
Видео работы от Arduino с нагруженным каналом (больше 200W) — Слышно как "поют" нити ламп накаливания с частотой ШИМ ардуины. С лентой такого конечно же не будет.

__________
ЗЫ.
Дабы не отвечать на каждый похожий комментарий вроде "для чего нужен драйвер" и "если IRLZ44N открывается логическим уровнем, почему я не повесил каналы напрямую к ардуине" решил сделать небольшое дополнение для очень продвинутых советчиков-теоретиков.
1. Ток каждого выхода контроллера — ДО 40 мА.
2. Суммарный ток на всех выводах контроллера — 200 мА.
3. Частота шим на 5-6 выходе ардуины — почти килогерц.
4. Частота шим на 3,11, 9-10 выходе ардуины — 488 Гц.
5. Напряжение (уровень) на затворе и ток заряда емкости затвора — вещи как ни странно разные, хотя и взаимозависимые.
6. Ток затвора должен быть таким, чтобы успеть полностью открыть и закрыть полевик на заданной частоте ШИМ.

Теперь давайте все же заглянем в даташит транзистора и найдем его параметр Qg Total Gate Charge — 48, поделим его на Turn-On Time, и о, чудо! — получим ток в начале заряда около 0,4 А. Это конечно для предельных частот будет справедливо, и ток конечно снижается по экспоненте от начала заряда, но все же если подходить с этой стороны — какой тут выход ардуины может быть? Еще нужно так же прикинуть ток, разряжающий емкость затвора при закрытии. А если увеличить частоту ШИМ? Усилитель то — универсальный. А я по току не лезу хоть как. А значит будем либо ломать фронты и греть воздух, либо таки — подобие драйвера. В этой схеме драйвер конечно не обеспечивает максимальный ток из расчета выше, но и превышает допустимый для ардуины (причем намного), хотя является достаточным для работы в качестве управлялки яркостью с разумными частотами ШИМ. Хотя у меня и нагрузка не предельная — максимум 40% от паспортной, транзисторы уже становятся теплыми. Это нормально при имеющемся сопротивлении открытого канала ( этот драйвер не обеспечивает нормальные фронты) и токе 18-20 А.
Теперь к нашим баранам.
Если вывести частоту шим за пределы слышимости (чтобы управлять двигателем например и не слышать писка шим) подключенные к выходам ардуины полевики начнут закипать просто не успевая открываться. Да и на 400 Гц. будет то же самое. Если кто хочет пожечь свой контроллер или горстку n-канальных полевичков — разубеждать не буду, развлекайтесь.
Поскольку использовать в дальнейшем усилитель с ардуино не планируется, большой ценой 6 пар BC327-337 за универсальность не назовешь. Да и не только в этом дело. Если хотите коммутировать большие токи, используя параметры транзистора хотя бы на половину — без простейших драйверов вы не обойдетесь. Единственное, что я бы изменил — уменьшил номинал Rg до 100-150 мА тока коллектора драйвера, (R1, R5 и т. д по схеме). Как то так.
Поскольку от задания до готового усилителя времени было всего пару дней и с макета после проверки без каких либо расчетов схему перенёс на печать — в планах повторить аналогичный регулятор с точно рассчитанным драйвером для предельной частоты этих же ключей и максимальным током 40 А на канал. Также обойтись одним общим радиатором без принудительного охлаждения, уменьшить в несколько раз габариты устройства. Отчет конечно же будет)
Удачи в ваших начинаниях)

Мощный ШИМ регулятор своими руками

Особенностью данных схем является возможность применить фактически любые имеющиеся в наличии операционные усилители, с напряжение питания на уровне 12 вольт, например, операционный усилитель LM324 или операционный усилитель LM358.

Изменяя величину напряжения на неинвертирующем входе операционного усилителя (вывод 3) можно изменять величину выходного напряжения. Таким образом, эти схемы можно использовать как регулятор тока и напряжения, в диммерах, а также в качестве регулятора оборотов двигателя постоянного тока.

Схемы достаточно просты, состоят из простых и доступных радиокомпонентов и при верном монтаже сразу начинают работать. В качестве управляющего ключа применен мощный полевой n- канальный транзистор. Мощность полевого транзистора, а так же площадь радиатора, необходимо подобрать согласно току потребления нагрузки.

Для предупреждения пробоя затвора полевого транзистора, в случае использовании ШИМ регулятора с напряжением питания 24 вольта, необходимо между затвором VT2 и коллектором транзистора VT1 подключить сопротивление величиной в 1 кОм, а параллельно сопротивлению R7 подключить стабилитрон на 15 вольт.

В случае если необходимо изменять напряжение на нагрузке, один из контактов которой подсоединен к «массе» (такое встречается в автомобиле), то применяется схема, в которой к плюсу источника питания подсоединяется сток n -канального полевого транзистора, а нагрузка подключается к его истоку.

Если ток потребления нагрузкой менее 10 ампер, то возможно применить в ШИМ регуляторе мощные полевые p- канальные транзисторы.

Во второй схеме ШИМ регулятор напряжения 12 вольт меняется и вид транзистора VT1, а также меняется направление вращения переменного резистора R1. Так у первого варианта схемы, уменьшение напряжения управления (ручка потенциометра перемещается к «-» источника питания) вызывает увеличение напряжения на выходе. У второго варианта все наоборот.

Схема самодельного контроллера

Данная схема содержит минимальное количество компонентов в обвязках микросхем:

Основной контроллер ШИМ от 0% до 100%, что будет управлять всей мощностью в нагрузке, собран на микросхеме TL494.

При этом варианте включения компенсируется внутреннее смещение для формирования мертвого времени.

При коммутации больших токов возникают сильные помехи.

Изолированный источник питания +15 Вольт -12 Вольт с дополнительной защитой от перегрузок собран на микросхеме NE555.

Основной задаче является регулирование вторичных напряжений путём изменения частоты.

В зависимости от нагрузки он работает на частоте в диапазоне 120-480 кГц.

В случае перегрузки ширина импульса, а также частота, уменьшается.

Если же нагрузка отсутствует, на трансформаторе плюсовое плечо стремится к 25 вольтам, а минусовое напряжение уменьшается, пока не достигнет нуля.

Если на трансформаторе отсутствует нагрузка, то либо драйвер не подключён, либо холостой ход.

Для снижения помех и нагрузки на провода, отсекая реактивную энергию, следует установить обратный диод нагрузки в непосредственной близости к самой нагрузке.

В этом случае вы можете использовать проводники, чьё сечение меньше, чем у тех, что использовались при установке диода на удалении от нагрузки.

Детали регуляторов вращения электродвигателей

В данных схемах возможно применить следующие замены радиодеталей: транзистор КТ817Б — КТ815, КТ805; КТ117А возможно поменять КТ117Б-Г или 2N2646; Операционный усилитель К140УД7 на К140УД6, КР544УД1, ТL071, TL081; таймер NE555 — С555, КР1006ВИ1; микросхему TL074 — TL064, TL084, LM324.

При использовании более мощной нагрузки, ключевой транзистор КТ817 возможно поменять мощным полевым транзистором, например, IRF3905 или ему подобный.

На основе мощного симистора BT138-600, можно собрать схему регулятора скорости вращения двигателя переменного тока. Эта схема предназначена для регулирования скорости вращения электродвигателей сверлильных машин, вентиляторов, пылесосов, болгарок и др. Скорость двигателя можно регулировать путем изменения сопротивления потенциометра P1. Параметр P1 определяет фазу запускающего импульса, который открывает симистор. Схема также выполняет функцию стабилизации, которая поддерживает скорость двигателя даже при большой его нагрузке.

Например, когда мотор сверлильного станка тормозит из-за повышенного сопротивления металла, ЭДС двигателя также уменьшается. Это приводит к увеличению напряжения в R2-P1 и C3 вызывая более продолжительное открывание симистора, и скорость соответственно увеличивается.

Схема №1

Эта схема ШИМ-регулятора собиралась на инверторах КМОП-микросхемы. Она является генератором прямоугольных импульсов, который действует на 2-х логических элементах. Благодаря диодам здесь отдельно изменяется постоянная времени разряда и заряда частотозадающего конденсатора

Это позволяет менять скважность, которую имеют выходные импульсы, и как результат – значение эффективного напряжения, которое есть на нагрузке. В данной схеме возможно использование любых инвертирующих КМОП-элементов, а также ИЛИ-НЕ и И

В качестве примеров подойдут К176ПУ2, К561ЛН1, К561ЛА7, К561ЛЕ5. Можно использовать и другие виды, но перед этим придётся хорошо подумать о том, как правильно сгруппировать их входы, чтобы они могли выполнять возложенный функционал. Преимущества схемы – доступность и простота элементов. Недостатки – сложность (практически невозможность) доработки и несовершенство относительно изменения диапазона выходного напряжения.

Подборка схем регулятора оборотов двигателя постоянного тока

Производить регулировку скорости вращения вала коллекторного электродвигателя, имеющего малую мощность, можно подсоединяя последовательно в электроцепь его питания резистор. Но данный вариант создает очень низкий КПД, и к тому же отсутствует возможность осуществлять плавное изменение скорости вращения.

Основное, что этот способ временами приводит к полной остановке электродвигателя при низком напряжении питания. Регулятор оборотов электродвигателя постоянного тока, описанные в данной статье, не имеют эти недостатки. Данные схемы можно с успехом применять и для изменения яркости свечения ламп накаливания на 12 вольт.

Описание 4 схем регуляторов оборотов электродвигателя

Первая схема

На транзисторе VT1 (однопереходном) реализован генератор пилообразного напряжения (частота 150 Гц). Операционный усилитель DA1 играет роль компаратора, создающего ШИМ на базе транзистора VT2. В результате получается ШИМ регулятор оборотов двигателя.

Изменяют скорость вращения переменным резистором R5, который меняет длительность импульсов. Так как, амплитуда ШИМ импульсов постоянна и равна напряжению питания электродвигателя, то он никогда не останавливается даже при очень малой скорости вращения.

Вторая схема

Она схожа с предыдущей, но в роли задающего генератора применен операционный усилитель DA1 (К140УД7).

Этот ОУ функционирует как генератор напряжения вырабатывающий импульсы треугольной формы и имеющий частоту 500 Гц. Переменным резистором R7 выставляют частоту вращения электродвигателя.

Третья схема

Она своеобразная, построена на она на популярном таймере NE555. Задающий генератор действует с частотой 500 Гц. Ширина импульсов, а следовательно, и частоту вращения двигателя возможно изменять от 2 % до 98 %.

Слабым местом во всех вышеприведенных схемах является, то что в них нет элемента стабилизации частоты вращения при увеличении или уменьшении нагрузки на валу двигателя постоянного тока. Разрешить эту проблему можно с помощью следующей схемы:

Как и большинство похожих регуляторов, схема этого регулятора имеет задающий генератор напряжения, вырабатывающий импульсы треугольной формы, частота которых 2 кГц. Вся специфика схемы — присутствие положительной обратной связи (ПОС) сквозь элементы R12,R11,VD1,C2, DA1.4, стабилизирующей частоту вращения вала электродвигателя при увеличении или уменьшении нагрузки.

При налаживании схемы с определенным двигателем, сопротивлением R12 выбирают такую глубину ПОС, при которой еще не случаются автоколебания частоты вращения при изменении нагрузки.

Детали регуляторов вращения электродвигателей

В данных схемах возможно применить следующие замены радиодеталей: транзистор КТ817Б — КТ815, КТ805; КТ117А возможно поменять КТ117Б-Г или 2N2646; Операционный усилитель К140УД7 на К140УД6, КР544УД1, ТL071, TL081; таймер NE555 — С555, КР1006ВИ1; микросхему TL074 — TL064, TL084, LM324.

При использовании более мощной нагрузки, ключевой транзистор КТ817 возможно поменять мощным полевым транзистором, например, IRF3905 или ему подобный.

ШИМ контроллер: принцип работы

ШИМ сигналом управляет ШИМ контроллер. Он управляет силовым ключом благодаря изменениям управляющих импульсов. В ключевом режиме транзистор может быть полностью открытым или полностью открытым. В закрытом состоянии через p-n-переход идет ток не больше нескольких мкА, то есть мощность рассеивания близка к нулю. В открытом состоянии идет большой ток, но так как сопротивление p-n-перехода мало, происходят небольшие теплопотери. Больше тепла выделяется в при переходе из одного состояния в другое. Однако благодаря быстроте переходного процесса в сравнении с частотой модуляции, мощность этих потерь незначительна.

Все это позволило разработать высокоэффективный компактный широтно импульсный преобразователь, то есть с малыми теплопотерями. Резонансные преобразователи с переключением в 0 тока ZCS позволяют свести теплопотери к минимуму.

Аналоговая ШИМ

В аналоговых ШИМ-генераторах управляющий сигнал формируется при помощи аналогового компаратора, когда на его инвертирующий вход подается пилообразный или треугольный сигнал, а на неинвертирующий — непрерывный модулирующий.

Выходные импульсы идут прямоугольной формы. Частота их следования соответствует частоте пилы, а длительность плюсовой части импульса зависит от времени, когда уровень постоянного модулирующего сигнала, идущего на неинвертирующий вход компаратора, выше уровня пилообразного сигнала, подающегося на инвертирующий вход. В период когда напряжение пилообразного сигнала будет превышать модулирующий сигнал — на выходе будет фиксироваться отрицательная часть импульса.

Во время когда пилообразный сигнал подается на неинвертирующий вход, а модулирующий — на инвертирующий, выходные прямоугольные импульсы будут положительными, когда напряжение пилы будет выше уровня модулирующего сигнала на инвертирующем входе, а отрицательное — когда напряжение пилы станет ниже сигнала модулирующего.

Цифровая ШИМ

Работая с цифровой информацией, микроконтроллер может формировать на выходах или 100% высокий или 0% низкий уровень напряжения. Но для эффективного управления нагрузкой такое напряжение на выходе нужно изменять. Например, когда осуществляется регулировка скорости вращения вала мотора или при изменении яркости светодиода.

Вопрос решают ШИМ контроллеры. То есть, 2-хуровневая импульсно-кодированная модуляция — это серия импульсов, характеризующаяся частотой 1/T и либо шириной Т, либо шириной 0. Для их усреднения применяется передискретизация. При цифровой ШИМ прямоугольные подимпульсы, которыми и заполнен период, могут занимать любое место в периоде. Тогда на среднем значении сигнала за период сказывается лишь их количество. Так как процесс осуществляется на частоте в сотни кГц, можно добиться плавной регулировки. ШИМ контроллеры решают эту задачу.

Можно провести следующую аналогию с механикой. Когда маховик вращается при помощи двигателя, при включенном двигателе маховик будет раскручиваться или продолжать вращение, если двигатель выключен, маховик будет тормозить из-за сил трения. Однако, если движок включать/выключать на несколько секунд, вращение маховика будет держаться на определенной скорости благодаря инерции. Чем дольше период включения двигателя, тем быстрее раскрутится маховик. Аналогично работает и ШИМ модулятор. Так работают ШИМ контроллеры, в которых переключения происходят в секунду тысячи раз, и частоты могут достигнуть единиц мегагерц.

Использование ШИМ-контроллеров обусловлено их следующими преимуществами:

• стабильностью работы;
• высокой эффективностью преобразования сигнала;
• экономией энергии;
• низкой стоимостью.

Получить на выводах микроконтроллера (МК) ШИМ сигнал можно:

• аппаратным способом;
• программным способом.

В каждом МК есть встроенный таймер, генерирующий ШИМ импульсы на определённых выводах. Это аппаратный способ. Получение ШИМ сигнала при помощи команд программирования более эффективно за счет разрешающей способности и дает возможность задействовать больше выводов. Но программный способ вызывает высокую загрузку МК, занимая много памяти.

Причины распространения

Чем привлекает автолюбителей ШИМ-регулятор? Следует отметить стремление к увеличению КПД, когда проводится построение вторичных источников питания для электронной аппаратуры. Благодаря данному свойству можно данную технологию найти также при изготовлении компьютерных мониторов, дисплеев в телефонах, ноутбуках, планшетах и подобной техники, а не только в автомобилях. Также следует отметить значительную дешевизну, которой отличается данная технология при своём использовании. Также, если решите не покупать, а собирать ШИМ-регулятор собственноручно, то можно сэкономить деньги при усовершенствовании своего собственного автомобиля.

Преимущества ОС-регулирования

Обратная связь при регулировании напряжения в ИС является важной опцией для импульсных стабилизаторов. Она позволяет поддерживать на выходе устройства напряжение стабильной величины, чутко следя за бросками напряжения и тока

В ИСН применяется широкополосная ОС (чем шире интервал частот, тем меньше уровень пульсации в результате).

Доступность на рынке радиодеталей комплектующих для построения ИСН даёт возможность собрать своими руками любую из схем импульсных стабилизаторов. Использование в них готовых стабилизаторов на интегральных микросхемах (ИМС) и ключей на полевых транзисторах делает устройство максимально компактным.

ШИМ-регулятор оборотов для шуруповёрта БОШ 18 Вольт

Читайте так же

Создатель: Радио Любитель

Читайте так же

Плата, схема. Мяукнула кнопка на рабочем шурупике, вскрытие показало, что мотор живой, кнопка тоже живая совместно со интегрированным сопротивлением. Однако сам ШИМ умер в неравной борьбе с нескончаемыми нагрузками на шуруповёрт. Но что самое увлекательное, силовые транзисторы остались ЦЕЛЫЕ, а ШИМ отошёл в мир другой. Так как схемы отыскать не удалось и плата с Обоестороннем расположением массы СМД деталей была обильно пролита лаком с обоих сторон, то шансов на реанимацию я не увидел. А воспользоваться шуруповёртом без регулировки оборотов как то не совсем комфортно. Вспомнил о простом ШИМ регуляторе для жигулёвской печки на 40 Вт не без помощи ножика, ратфиля и некий мамы присобачил всё это хозяйство к Германцу. И труды не прошли зря. РАБОТАЕТ.С маленьким писком на малой скорости пришлось смириться, если повысить частоту работы ШИМа писка не слышно, однако начинает под критической нагрузкой нагреваться транзистор. Пошёл на компромис. маленькой писк в угоду термическому режиму транзистора. И долговечности работы схемы.

Теги youtube: #заменашимавшуруповёрте #Самодельныйшимвшурупик #ШимдляшуруповёртаBOSCH #Самодельныйрегулятороборотовшуруповёрта #Шимнатаймередляшуруповёрта #.

Регулировка оборотов электродвигателей в современной электронной технике достигается не изменением питающего напряжения, как это делалось раньше, а подачей на электромотор импульсов тока, разной длительности. Для этих целей и служат, ставшие в последнее время очень популярными – ШИМ (широтно-импульсно модулируемые) регуляторы. Схема универсальная – она же и регулятор оборотов мотора, и яркости ламп, и силы тока в зарядном устройстве.

Схема ШИМ регулятора

Указанная схема отлично работает, печатная плата прилагается.

Без переделки схемы напряжение можно поднимать до 16 вольт. Транзистор ставить в зависимости от мощности нагрузки.

Можно собрать ШИМ регулятор и по такой электрической схеме, с обычным биполярным транзистором:

А при необходимости, вместо составного транзистора КТ827 поставить полевой IRFZ44N, с резистором R1 – 47к. Полевик без радиатора, при нагрузке до 7 ампер, не греется.

Работа ШИМ регулятора

Таймер на микросхеме NE555 следит за напряжением на конденсаторе С1, которое снимает с вывода THR. Как только оно достигнет максимума – открывается внутренний транзистор. Который замыкает вывод DIS на землю. При этом на выходе OUT появляется логический ноль. Конденсатор начинает разряжаться через DIS и когда напряжение на нем станет равно нулю – система перекинется в противоположное состояние — на выходе 1, транзистор закрыт. Конденсатор начинает снова заряжаться и все повторяется вновь.

Заряд конденсатора С1 идет по пути: «R2->верхнее плечо R1 ->D2«, а разряд по пути: D1 -> нижнее плечо R1 -> DIS. Когда вращаем переменный резистор R1, у нас меняются соотношения сопротивлений верхнего и нижнего плеча. Что, соответственно, меняет отношение длины импульса к паузе. Частота задается в основном конденсатором С1 и еще немного зависит от величины сопротивления R1

Меняя отношение сопротивлений заряда/разряда – меняем скважность. Резистор R3 обеспечивает подтяжку выхода к высокому уровню — так так там выход с открытым коллектором

Который не способен самостоятельно выставить высокий уровень.

Рекомендации по сборке и настройке

Диоды можно ставить любые, конденсаторы примерно такого номинала, как на схеме. Отклонения в пределах одного порядка не влияют существенно на работу устройства. На 4.7 нанофарадах, поставленных в С1, например, частота снижается до 18кГц, но ее почти не слышно.

Если после сборки схемы греется ключевой управляющий транзистор, то скорее всего он полностью не открывается. То есть на транзисторе большое падение напряжения (он частично открыт) и через него течет ток. В результате рассеивается большая мощность, на нагрев. Желательно схему параллелить по выходу конденсаторами большой емкости, иначе будет петь и плохо регулировать. Чтобы не свистел – подбирайте С1, свист часто идет от него. В общем область применения очень широкая, особенно перспективным будет её использование в качестве регулятора яркости мощных светодиодных ламп, LED лент и прожекторов, но про это в следующий раз. Статья написана при поддержке ear, ur5rnp, stalker68.

Обсудить статью СХЕМА ШИМ РЕГУЛЯТОРА

Зарядное устройство SPARK-3 предназначено для заряда аккумуляторов с напряжением 6 – 24 вольт током от 0,5 до 9,9 ампер до заданного напряжения или заданное время.

Если нужно управлять плюсовым контактом

В таком случае нам понадобится другой мосфет- транзистор — P-канальный. Схема аналогична, только подтягивающий резистор подключен к плюсу.

Также нужно будет инвертировать сигнал на выходе ардуино, ведь при подаче 5 вольт транзистор будет закрываться, а при 0 — открываться, значит шим скважностью в 30% выдаст 70% мощность на выходе схемы. ШИМ на irf4905, питание5 v

ШИМ на irf4905, питание5 v

Стоит оговориться такая схема будет работать только при питании не выше 5 вольт, так как для полного закрытия P-канального транзистора необходимо подтянуть его затвор к плюсу питания, а ардуина способна выдавать на цифровой пин только 5 вольт. Значит, при питании хотя бы чуть-чуть выше напряжения выдаваемого на цифровой пин транзистор будет не полностью закрываться при верхней части импульса ШИМ и БУДЕТ СИЛЬНО ГРЕТЬСЯ. Полностью отключить нагрузку он тоже не сможет.

Если нужно управлять, к примеру,12 -ти вольтовым устройством, то схема немного усложнится. Добавится так называемое «плечо раскачки» или драйвер полевого транзистора. По классике он собирается на двух, а иногда и на трёх транзисторах, но мы есть вариант немного проще, который работает при невысоких частотах:

Ардуино, управление ШИМ по плюсовому проводу IRF4905

Простая схема ШИМ-регулятора на таймере NE555

С микросхемой NE555 (аналог КР1006) знаком каждый радиолюбитель. Её универсальность позволяет конструировать самые разнообразные самоделки: от простого одновибратора импульсов с двумя элементами в обвязке до многокомпонентного модулятора. В данной статье будет рассмотрена схема включения таймера в режиме генератора прямоугольных импульсов с широтно-импульсной регулировкой.

Схема и принцип её работы

С развитием мощных светодиодов NE555 снова вышла на арену в роли регулятора яркости (диммера), напомнив о своих неоспоримых преимуществах. Устройства на её основе не требуют глубоких знаний электроники, собираются быстро и работают надёжно. Известно, что управлять яркостью светодиода можно двумя способами: аналоговым и импульсным. Первый способ предполагает изменение амплитудного значения постоянного тока через светодиод. Такой способ имеет один существенный недостаток — низкий КПД

Второй способ подразумевает изменение ширины импульсов (скважности) тока с частотой от 200 Гц до нескольких килогерц. На таких частотах мерцание светодиодов незаметно для человеческого глаза

Схема ШИМ-регулятора с мощным выходным транзистором показана на рисунке. Она способна работать от 4,5 до 18В, что свидетельствует о возможности управления яркостью как одного мощного светодиода, так и целой светодиодной лентой. Диапазон регулировки яркости колеблется от 5 до 95%. Устройство представляет собой доработанную версию генератора прямоугольных импульсов. Частота этих импульсов зависит от ёмкости C1 и сопротивлений R1, R2 и определяется по формуле: f=1/(ln2*(R1+2*R2)*C1), Гц Принцип действия электронного регулятора яркости заключается в следующем. В момент подачи напряжения питания начинает заряжаться конденсатор по цепи: +Uпит – R2 – VD1 –R1 –C1 – -Uпит. Как только напряжение на нём достигнет уровня 2/3Uпит откроется внутренний транзистор таймера и начнется процесс разрядки. Разряд начинается с верхней обкладки C1 и далее по цепи: R1 – VD2 –7 вывод ИМС – -Uпит. Достигнув отметки 1/3Uпит транзистор таймера закроется и C1 вновь начнет набирать ёмкость. В дальнейшем процесс повторяется циклически, формируя на выводе 3 прямоугольные импульсы. Изменение сопротивления подстроечного резистора приводит к уменьшению (увеличению) времени импульса на выходе таймера (вывод 3), и как следствие, уменьшается (увеличивается) среднее значение выходного сигнала. Сформированная последовательность импульсов через токоограничивающий резистор R3 поступает на затвор VT1, который включен по схеме с общим истоком. Нагрузка в виде светодиодной ленты или последовательно включенных мощных светодиодов включается в разрыв цепи стока VT1. В данном случае установлен мощный MOSFET транзистор с максимальным током стока 13А. Это позволяет управлять свечением светодиодной ленты длиной в несколько метров. Но при этом транзистору может потребоваться теплоотвод. Блокирующий конденсатор C2 исключает влияние помех, которые могут возникать по цепи питания в моменты переключения таймера. Величина его ёмкости может быть любой в пределах 0,01-0,1 мкФ.

Плата и детали сборки регулятора яркости

Односторонняя печатная плата имеет размер 22х24 мм. Как видно из рисунка на ней нет ничего лишнего, что могло бы вызвать вопросы.

После сборки схема ШИМ-регулятора яркости не требует наладки, а печатная плата легка в изготовке своими руками. В плате, кроме подстроечного резистора, используются SMD элементы. DA1 – ИМС NE555; VT1 – полевой транзистор IRF7413; VD1,VD2 – 1N4007; R1 – 50 кОм, подстроечный; R2, R3 – 1 кОм; C1 – 0,1 мкФ; C2 – 0,01 мкФ.

Практические советы

Для себя я сделал немного другую обвязку таймера:

Ниже приведена схема из Proteus, а так же верхняя и нижняя сторона платы:

В схему я установил переменный резистор с выключателем, чтобы полностью обесточивать плату от внешнего питания. Добавил клемники для подключения питания и нагрузки. Ну и сама виртуальная модель устройства.

Этот архив содержит файлы в формате Gerber LED_PWM_ne555v2 — CADCAM

Причины и области применения ШИМ

Принцип широтно-импульсной модуляции используется в регуляторах частоты вращения мощных асинхронных двигателей. В этом случае модулирующий сигнал регулируемой частоты (однофазный или трехфазный) формируется маломощным генератором синусоиды и накладывается на несущую аналоговым способом. На выходе получается ШИМ-сигнал, который подается на ключи потребной мощности. Дальше можно пропустить получившуюся последовательность импульсов через фильтр низкой частоты, например через простую RC-цепочку, и выделить исходную синусоиду. Или можно обойтись без нее – фильтрация произойдет естественным образом за счёт инерции двигателя. Очевидно, что чем выше частота несущей, тем больше форма выходного сигнала близка к исходной синусоиде.

Возникает естественный вопрос – а почему нельзя усилить сигнал генератора сразу, например, применением мощных транзисторов? Потому что регулирующий элемент, работающий в линейном режиме, будет перераспределять мощность между нагрузкой и ключом. При этом на ключевом элементе впустую рассеивается значительная мощность. Если же мощный регулирующий элемент работает в ключевом режиме (тринистор, симистор, RGBT-транзистор), то мощность распределяется во времени. Потери будут намного ниже, а КПД – намного выше.

В цифровой технике особой альтернативы широтно-импульсному регулированию нет. Амплитуда сигнала там постоянна, менять напряжение и ток можно лишь промодулировав несущую по ширине импульса и впоследствии усреднив её. Поэтому ШИМ применяют для регулирования напряжения и тока на тех объектах, которые могут усреднять импульсный сигнал. Усреднение происходит разными способами:

1. За счет инерции нагрузки. Так, тепловая инерция термоэлектронагревателей и ламп накаливания позволяет объектам регулирования заметно не остывать в паузах между импульсами.
2. За счёт инерции восприятия. Светодиод успевает погаснуть от импульса к импульсу, но человеческий глаз этого не замечает и воспринимает как постоянное свечение с различной интенсивностью. На этом принципе построено управление яркостью точек LED-мониторов. Но незаметное мигание с частотой несколько сот герц все же присутствует и служит причиной усталости глаз.
3. За счет механической инерции. Это свойство используется при управлении коллекторными двигателями постоянного тока. При правильно выбранной частоте регулирования двигатель не успевает затормозиться в бестоковых паузах.

Поэтому ШИМ применяют там, где решающую роль играет среднее значение напряжения или тока. Кроме упомянутых распространенных случаев, методом PWM регулируют средний ток в сварочных аппаратах и зарядных устройствах для аккумуляторных батарей и т.д.

Если естественное усреднение невозможно, во многих случаях эту роль на себя может взять уже упомянутый фильтр низкой частоты (ФНЧ) в виде RC-цепочки. Для практических целей этого достаточно, но надо понимать, что без искажений выделить исходный сигнал из ШИМ с помощью ФНЧ невозможно. Ведь спектр PWM содержит бесконечно большое количество гармоник, которые неизбежно попадут в полосу пропускания фильтра. Поэтому не стоит строить иллюзий по поводу формы восстановленной синусоиды.

Очень эффективно и эффектно управление методом ШИМ RGB-светодиодом. Этот прибор имеет три p-n перехода – красный, синий, зеленый. Изменяя раздельно яркость свечения каждого канала, можно получить практически любой цвет свечения LED (за исключением чистого белого). Возможности по созданию световых эффектов с помощью PWM безграничны.

Наиболее употребительная сфера применения цифрового сигнала, промодулированного по длительности импульса – регулирование среднего тока или напряжения, протекающего через нагрузку. Но возможно и нестандартное использование этого вида модуляции. Все зависит от фантазии разработчика.

Характеристики:

Напряжение питания: 5 40 В Максимальный ток: 5,6 A Количество каналов ШИМ: 1 Изменение длительности импульса: 0&hellip,100 % Шаг регулировки длительности импульса: 1 % Частота ШИМ-сигнала: 24 значения от 300 Гц до 96 кГц Сохранение настроек в энергонезависимой памяти: да Установленные силовые ключи: 1 Независимое питание нагрузки каждого канала: да Для управления внешним силовым ключом доступен логический сигнал ШИМ: напряжение 3,3 В. XP3 максимальный выходной ток 3 мА

Назначение разъемов и подключение нагрузок

Устройство не является генератором, оно регулятор. Микроконтроллер управляет затвором транзистора, открытый сток выведен для подключения нагрузки. Например, нужно управлять яркостью лампы накаливания. Максимальная яркость (100%) при напряжении 24 В. Подключаем лампу по схеме, подавая на Vload 24 В. Выставляем резистором на индикаторе значение 50 — значит на лампе напряжение 50% от 24 В, т.е. 12 В, она светится с яркостью 50 %. Кнопкой устанавливается частота ШИМ-сигнала регулирования. У модуля раздельная подача напряжение для самого модуля и для нагрузки, которое регулируется: контакты +Vin, GND — для питания самого модуля, контакты Vload, Rn, GND — для подключения нагрузки.

Это открытый проект! Лицензия, под которой он распространяется Creative Commons — Attribution — Share Alike license.

Что такое ШИМ — принцип работы широтно-импульсной модуляции

Данный модуль предназначен для установки в электровелосипеды — в качестве блока управления электрическим приводом. Он работает с двигателем постоянного тока и аккумуляторной батареей на 15 — 95 В (любая в указанном диапазоне соответствующая двигателю).

Контроллер является элементом, необходимым для управления скоростью двигателя. Он ограничивает количество энергии идущей на двигатель, чтобы контролировать его скорость вращения. К сожалению, большинство доступных на рынке контроллеров не могут работать при таком высоком напряжении (либо ограничение по мощности). Поэтому решено было спроектировать и построить свой собственный ШИМ-контроллер, который мог бы работать с двигателем более высокого напряжения и тока.

Поскольку нужно контролировать скорость вращения двигателя постоянного тока, можем использовать две технологии:

1. понижающий преобразователь который уменьшит напряжение, подаваемое на обмотку двигателя,
2. ШИМ-управление (широтно-импульсная модуляция).

Конструкция инвертора довольно сложна, поэтому применим ШИМ. Этот метод относительно прост, может с высокой частотой контролировать скорость, с которой аккумулятор подключается и отключается от двигателя. Для изменения скорости изменяется время переключения между нагрузкой (двигателем) и АКБ.

Принципиальная схема мощного ШИМ регулятора

Переключение напряжения не может быть реализовано с помощью механического переключателя — ни один из них не выдержит такие большие и постоянные нагрузки, поэтому правильный выбор для таких схем — транзистор полевой MOSFET с N-каналом. Необходимо выбрать подходящую модель для этих требований — частота переключения, напряжение и ток.

Для управления транзисторами в схеме необходим сигнал ШИМ. Сгенерируем его используя классическую микросхему 555. Это простой универсальный таймер, который позволяет создавать множество устройств, в том числе управляемый генератор сигналов ШИМ. В такой схеме частота переключения постоянна, а изменение положения потенциометра изменяет скважность.

М/с NE555 может питаться постоянным напряжением до 15 В. Она не может питаться непосредственно от аккумулятора электровелосипеда. Именно поэтому добавлен модуль импульсного питания на основе интегральной микросхемы LM5008. Это понижающий преобразователь, который снижает напряжение с 80 В до 10 В, используемых для питания таймера 555 и охлаждающих вентиляторов.

Из-за высокого тока протекающего в схеме, использовались 4 транзистора MOSFET IRFPC60LC, соединенных параллельно. Каждый элемент может работать с напряжением Vds до 600 В и током стока до 16 А. Объединенные четыре таких транзистора позволяет достичь 64 А тока контроллера, что при напряжении питания 80 В дает более 5 кВт — намного больше, чем необходимо для управления двигателем в данном электровелосипеде.

Регулятор мощности паяльника своими руками: проверенные рабочие схемы (6 шт)

Не всем нравится покупать неизвестно что. А некоторым приятнее сделать регулятор мощности паяльника своими руками, ведь это тоже опыт. Большинство схем собирается на симисторах и тиристорах, сейчас их найти проще чем транзисторы. Работать с ними тоже проще, так как они либо открыты, либо закрыты, что позволяет делать схемы проще.

Корпус подберите любой

Простые схемы на тиристоре

При выборе схемы регулятора мощности для паяльника важны две вещи: мощность и доступность деталей. Представленный ниже регулятор мощности паяльника собран на широко распространённых деталях, которые найти не проблема. Максимальный ток — 10 А, что более чем достаточно для выполнения работ любого рода и для паяльников мощностью до 100 Вт. Тиристор в данной схеме использован КУ202н. Обратите внимание на подключение моста. Есть много схем с ошибкой в подключении. Этот вариант рабочий. Проверен не раз.

Схема регулятора температуры для паяльника на тиристоре

При сборке схемы тиристор обязательно ставим на радиатор, чем он больше тем лучше. Схема проста, но когда она включена, создаёт помехи. Радио рядом не послушаешь и, чтобы убрать помехи, параллельно нагрузке подключаем конденсатор на 200 пФ, а последовательно дроссель. Параметры дросселя подбираются в зависимости от регулируемой нагрузки, но так как паяльники обычно не более чем на 80-100 Вт, то и дроссель можно сделать на 100 Вт. Для этого понадобится ферритовое кольцо наружным диаметром 20 мм, на которое намотано около 100 витков проводом сечением 0,4 мм².

Ещё один недостаток переведённой выше схемы — паяльник ощутимо «зудит». Иногда с этим мириться можно, иногда нет. Для устранения этого явления можно подобрав параметры конденсатора C1 так чтобы при выставленном на максимум переменном резисторе, подключённая лампа еле-еле светилась.

На других элементах но тоже без помех

Приведенный выше регулятор можно использовать для любой нагрузки. Приведем еще один аналог,но с использованием другой элементной базы. Регулировать можно не только мощность/температуру паяльника, но и любую другую нагрузку с небольшой индуктивной составляющей.

Видоизмененная схема для регулирования мощности паяльника и любой другой нагрузки с устраненным эффектом пульсации

Пульсация тут есть, но ее частота высока и она не будет восприниматься нашим зрением. Так что можно использовать не только как диммер для паяльника, но и для регулирования света от обычной лампы накаливания. Нужен ли диодный мост для регулировки мощности нагрева паяльника? Он не помешает, но необходимости в нем нет.

На тиристоре с высокой чувствительностью

Данная схема позволяет плавно изменять температуру паяльника от 50% до 100%. Есть два индикатора — питания и мощности. Светодиод наличия питания горит всегда во включенном состоянии, но при 75% мощности свечение более яркое. Индикатор мощности меняет интенсивность свечения в зависимости от режима работы.

Регулятор мощности для паяльника без помех

Чтобы регулятор поместился в корпус от зарядного устройства мобильного телефона, сопротивления используют СМД типа (1206). Все резисторы установлены на плате, кроме R 10. Некоторые могут быть составными (из последовательно соединенных резисторов собираем нужный номинал).

Для нормальной работы схемы требуется чувствительный тиристор (с малым током управления) и низким током удержания состояния (порядка 1 мА). Например, КТ503 (рассчитан на напряжение 400 В, Ток управления 1 мА). Остальная элементная база указана на схеме.

Если собрали, но напряжение не регулируется

Если собранный регулятор ничего не регулирует — не меняется температура паяльника — дело в тиристоре. Схема, вроде, работает, а ничего не происходит. Причина — тиристор с низкой чувствительностью. Токи, которые протекают в схеме, недостаточны для открытия. В таком случае стоит поставить аналог с более высокой чувствительностью (токи управления более низкие).

Один из вариантов корпуса, в который можно спрятать самодельный регулятор мощности для паяльника

Еще может регулятор работать, но паяльник начинает «зудеть». Решается такая проблема установкой дросселя на выходе (перед паяльником). Емкость надо подбирать — зависит от паяльника. Второй вариант решения — аналоговая схема управления, а это уже другая схема.

Ну, и при проблемах с работой ищите либо неисправные детали, либо неправильно подобранные компоненты. Обычно проблема в этом.

Печатная плата ШИМ-регулятора

Разработка отдельной печатной платы поможет не только компактно объединить все элементы, но также позволит использовать этот готовый ШИМ-модуль в других проектах — и не только с двигателями постоянного тока, ШИМ-модуляция идеально подходит, например, для управления нагревателями.

Идея проектирования печатной платы может показаться сложной, но стоит иметь свои собственные печатные платы. Имея это в виду, автор спроектировал печатную плату для модуля регулятора скорости.

При проектировании печатной платы самое важное, что нужно помнить, это обеспечить правильную ширину токовых путей. Высокий ток, который должен проходить через транзисторы к двигателю, также будет проходить через фольгу платы и нагревать её.

На печатной плате добавлены монтажные отверстия, которые облегчат установку модуля в готовый электробайк, а также место для установки радиатора и вентилятора, который будет охлаждать работающие транзисторы.

Чтобы облегчить сборку нужно начать с самых маленьких элементов на печатной плате: в нашем случае это преобразователь LM5008 и компоненты SMD. После пайки дискретных компонентов инвертора LM5008 можем припаять большую катушку по источнику питания и начать пайку более крупных компонентов. В конце установить таймер 555, а затем силовые транзисторы.

При таком огромном количестве энергии, с которым имеет дело создаваемый контроллер, будет выделяться много тепла. Полевые транзисторы будут в основном нагреваться, поэтому надо обеспечить их достаточным охлаждением. Это делается с помощью радиатора с вентилятором.

После установки радиатора схема готова к настройке и дальнейшей работе.

Транзисторный регулятор мощности

Плюс использования транзисторов, это отсутствие помех, которые выдают в сеть симисторы и тиристоры. Второй существенный плюс в их работе и с индуктивной нагрузкой. То есть, их можно использовать не только с лампами накаливания и паяльниками, но и с теми же светодиодными лампами и экономками. Подключаемая нагрузка — не более 100 Вт, диапазон регулировки — от 0 В до 218 В.

Схема регулятора мощности для паяльника на транзисторе

Регулятор мощности паяльника на транзисторе собирается из следующих элементов:

• Транзистор можно выбрать из следующих КТ812А(Б), КТ824А(Б), КТ847А(Б), КТ834А(Б), КТ828А(Б).
• Диодные блоки можно ставить: первый диодный мост VD1-VD4 — КЦ412В или КЦ410В , второй мост VD6-VD9 — КЦ 405 или 407 с любой буквой.
• Диод VD5 берем из серий Д7, Д237, Д226.
• Переменный резистор — не менее 2 Вт.
• Конденсатор оксидный К50-6, К50-16.
• Трансформатор — любой маломощный с напряжением на вторичной обмотке 5-8 В.
• Предохранитель — любого типа на 1 А.

Транзистор обязательно монтировать на радиатор. Толщина 3-5 см, площадь рассеивания не менее 200 см². В схеме также есть тумблер под сетевое напряжение. Постоянные сопротивления любые, важно чтобы мощность была не менее максимальной мощности регулятора. В остальном эта часть элементной базы без особых требований. Если хотите корпус сделать поменьше выбирайте по размеру, а нет так и старые трубчатые подойдут.

Мощность нагрузки, которой может управлять этот регулятор мощности паяльника, можно увеличить, заменив транзистор более мощным. Подключать можно 150 Вт, если поставить КТ856, 250 Вт — КТ834, 250 Вт — КТ 847. Для регулировки ещё более мощной нагрузки, потребуется соединить несколько транзисторов, поставить вместо первого диодного моста более мощные диоды, с рабочим 250 В и выше. В качестве VD5 берем диод с током 1 А или более. Необходимо будет также принудительное охлаждение в виде вентилятора.

Тестирование ШИМ контроллера

Для тестирования контроллера будем использовать набор ячеек литиевых батарей с номинальным напряжением 80 В, которые применяются для данного электрического велосипеда. Контроллер временно подключен к аккумулятору и мотору, который прикреплен к велосипеду, чтобы приводить в движение заднее колесо. Поворачивая потенциометр по часовой стрелке, двигатель должен начать вращаться постепенно и увеличивать скорость, пропорциональную вращению ручки.

Чтобы проверить регулятор скорости на реальной нагрузке, надо смонтировать все на своем месте. Посмотреть как он держит нагрузку, вес, долгое время работы и воздействие атмосферной влажности (лучше покрыть плату лаком).

Схема №1

Эта схема ШИМ-регулятора собиралась на инверторах КМОП-микросхемы. Она является генератором прямоугольных импульсов, который действует на 2-х логических элементах. Благодаря диодам здесь отдельно изменяется постоянная времени разряда и заряда частотозадающего конденсатора. Это позволяет менять скважность, которую имеют выходные импульсы, и как результат – значение эффективного напряжения, которое есть на нагрузке
. В данной схеме возможно использование любых инвертирующих КМОП-элементов, а также ИЛИ-НЕ и И. В качестве примеров подойдут К176ПУ2, К561ЛН1, К561ЛА7, К561ЛЕ5. Можно использовать и другие виды, но перед этим придётся хорошо подумать о том, как правильно сгруппировать их входы, чтобы они могли выполнять возложенный функционал. Преимущества схемы – доступность и простота элементов. Недостатки – сложность (практически невозможность) доработки и несовершенство относительно изменения диапазона выходного напряжения.

Обзор типичных схем

Регулировать вращения вала электродвигателя малой мощности можно посредством последовательного соединения резистора питания с отсутствие. Однако у такого варианта имеется очень низкий КПД и отсутствие возможности плавного изменения скорости. Чтобы избежать такой неприятности, следует рассмотреть несколько схем регулятора, которые применяются чаще всего.

Как известно, ШИМ имеет постоянную амплитуду импульсов. Кроме того, амплитуда идентична напряжению питания. Следовательно, электродвигатель не остановится, даже работая на малых оборотах.

Второй вариант аналогичен первому. Единственное отличие, что в качестве задающего генератора используется операционный усилитель. Этот компонент имеет частоту 500 Гц и занимается выработкой импульсов, имеющих треугольную форму. Регулировка также осуществляется переменным резистором.

Схема №2

Обладает лучшими характеристиками, нежели первый образец, но сложнее в выполнении. Может регулировать эффективное напряжение на нагрузке в диапазоне 0-12В, до которого изменяется с начального значения 8-12В. Максимальный ток зависит от типа полевого транзистора и может достигать значительных значений. Учитывая, что выходное напряжение является пропорциональным входному управляющему, данную схему можно использовать как часть системы регулирования (для поддержки уровня температуры)

ШИМ – широтно-импульсная модуляция

ШИМ в преобладающем большинстве применяется для формирования сигнала синусоидальной формы. Часто ШИМ применяется для управления работой инверторного преобразователя. Инвертор предназначен для преобразования энергии постоянного тока в энергию переменного тока.

Рассмотрим простейшую схему инвертора напряжения.

В один момент времени открывается пара транзисторов VT1 и VT3. Создается путь для протекания тока от аккумулятора GB через активно-индуктивную нагрузку RнLн. В следующий момент VT1 и VT3 заперты, а открыты диагонально противоположные транзисторы VT2 и VT4. Теперь тока протекает от аккумулятора через RнLн в противоположном направлении. Таким образом, ток на нагрузке изменяет свое направление, поэтому является переменным. Как видно, ток на нагрузке не является синусоидальным. Поэтому применяют ШИМ для получения синусоидально формы тока.

Существует несколько типов ШИМ: однополярная, двухполярная, одностороння, двухсторонняя. Здесь мы не будем останавливаться на каждом конкретном типе, а рассмотрим общий подход.

В качестве модулирующего сигнала применяется синусоида, а опорным является сигнал треугольной формы. В результате сравнивания этих сигналов формируются длительности импульсов и пауз (нижний график), которые управляют работой транзисторов VT1…VT4. Обратите внимание, что амплитуда напряжения на нагрузке всегда равна амплитуде источника питания. Также остается неизменным период следования импульсов. Изменяется лишь ширина открывающего импульса. Поэтому при подключении нагрузки ток, протекающий через нее, будет иметь синусоидальную форму (показано пунктиром на нижнем графике).

Так вот, основное отличие между ШИР и ШИМ заключается в том, что при широтно-импульсном регулировании время импульса и паузы сохраняют постоянное значение. А при широтно-импульсной модуляции изменяются длительности импульсов и пауз, что позволяет реализовать выходной сигнал заданной формы.

Широтно-импульсное регулирование ШИР

В западной литературе практически не различают понятия широтно-импульсного регулирования ШИР и широтно-импульсной модуляции ШИМ. Однако у нас различие между ними все же существует.

Сейчас во многих микросхемах, особенно применяемых в DC-DC преобразователях, реализован принцип ШИР. Но при этом их называют ШИМ контроллерами. Поэтому теперь различие в названии между этими двумя способами практически отсутствует.

В любом случае для формирования определенной длительности импульса, подаваемого на базу транзистора и открывающего последний, применяют источники опорного и задающего напряжения, а также компаратор. Рассмотрим упрощенную схему, в которой аккумуляторная батарея GB питает потребитель Rн импульсным способом посредством транзистора VT. Сразу скажу, что в данной схеме я специально не использовал такие элементы, необходимые для работы схемы: конденсатор, дроссель и диод. Это сделано с целью упрощения понимания работы ШИМ, а не всего преобразователя.

Упрощенно, компаратор имеет три вывода: два входа и один выход. Компаратор работает следующим образом. Если величина напряжения на входном выводе «+» (неинвертирующий вход) выше, чем на входе «-» (инвертирующий вход), то на выходе компаратора будет сигнал высокого уровня. В противном случае – низкого уровня.

В нашем случае, именно сигнал высокого уровня открывает транзистор VT. Рассмотрим, как формируется необходимая длительность времени импульса tи. Для этого воспользуемся следующим графиком.

При ШИР на одни вход компаратора подается сигнал пилообразной формы заданной частоты. Его еще называют опорным. На второй вход подается задающее напряжение, которое сравнивается с опорным. В результате сравнения на выходе компаратора формируется импульс соответствующей длительности.

Советуем к прочтению: Бегущие огни

Если на неинверитирующем входе компаратора опорный сигнал, то сначала будет идти пауза, а затем импульс. Если на неинвертирующий вход подать задающий сигнал, то сначала будет импульс, затем пауза.

Таким образом, изменяя значение задаваемого сигнала, можно изменять коэффициент заполнения, а соответственно и среднее напряжение на нагрузке.

Частоту опорного сигнала стремятся сделать максимальной, чтобы снизить параметры дросселей и конденсаторов (на схеме не показаны). Последнее приводит к снижению массы и габаритов импульсного блока питания.