Convertor PWM cu stabilizare de curent. Stabilizator de tensiune de comutare - principiul de funcționare al stabilizatorului. Ce este modularea lățimii impulsului

Principiul modelării lățimii impulsului (PWM) este cunoscut de mult timp, dar a început să fie utilizat în diferite circuite relativ recent. Este un punct cheie pentru funcționarea multor dispozitive utilizate în diverse domenii: surse de alimentare neîntreruptibile de diverse puteri, convertoare de frecvență, sisteme de control al tensiunii, curentului sau vitezei, convertoare de frecvență de laborator etc. S-a dovedit excelent în industria auto și în producție ca element pentru controlul funcționării atât a motoarelor electrice de serviciu, cât și a celor puternice. Regulatorul PWM s-a dovedit atunci când lucrează în diferite circuite.

Să ne uităm la câteva exemple practice care arată cum puteți regla viteza de rotație a unui motor electric folosind circuite electronice care includ un controler PWM. Să presupunem că trebuie să schimbați viteza motorului electric în sistemul de încălzire al mașinii dumneavoastră. O îmbunătățire destul de utilă, nu-i așa? Mai ales în extrasezon, când doriți să reglați fără probleme temperatura din cabină. Motorul de curent continuu instalat în acest sistem vă permite să schimbați viteza, dar este necesar să îi influențați EMF. Cu ajutorul elementelor electronice moderne, această sarcină poate fi îndeplinită cu ușurință. Pentru a face acest lucru, un tranzistor puternic cu efect de câmp este pornit în motor. Este controlat de, după cum probabil ați ghicit, PWM. Cu ajutorul acestuia, puteți modifica viteza motorului electric pe o gamă largă.

Cum funcționează un regulator PWM în circuite?În acest caz, se utilizează o schemă de control ușor diferită, dar principiul de funcționare rămâne același. Ca exemplu, putem lua în considerare funcționarea unui convertor de frecvență. Astfel de dispozitive sunt utilizate pe scară largă în producție pentru a regla viteza motoarelor. Pentru început, tensiunea trifazată este rectificată folosind o punte Larionov și parțial netezită. Și numai după aceea este alimentat la un ansamblu bipolar puternic sau modul bazat pe tranzistori cu efect de câmp. Este controlat de un dispozitiv bazat pe microcontroler. Acesta generează impulsuri de control, lățimea și frecvența acestora necesare pentru a genera o anumită viteză a motorului electric.

Din păcate, pe lângă caracteristicile bune de performanță, circuitele care folosesc un controler PWM experimentează de obicei zgomot puternic în circuitul de alimentare. Acest lucru se datorează prezenței inductanței în înfășurările motoarelor electrice și în linia în sine. Ei combat acest lucru cu o mare varietate de soluții de circuit: instalați protectori puternici de supratensiune în circuitele de curent alternativ sau instalați o diodă de roată liberă în paralel cu motorul în circuitele de alimentare cu curent continuu.

Astfel de circuite se caracterizează printr-o fiabilitate operațională destul de ridicată și sunt inovatoare în domeniul controlului acționărilor electrice de diferite puteri. Sunt destul de compacte și bine controlate. Cele mai recente modificări ale unor astfel de dispozitive sunt utilizate pe scară largă în producție.

Vă este prezentat atenției un circuit asamblat pe baza temporizatorului NE 555 (analog domestic al lui KR1006VI1).

Orez. 1 circuit stabilizator de tensiune PWM

Schema schematică a stabilizatorului este prezentată în Fig.1. Generator pe DA1 ( NE 555), similar cu cel descris în, funcționează pe principiul fază-impuls, deoarece Lățimea impulsului rămâne neschimbată și egală cu sute de microsecunde și se modifică doar distanța dintre cele două impulsuri (fază). Datorita consumului scazut de curent al microcircuitului (5...10 mA), am crescut rezistenta lui R4 de aproape 5 ori, ceea ce i-a facut mai usor regimul termic. Etapa cheie pe VT2, VT1 este asamblată conform circuitului „emițător comun - colector comun”, care a minimizat căderea de tensiune pe VT1. Amplificatorul de putere foloseste doar 2 tranzistoare, deoarece curentul mare de ieșire al microcircuitului (conform 200 mA) vă permite să controlați direct tranzistori puternici fără un emițător adept. Rezistorul R5 este necesar pentru a exclude curentul prin tranzițiile emițător-bază VT1 și colector-

Fig.2

emițător VT2, care pentru tranzistoarele deschise sunt conectate ca două diode. Datorită vitezei relativ scăzute a acestui circuit, a fost necesară scăderea frecvenței generatorului (creșterea capacității lui C1). Tensiunea de intrare ar trebui să fie maximă posibilă, dar să nu depășească 40...50 V. Rezistența rezistenței R8 poate fi calculată folosind formula

Deci, dacă tensiunea de intrare este de 40 V, iar la ieșire ar trebui să varieze între 0...25 V, atunci rezistența R8 este de aproximativ 6 kOhm. Cel mai semnificativ dezavantaj al stabilizatorilor de comutare în comparație cu cei liniari este că, datorită modului de funcționare cu impuls, se observă un coeficient de ondulare ridicat („fluier”) la ieșire, care este foarte greu de eliminat. Este recomandabil să includeți un alt filtru similar în serie cu filtrul L1-C3.

Cel mai semnificativ avantaj al acestui circuit este eficiența sa ridicată, iar cu un curent de sarcină de până la 200 mA, nu este necesar un radiator pe VT1. Un desen al plăcii de circuit imprimat stabilizator este afișat pe Fig.2. Placa este atașată la radiator folosind tranzistorul VT1 lipit la acesta, dar poate fi atașată la șasiu separat de tranzistor. Lungimea firelor de legătură în acest caz nu trebuie să depășească 10...15 cm.Rezistorul R7

Importat, variabil; în schimb, puteți folosi un trimmer sau variabil, care se află în afara plăcii. Lungimea firelor în acest caz nu este critică. Choke L1 este înfășurat pe un inel cu diametrul exterior de 10...15 mm cu fir d=0,6...0,8 mm până la umplere, șocul filtrului suplimentar este înfășurat cu același fir pe o bobină de la transformator, numărul de ture ar trebui să fie maxim. Tranzistor VT2 - orice putere medie (KT602, KT817B...G).
Condensatorul C1 este mai bun decât filmul (cu scurgeri reduse). Este indicat să umpleți accelerația L1 cu parafină, deoarece fluieră destul de tare.

A. KOLDUNOV

Utilizarea diferitelor tipuri de tehnologie în viața de zi cu zi este un atribut indispensabil al societății moderne. Dar nu toate dispozitivele sunt proiectate să se conecteze la o sursă de alimentare standard de 220 V. Multe dintre ele consumă energie cu tensiuni cuprinse între 1 și 25V. Pentru a-l furniza, se utilizează echipamente speciale.

Cu toate acestea, sarcina sa principală nu este atât de a reduce parametrii de ieșire, cât de a menține nivelul lor stabil în rețea. Acest lucru poate fi rezolvat folosind un dispozitiv de stabilizare. Dar, de regulă, astfel de dispozitive sunt destul de greoaie și nu sunt foarte convenabile de utilizat. Cea mai bună opțiune este un stabilizator de tensiune de comutare. Se deosebește de cele liniare nu numai prin dimensiuni, ci și prin principiul său de funcționare.

Ce este un stabilizator de puls?

Un dispozitiv format din două componente principale:

• Integrarea;
• Ajustări.

În prima etapă, energia este acumulată și apoi eliberată. Unitatea de control furnizează curent și, dacă este necesar, întrerupe acest proces. Mai mult, spre deosebire de modelele liniare, în modelele cu impulsuri acest element poate fi în stare închisă sau deschisă. Cu alte cuvinte, funcționează ca o cheie.

Dispozitiv cu puls

Domeniul de aplicare al unor astfel de dispozitive este destul de larg. Cu toate acestea, ele sunt utilizate cel mai adesea în echipamentele de navigație și ar trebui achiziționat un stabilizator de puls pentru a conecta:

• Televizoare LCD
• Surse de alimentare utilizate în sistemele digitale;
• Echipamente industriale de joasă tensiune.

Stabilizatorii de tensiune pentru impulsuri pot fi utilizați și în rețelele cu curent alternativ pentru a-l transforma în curent continuu. Dispozitivele din această clasă sunt, de asemenea, folosite ca surse de alimentare pentru LED-uri de mare putere și pentru reîncărcarea bateriilor.

Cum funcționează echipamentul

Principiul de funcționare al dispozitivului este următorul. Când elementul de reglare este închis, se acumulează energie în elementul de integrare. Acest lucru determină o creștere a tensiunii. Când întrerupătorul este deschis, electricitatea este transferată treptat consumatorilor, ceea ce duce la o scădere a tensiunii.

Urmăriți videoclipul și vedeți cum funcționează dispozitivul:

Un astfel de mod simplu de operare a dispozitivului vă permite să economisiți energie și, în plus, a făcut posibilă crearea unei unități în miniatură.

Următoarele părți pot fi utilizate ca element de reglementare:

• tiristor;
• Tranzistoare.

Unitățile de integrare ale dispozitivului sunt:

• Regulator;
• Baterie;
• Condensator.

Caracteristicile de design ale stabilizatorului sunt legate de modul în care funcționează. Există două tipuri de dispozitive:

1. Cu un declanșator Schmitt.

Să ne uităm la diferențele dintre aceste două tipuri de stabilizatori de tensiune de impuls.

Modele PWM

Model PWM

Dispozitivele de acest tip au unele diferențe de design. Ele constau și din două elemente principale:

1. Generator;
2. Modulator;
3. Amplificator.

Funcționarea lor depinde direct de tensiunea de intrare, precum și de ciclul de funcționare al impulsurilor.

Când cheia este deschisă, energia este transferată la sarcină și amplificatorul este pornit. Compară valorile tensiunii și, după ce a determinat diferența dintre ele, transmite câștigul către modulator.

Impulsurile finale trebuie să aibă o abatere a ciclului de lucru care este proporțională cu parametrii de ieșire. La urma urmei, poziția cheii depinde de ele. La anumite valori ale ciclului de lucru, se deschide sau se închide. Deoarece impulsurile joacă rolul principal în funcționarea dispozitivului, i-au dat numele.

Dispozitive cu un declanșator Schmitt

Acest tip de stabilizator de tensiune de impuls este caracterizat printr-un set minim de elemente. Rolul principal în acesta este dat declanșatorului, care include un comparator. Sarcina acestui element este de a compara valoarea tensiunii de ieșire cu valoarea maximă admisă.

Să urmărim un videoclip cu principiul de funcționare al unui dispozitiv cu un declanșator Schmitt:

Funcționarea dispozitivului este după cum urmează. Când tensiunea maximă este depășită, declanșatorul comută în poziția zero și cheia se deschide. În același timp, clapeta de accelerație se descarcă. Dar de îndată ce tensiunea atinge o valoare minimă, trece de la 0 la 1. Acest lucru duce la închiderea comutatorului și la fluxul de curent în integrator.

Deși astfel de dispozitive au un design destul de simplu, pot fi folosite doar în anumite zone. Acest lucru se explică prin faptul că stabilizatorii de tensiune de impuls pot fi de tip step-down sau step-up.

Clasificarea dispozitivelor

Împărțirea dispozitivelor în tipuri se realizează în funcție de diferite criterii. Deci, pe baza raportului de tensiune la intrare și la ieșire, se disting următoarele tipuri de dispozitive:

• inversarea;
• Schimbarea aleatorie a tensiunii.

Următoarele părți pot fi folosite ca cheie:

• Tranzistoare;
• tiristoare.

În plus, există diferențe în funcționarea stabilizatorilor de tensiune DC în impulsuri. Pe baza acestora, acestea sunt clasificate în modele care funcționează pe:

1. Bazat pe modularea lățimii impulsului;
2. Două poziții.

Avantajele și dezavantajele stabilizatorilor

Stabilizator modular

Ca orice alt dispozitiv, un stabilizator modular nu este ideal. Are avantajele și dezavantajele sale de care ar trebui să fii conștient. Avantajele dispozitivului includ:

• Stabilizare usor de realizat;
• Eficiență ridicată;
• Egalizarea tensiunii pe o gamă largă;
• Parametri de ieșire stabili;
• Dimensiuni compacte;
• Pornire soft.

Dezavantajele dispozitivului includ, în primul rând, designul său complex. Prezența unui număr mare de elemente specifice în el nu permite obținerea unei fiabilități ridicate. În plus, dezavantajul unui stabilizator de tensiune DC în impulsuri este:

• Crearea unui număr mare de interferențe de frecvență;
• Dificultate în efectuarea lucrărilor de reparații;
• Necesitatea de a utiliza dispozitive care compensează factorul de putere.

Interval de frecvență permis

Funcționarea acestui dispozitiv este posibilă la o frecvență de conversie suficient de mare, care este principala sa diferență față de dispozitivele cu transformator de rețea. Creșterea acestui parametru ne-a permis să obținem dimensiuni minime.

Pentru majoritatea modelelor, intervalul de frecvență poate fi de la 20 la 80 kHz. Cu toate acestea, atunci când alegeți atât dispozitivele cheie, cât și PWM, trebuie să țineți cont de armonicile mai mari ale curenților. În acest caz, valoarea superioară a parametrului are anumite restricții care îndeplinesc cerințele pentru echipamentele cu frecvență radio.

Aplicarea dispozitivelor în rețele AC

Dispozitivele din această clasă sunt capabile să transforme curentul continuu la intrare în același la ieșire. Dacă intenționați să le utilizați într-o rețea de curent alternativ, va trebui să instalați un redresor și un filtru de netezire.

Cu toate acestea, trebuie să știți că pe măsură ce tensiunea la intrarea dispozitivului crește, curentul de ieșire scade și invers.

Este posibilă utilizarea unui redresor în punte. Dar în acest caz va fi o sursă de armonici impare și va fi necesară utilizarea unui condensator pentru a obține factorul de putere necesar.

Revizuirea producătorilor

Atunci când alegeți un stabilizator, acordați atenție nu numai caracteristicilor sale tehnice, ci și caracteristicilor sale de design. De asemenea, marca producătorului este importantă. Este puțin probabil ca un dispozitiv fabricat de o companie necunoscută unei game largi de cumpărători să fie de înaltă calitate.

Produse Smartmodule

Prin urmare, majoritatea consumatorilor preferă să aleagă modele aparținând unor mărci populare, cum ar fi:

• Hobbywing;
• Smartmodule.

Produsele acestor companii sunt de înaltă calitate, fiabile și concepute pentru o durată lungă de viață.

Concluzie

Utilizarea aparatelor electrocasnice și a altor aparate electrice a devenit o condiție esențială pentru o viață confortabilă. Dar pentru a vă asigura că dispozitivele dumneavoastră nu se defectează în timpul rețelelor electrice instabile, ar trebui să vă gândiți în avans la achiziționarea unui stabilizator. Ce model de ales depinde de parametrii echipamentului folosit. Dacă intenționați să conectați televizoare LCD moderne, monitoare și dispozitive similare, atunci opțiunea ideală este un stabilizator de comutare.

Fiecare radioamator este familiarizat cu microcircuitul NE555 (analog cu KR1006). Versatilitatea sa vă permite să proiectați o mare varietate de produse de casă: de la un simplu impuls cu un singur vibrator cu două elemente în ham până la un modulator cu mai multe componente. Acest articol va discuta despre circuitul pentru pornirea unui temporizator în modul unui generator de impulsuri dreptunghiulare cu reglare a lățimii impulsului.

Schema și principiul funcționării acestuia

Odată cu dezvoltarea LED-urilor de mare putere, NE555 a intrat din nou în arenă ca un dimmer, amintindu-și avantajele incontestabile. Dispozitivele bazate pe acesta nu necesită cunoștințe profunde de electronică, sunt asamblate rapid și funcționează fiabil.

Se știe că luminozitatea unui LED poate fi controlată în două moduri: analog și impuls. Prima metodă presupune modificarea valorii amplitudinii curentului continuu prin LED. Această metodă are un dezavantaj semnificativ - eficiență scăzută. A doua metodă implică schimbarea lățimii impulsului (factor de sarcină) a curentului cu o frecvență de la 200 Hz la câțiva kiloherți. La astfel de frecvențe, pâlpâirea LED-urilor este invizibilă pentru ochiul uman. Circuitul unui regulator PWM cu un tranzistor de ieșire puternic este prezentat în figură. Este capabil să funcționeze de la 4,5 la 18 V, ceea ce indică capacitatea de a controla luminozitatea atât a unui LED puternic, cât și a unei întregi benzi LED. Intervalul de reglare a luminozității variază de la 5 la 95%. Dispozitivul este o versiune modificată a unui generator de impulsuri dreptunghiulare. Frecvența acestor impulsuri depinde de capacitatea C1 și de rezistențele R1, R2 și este determinată de formula: f=1/(ln2*(R1+2*R2)*C1), Hz

Principiul de funcționare al controlului electronic al luminozității este următorul. În momentul în care se aplică tensiunea de alimentare, condensatorul începe să se încarce prin circuitul: +Usupply – R2 – VD1 –R1 –C1 – -Usupply. De îndată ce tensiunea de pe acesta atinge nivelul de 2/3U, tranzistorul temporizatorului intern se va deschide și va începe procesul de descărcare. Descărcarea începe de la placa superioară C1 și mai departe de-a lungul circuitului: R1 – VD2 –7 pin IC – -U alimentare. După ce a atins marcajul 1/3U, tranzistorul de putere al temporizatorului se va închide și C1 va începe din nou să câștige capacitate. Ulterior, procesul se repetă ciclic, formând impulsuri dreptunghiulare la pinul 3.

Modificarea rezistenței rezistenței de tăiere duce la o scădere (creștere) a timpului de impuls la ieșirea temporizatorului (pin 3) și, ca urmare, valoarea medie a semnalului de ieșire scade (crește). Secvența generată de impulsuri este furnizată prin rezistorul de limitare a curentului R3 către poarta VT1, care este conectată conform unui circuit cu o sursă comună. Sarcina sub formă de bandă LED sau LED-uri de mare putere conectate secvenţial este conectată la circuitul de scurgere deschis VT1.

În acest caz, este instalat un tranzistor MOSFET puternic cu un curent de scurgere maxim de 13A. Acest lucru vă permite să controlați strălucirea unei benzi LED lungi de câțiva metri. Dar tranzistorul poate necesita un radiator.

Condensatorul de blocare C2 elimină influența interferențelor care pot apărea de-a lungul circuitului de alimentare atunci când temporizatorul este comutat. Valoarea capacității sale poate fi oricare în intervalul 0,01-0,1 µF.

Placă și părți de asamblare ale controlului luminozității

Placa de circuit imprimat pe o singură față are dimensiunile de 22x24 mm. După cum puteți vedea din imagine, nu există nimic de prisos pe ea care ar putea ridica întrebări.

După asamblare, circuitul de dimmer PWM nu necesită ajustare, iar placa de circuit imprimat este ușor de realizat cu propriile mâini. Placa, pe lângă rezistența de reglare, folosește elemente SMD.

• DA1 – IC NE555;
• VT1 – tranzistor cu efect de câmp IRF7413;
• VD1,VD2 – 1N4007;
• R1 – 50 kOhm, trim;
• R2, R3 – 1 kOhm;
• C1 – 0,1 µF;
• C2 – 0,01 µF.

Tranzistorul VT1 trebuie selectat în funcție de puterea de sarcină. De exemplu, pentru a modifica luminozitatea unui LED de un watt, va fi suficient un tranzistor bipolar cu un curent maxim admisibil de colector de 500 mA.

Luminozitatea benzii LED trebuie să fie controlată de la o sursă de tensiune de +12 V și să se potrivească cu tensiunea de alimentare a acesteia. În mod ideal, regulatorul ar trebui să fie alimentat de o sursă de alimentare stabilizată special concepută pentru bandă.

Sarcina sub formă de LED-uri individuale de mare putere este alimentată diferit. În acest caz, sursa de alimentare a variatorului este un stabilizator de curent (numit și driver LED). Curentul său nominal de ieșire trebuie să se potrivească cu curentul LED-urilor conectate în serie.

Citeste si