ШИМ контроллер на 12 вольт

Простая схема управления двигателем постоянного тока

Простейшая схема управления двигателем постоянного тока состоит из полевого транзистора, на затвор которого подается ШИМ сигнал. Транзистор в данной схеме выполняет роль электронного ключа, коммутирующего один из выводов двигателя на землю. Транзистор открывается на момент длительности импульса.

Как будет вести себя двигатель в таком включении? Если частота ШИМ сигнала будет низкой (единицы Гц), то двигатель будет поворачиваться рывками. Это будет особенно заметно при маленьком коэффициенте заполнения ШИМ сигнала.
При частоте в сотни Гц мотор будет вращаться непрерывно и его скорость вращения будет изменяться пропорционально коэффициенту заполнения. Грубо говоря, двигатель будет “воспринимать” среднее значение подводимой к нему энергии.

Схема для генерации ШИМ сигнала

Существует много схем для генерации ШИМ сигнала. Одна из самых простых – это схема на основе 555-го таймера. Она требует минимум компонентов, не нуждается в настройке и собирается за один час.

Напряжение питания схемы VCC может быть в диапазоне 5 – 16 Вольт. В качестве диодов VD1 – VD3 можно взять практически любые диоды.

Если интересно разобраться, как работает эта схема, нужно обратиться к блок схеме 555-го таймера. Таймер состоит из делителя напряжения, двух компараторов, триггера, ключа с открытым коллектором и выходного буфера.

Вывод питания (VCC) и сброса (Reset) у нас заведены на плюс питания, допустим, +5 В, а земляной (GND) на минус. Открытый коллектор транзистора (вывод DISCH) подтянут к плюсу питания через резистор и с него снимается ШИМ сигнал. Вывод CONT не используется, к нему подключен конденсатор. Выводы компараторов THRES и TRIG объединены и подключены к RC цепочке, состоящей из переменного резистора, двух диодов и конденсатора. Средний вывод переменного резистора подключен к выводу OUT. Крайние выводы резистора подключены через диоды к конденсатору, который вторым выводом подключен к земле. Благодаря такому включению диодов, конденсатор заряжается через одну часть переменного резистора, а разряжается через другую.

В момент включения питания на выводе OUT низкий логический уровень, тогда на выводах THRES и TRIG, благодаря диоду VD2, тоже будет низкий уровень. Верхний компаратор переключит выход в ноль, а нижний в единицу. На выходе триггера установится нулевой уровень (потому что у него инвертор на выходе), транзисторный ключ закроется, а на выводе OUT установиться высокий уровень (потому что у него на инвертор на входе). Далее конденсатор С3 начнет заряжаться через диод VD1. Когда она зарядится до определенного уровня, нижний компаратор переключится в ноль, а затем верхний компаратор переключит выход в единицу. На выходе триггера установится единичный уровень, транзисторный ключ откроется, а на выводе OUT установится низкий уровень. Конденсатор C3 начнет разряжаться через диод VD2, до тех пор, пока полностью не разрядится и компараторы не переключат триггер в другое состояние. Далее цикл будет повторяться.

Приблизительную частоту ШИМ сигнала, формируемого этой схемой, можно рассчитать по следующей формуле:

где R1 в омах, C1 в фарадах.

При номиналах указанных на схеме выше, частота ШИМ сигнала будет равна:

F = 1.44/(50000*0.0000001) = 288 Гц.

ШИМ регулятор оборотов двигателя постоянного тока

Объединим две представленные выше схемы, и мы получим простую схему регулятора оборотов двигателя постоянного тока, которую можно применить для управления оборотами двигателя игрушки, робота, микродрели и т.д.

VT1 – полевой транзистор n-типа, способный выдерживать максимальный ток двигателя при заданном напряжении и нагрузке на валу. VCC1 от 5 до 16 В, VCC2 больше или равно VCC1.

Вместо полевого транзистора можно использовать биполярный n-p-n транзистор, транзистор дарлингтона, оптореле соответствующей мощности.

Широтно-импульсный регулятор оборотов электродвигателя 12 вольт – ШИМ контроллер своими руками

Микроконтроллеры, такие как, например Arduino — это отличный способ управлять проектами в области электроники. К сожалению, максимальный вывод цифровых пинов равен 40 мА, чего недостаточно для питания большинства двигателей. Здесь может быть полезен шилд для регулятора оборотов двигателя на 12 вольт. Но это дорого, и позволяет вам управлять лишь несколькими моторами.

Простейший тип контроллера скорости использует сигнал модуляции ширины импульса. Этот сигнал может быть сгенерирован любым из ШИМ-пинов на Arduino. Поэтому нам нужно будет использовать внешний источник питания (например, аккумуляторную батарею) и транзисторную схему коммутации. Это похоже на транзисторную схему на шилде реле, но мы внесли несколько изменений. Я добавил светодиод для визуальной индикации на выходе.

В этом проекте я покажу вам, как сделать своими руками простой ШИМ регулятор оборотов двигателя.

Шаг 1: Инструменты и материалы

Вот материалы и инструменты, которые понадобятся вам для этого проекта.

  • 2 биполярных NPN транзистора (например, tip31a)
  • 2 диода IN4001
  • 2 резистора 1000 Ом
  • 2 светодиода любого цвета
  • 2 коннектора 2 x 1
  • 1 коннектор 1 x 4
  • 1 коннектор для батареи
  • 1 одножильный провод диаметром 0,255 мм
  • 1 печатная плата

Некоторые из компонентов продублированы, потому что я делаю два контроллера скорости на одной печатной плате. Вы можете сделать только один, используя по одному компоненту.

  • Паяльник и припой
  • Кусачки
  • Стриппер для проволоки
  • Плоскогубцы с узким носом

Шаг 2: Припаиваем транзисторы

Начните с пайки двух транзисторов на печатной плате. Оставьте между ними пространство, чтобы поместить другие компоненты. Пока не обрезайте провода. Обратите внимание на пин-аут транзистора, чтобы подключить все правильно. Чтобы лучше понять схему и то, как она работает, будет неплохо сначала сделать прототип схемы на плате.

Шаг 3: Припаяйте маленькие коннекторы

Припаяйте маленькие 2х1 коннекторы. В качестве альтернативы вы можете использовать винтовые клеммы. Опять же, оставьте пространство между коннекторами и транзисторами.

Шаг 4: Припаяйте диоды

Припаяйте диоды к передней панели, перед маленькими коннекторами. Соедините диоды с коннекторами как показано на 3 картинке. Это предотвратит подачу электродвигателем слишком большого тока на плату. Обрежьте излишки проводов на всех диодах. В идеале у вас должна остаться серебряная полоска, обращенная к верхней части доски — это упростит соединение.

Шаг 5: Припаяйте базовые резисторы

Припаяйте резисторы 1К к основанию (пин 1) каждого транзистора. Оставьте место между резисторами и не подключайте их ни к чему. Отрежьте основной провод и провод резистора, подключенный к нему.

Шаг 6: Припаяйте светодиодные резисторы

Припаяйте резистор 100 Ом к печатной плате, чтобы один из проводов был подключен к аноду светодиода (более длинный провод). Обрежьте один провод резистора и провод анода.

Шаг 7: Соедините пары резисторов

Подключите провод от одного из светодиодных резисторов к одному из транзисторных резисторов. Отрежьте провод только от светодиодного резистора. Повторите с остальными резисторами, чтобы сделать две пары резисторов.

Запомните, какой из резисторов подключен к какому! Эти пары будут раздельными, мы делаем 2 контроллера.

Шаг 8: Припаяйте внешние источники питания

Припаяйте провода источника питания. Вы можете подключить плату к аккумулятору на ваше усмотрение (учитывая напряжение и силу тока двигателя и микроконтроллера). Я подключил разъем для батареи 9 В, чтобы иметь возможность поставить аккумулятор 9 В или 12 В. Завяжите узел возле основания, чтобы разъем не выпал.

Дополнительно: просверлите отверстие, чтобы протащить провода насквозь для лучшей фиксации.

Шаг 9: Припаяйте большой коннектор

Припаяйте большой коннектор к левому верхнему углу платы. Подключите положительный провод от источника питания к самому дальнему контакту слева (положив плату так, чтобы коннектор был в левом верхнем углу). Подключите отрицательный провод источника питания к пину рядом с положительным контактом, который вы только что припаяли. Я использовал красный провод для положительных соединений, а синий для заземления.

Примечание: это можно использовать для питания микроконтроллера или другого аксессуара, а также вы можете использовать это в качестве источника питания, если вы не хотите использовать прилагаемые провода питания.

Шаг 10: Подключите входы ШИМ

Подключите резистор, подключенный к базе (пин 1) транзистора к одному из контактов большого коннектора. Сделайте то же самое для другого резистора, подключив его к оставшемуся контакту. Большой коннектор будет использоваться для входов/выходов. Подключите пин ШИМ к входным контактам ШИМ, которые вы только что припаяли, и используйте контакты питания в качестве входа или выхода для питания. Я использовал провод белого цвета для этих соединений.

Шаг 11: Подключение заземления

Подключите два эмиттера транзисторов (пин 3) к земле. Подключите два катодных провода светодиодов к земле. Обрежьте выводы трансмиттера и светодиодов. Я использовал провод синего цвета для заземления.

Шаг 12: Подключите контакты двигателя к электропитанию

Соедините положительный провод с ближайшим к серебряной полоске диода соединением. Руководствуйтесь для справки фотографией, так как эта часть может быть сложной. Сделайте это для обоих наборов коннекторов.

Шаг 13: Подключите контакты двигателя к коллектору транзистора

Здесь нужно вспомнить пару резисторов. Выберите пин для подключения мотора и выясните, к какому транзистору подключен светодиод возле этого пина. После этого подсоедините провод оставшегося соединения к коллектору (пин 2) транзистора, к которому подключен светодиод. Обрежьте провод транзистора и повторите это для другого коннектора и транзистора. Используйте изображения для справки.

Шаг 14: Загрузите код

Теперь у вас есть простое устройство для контроля двигателя. Вы можете установить скорость двигателя, отправив команду аналогового ввода на базу транзистора. Загрузите в Ардуино образец кода, приведенный ниже. Поиграйте со значениями и кодом, чтобы вам было удобно контролировать скорость двигателя.

Чтобы использовать это с другими микроконтроллерами, убедитесь, что он имеет выход ШИМ и установите выход в соответствии с требуемой скоростью. Если вы не знаете, как это сделать, найдите образец кода для управления светодиодом и измените код по-своему. В принципе, вы можете представить себе это как контроль светодиода; устройство принимает сигнал широтно-импульсного регулятора и управляет двигателем с более высоким напряжением и током.

Рассказываю как сделать какую-либо вещь с пошаговыми фото и видео инструкциями.

Motor Control

Motor Control Circuits

Страницы

ШИМ-регулятор оборотов

ШИМ-регуляторы все работоспособны , проверил их работу с помощью двигателя от шуруповёрта.
Снял видео –

Читайте также:  Драйвер регулятора постоянного тока полумостовой

122 комментария:

Частота ШИМа около 40 КГц?

Честно говоря уже точно не помню, в районе 10 – 15 кГц

мска слаба . если кто частоту повышает и уберает свист .то пт 2шт непотянетнужна раскачка пред выход то можно тогда снимать и токи большие для электро велло .

Накидал на макетке схему 1, питание 12,5В, подключил 12В моторчик от шуруповёрта.
1. Обороты изменяются, НО на любых оборотах можно остановить двигатель рукой. Что не так?
2. На низких оборотах свистит, а именно низкие, до 300 нужны. Как убрать свист?
3. При 12,5В питании и 12В моторчике могу ибойтись без стабилизатора?

1. Не хватает мощности блока питания скорей всего.
2. Да, свистит. Как убрать не знаю, но можно попытаться частоту менять конденсатором С1.
3. Можно

Можно подавать на вход любое напряжение или только 12 вольт?

В приведённых схемах напряжение можно подавать до 25-30 вольт, это напряжение ограничено максимально допустимым входным для стабилизатора 7809.

Добрый день! Ссылки на печатные платы у вас не работают.

Проверил – вроде всё работает.

Я конечно извиняюсь но не одна ссылка не открывается.Я уже отключил все расширения и антивирусник.

Все открылось в другом браузере.

Что бы убрать свист нужно конденсатор c1 поставить на 220 pf (проверено на собранной схеме)

здравствуйте, а для двигателя на 48вольт что можете посоветовать?

В общем , схема такая-же. Только надо правильно запитать схему управления на NE555, а также взять подходящие по току и напряжению полевой транзистор и диод.

Здравствуйте! Собрал схему на 5 ампер. Все регулируется и есть легкий свист как у вас. Скажите, пожалуйста, должно ли меняться напряжение на выходе (на клеммах двигателя) при регулировке или нет?

Конечно, будет меняться. Если измерять тестером на постоянке – то напряжение на двигателе будет изменятся от нуля до напряжения питания. Примерно

Спасибо! Очень признателен! Отличный сайт!

Здравствуйте! скажите на схеме между диодом d1 и переменным резистором стоит резистор 1к на печатке же его нет! Это сделано специально?

Да, вы внимательны, но это не принципиально – в сторону максимума убрано ограничение.

здравствуйте не подскажете что может быть собрал схему на 5 ампер подключил в нагрузку мощный кулер но он работает не стабильно, начинает набирать обороты и сбрасывает и снова набирает и сбасывает и так работает с цикличностью

Наверно не хватает мощности блоку питания – чем запитываете кулер?

Все разобрался! Объясню может кому пригодится! Запитывал мощный кулер с током потребления 3,5 А, кулер 4-х пиновый, порыскал по форумам оказалось что для управления такими кулерами не хватает только двух проводов питания нужен управляющий провод (синий)! Подключил так, плюс и минус от блока питания а синий провод питается от стока IRF540

Где купить готовый ШИМ на шуруповёрт

http://got.by/vr019 -можно тут купить

Спасибо а он точно при низких оборотах не потеряет тягу?

Нужен такой как на видео.

Я их делал только для видео и у меня остался ещё на 10 А. Напишите мне на почту roshansky@mail.ru

В Китае можно купить –
http://ali.pub/3zl5i

можно в китае заказать
могу дать ссылку

На печатной плате, между 1 и 8 ножкой стоит конденсатор. На схеме его нет. На фото ШИМ 5 А, он четко виден. Скажите пожалуйста номинал этого конденсатора. Про R2 уже прочитал в комментариях.

Это не принципиально – дополнительно 0.1 мкф по питанию микросхемы.

здравствуйте необходимо инвертировать управление по плюсу,помогите со схемой.

Не схеме нет, а на плате есть резистор со входа + на вход стабилизатора. Для чего? Номинал?

Это просто перемычка – 0 ом

Первую схемку накидал на макетке год назад – работала, правда свистела.

Сегодня протравил Вашу, спаял – не работает. Двигатель от шуруповёрта дёргается, но не крутится. На выходе БП 12В напряжение в такт дёрганью мотора просаживается до 0.
Подключил вместо моторчика лампу 12В 21 Вт – при любом (кроме одного крайнего) положении переменника лампочка ритмично два раза раскаляет нить до красна (но не светится), затем, на третий такт, вспыхивает и горит ярко. Регулировка не работает.
БП китайский 12В 5А тянет автолампу 12В 55А. Пробовал заменить его на 14В АКБ от шуруповёрта – там уж ТОЧНО ток порядочный – тоже самое. Провода между БП, ШИМ и двигателем 2,5мм2 10 см. Переменник припаян на проводах 5 см.

Конденсатор С1 поставил 220 pf.

Добавлю – речь про 5А схему.

Эта схема проверена и много раз. Посмотрите осциллографом что у вас на 3 выходе NE555. Должны быть чёткие прямоугольные импульсы и скважность должна изменяться когда мы крутим переменный резистор. Может быть кондёр С1 маловат, попробуйте запаять больше – 1000 пФ
И какая у вас частота ШИМ получается?

Заработала. Оказалась неисправной микросхема из магазина. Бывает.

Большое спасибо Максим Тишкову за совет по изменению конденсатора – теперь не свистит.

. то ли я в лыжи обутый то ли схема так себе .

Мне для работы нужна лабораторная мешалка, компактная, мешать от 100 мл до 3 литров. 99 % времени обороты 250 об/мин. Вытравил плату, спаял. БП – с Али 12В 5А. Мотор – от шуруповёрта на 12В, магазин “Радио”.
На таких оборотах вращение НЕРАВНОМЕРНОЕ, мешалка время от времени останавливается (а я должен быть уверен, что она мешает, пока я другими делами занят. ). ОСТАНАВЛИВАЕТСЯ от ЛЁГКОГО прикосновения пальца к валу.

Вот https://yadi.sk/d/Tdlv-Lky3MN6am ссылка на фото – общий вид и компоновка. Жёлто-зелёные провода – ПВЗ-2,5.

МОИ ИЗМЕНЕНИЯ в схеме:
1. Чтобы увеличение оборотов мотора происходило при вращении переменника ПО часовой стрелке, поменял местами крайние провода переменника.
2. Чтобы ограничить максимальную частоту вращения, на одну из крайних ножек повесил сопротивление 70кОм*3=210кОм
3. Чтобы не свистела при работе – С1 – 220 пФ.

ВОПРОСЫ:
1. Почему нестабильное вращение на малых оборотах?
2. Почему вращение останавливается “силой мысли”?

ЗЫ Заказал на Али ШИМ за 180 рублей. Посылка уже в Москве, посмотрю как он держит МАЛЫЕ обороты.

ЗЫЫ Мой старенький осцил после 5 лет в гараже приказал долго жить 🙁 Посмотреть импульсы нечем 🙁

Т.е. мне бы регулировку 0-1000 об/мин с нелинейной зависимостью (переменник В?)

Чтобы держали стабильно малые обороты при изменяющейся нагрузке нужна обратная связь по оборотам. Как вариант – контроллер ( например Ардуино) – выход ШИМ – обратная связь от таходатчика ( например датчик Холла ) – программа которая поддерживает обороты двигателя. Силовая часть стандартная.

Неверно выразился-получил бесполезный совет. Сам виноват.

Наливаю воду в стакан, опускаю мешалку, выставляю на глаз 250 об/мин. Мешалка вращается, обороты, на глаз, стабильны, всё в порядке. Нагрузка НЕИЗМЕННАЯ – вода!
Затем, НЕ периодично (от нескольких десятков секунд до нескольких минут) ОСТАНАВЛИВАЕТСЯ.

Как В ЭТОЙ схеме обеспечить:
1. Стабильную работу на оборотах от 150?
2. Ограничить максимальные 1000-15000?

поправка обороты 1000-1500, а не 15 000

Как купить ваш ШИМ регулятор
+79894400534

Я в общем делал эти ШИМы только для видео и сам я из Беларуси. Аналогичные можно купить в Китае, по ценам с ними конкурировать невозможно.

сколько соит заказ 1 плати в украину? И есть ли ваше прещдставительство в киеве?

Ещё раз повторю – Я в общем делал эти ШИМы только для видео и сам я из Беларуси. Аналогичные можно купить в Китае, по ценам с ними конкурировать невозможно.

Добрый день! Как известно, чем выше частота шим тем сильнее греется мосфет. Мне нужен простой шим с питанием 5-24В, т.к. в качестве нагрузки будет нагревательный элемент, но очень мощный, до 50А. Подскажите как понизить частоту до 30-100Гц, только заменой конденсатора С1 на более ёмкий? Какая емкость нужна?
Заранее огромное спасибо!

Да, чтобы понизить частоту ШИМ – надо увеличить ёмкость конденсатора С1. Попробуйте поставить 0.1 мкФ ( или 0.01 мкФ ), можно подобрать экспериментально, а можно воспользоваться онлайн калькулятором NE555 – задайте поиск и вы увидите. Есть также программы для расчёта схем на NE555 – они тоже все бесплатные и их можно скачать.

Подскажите еще, пожалуйста, переменный резистор принципиально на 100кОм и стабилизатор на 9В? Если резистор на 50кОм и стаб на 12В еще нужно что-то менять?

Практический ремонт блока питания D Link, замена пускового конденсатора.

Практический ремонт блока питания D-Link JTA0302D-E (5В*2А).

Давно созрела идея сделать методическое пособие по ремонту блоков питания выполненных на ШИМ контроллере UC384X. Пока только делаем наработки, которые должны собраться в единый материал. Сразу оговорюсь, сами мы по такой методике блоки питания на 384Х не ремонтируем, слишком долго, и в большинстве своем при ремонте больше полагаемся на интуицию и опыт. Но столкнувшись с неизвестной дрыгалкой (так мы называем ШИМ контроллер) работаем именно по этой методике.

Ремонт №1.

Начнем ремонт со схемы

Рис. Схема блока питания D-Link

  1. Самая первичная диагностика. Замеряем входное сопротивление со стороны входа и выхода. В обоих случаях не должно быть короткого замыкания. В нашем случае короткого замыкания нет и сопротивление входа выхода в пределах нормы. Входное сопротивление мы измеряем для того, что бы знать, есть смысл включать в розетку еще не разобранный блок питания. Если входное сопротивление слишком мало в пределах 50-1000 Ом, желательно сразу разбирать и смотреть, что могло выйти из строя. Выходное сопротивление следует измерять на предмет короткого замыкания, следует отметить у блока питания на выходе стоят конденсаторы. При проверке есть шанс – прибор покажет короткое замыкание, однако через небольшой промежуток времени короткое замыкание исчезнет – конденсатор зарядится. Если же короткое замыкание не пропадает, возможно проблема в выходном проводе или подкорачивает в штекере. В нашем случае входное сопротивление колеблется от 600кОм до 1,5мОм (в зависмости от степени заряда конденсатора С1(22мкФ*400В), на выходе нет короткого замыкания.
    Важное замечание. Замерять входное сопротивление настоятельно рекомендуется, еще по одной причине. Рано или поздно по входному сопротивлению вы будете понимать живой или битый конденсатор на выходе первичного выпрямителя.
  2. Диагностическое включение. Первичная диагностика по сопротивлению показала входное сопротивление больше 600 кОм – это говорит о том, что блок питания можно включать в сеть.

    Важное замечание если есть хоть малейшее подозрение, что в первичной цепи блока питания есть дефект, рекомендуется включать на лампу накаливания 220В. Пример подключения на лампу. При таком включении при коротком замыкании в первичной цепи блока питания, у Вас не вышибет автоматик, а просто лампочка загорится во весь накал.

    Рис. Подключение ремонтируемого блока питания на лампу накаливания 220В.

    На включенном в сеть блоке питания замеряем выходное напряжение. В нашем случае выходного напряжение 0в, то есть блок питания вообще не включается.

  3. Разбираем и делаем визуальный осмотр. По опыту хочется сказать, 50% всех ремонтов, делаются за счет замены неисправных деталей выявленных при визуальном осмотре. Для визуального осмотра Вам понадобится мощный источник света и увеличительное стекло (лупа). Для беглого осмотра достаточно каски (ремешок на голову на котором закреплены увеличительные стекла, как у сталеваров), для детального осмотра используем лупу с 20х увеличением. В нашем случае визуально ни чего не удалось обнаружить, можете попробовать сами, фото прилагаются.
    Рис. Блок питания D-Link JTA0302D-E, вид со стороны деталейРис. Блок питания D-Link JTA0302D-E, вид со стороны печатной платы
    Хорошо подходит для этих целей лупа с подсветкой для определения фальшивых купюр.

    Снимаем лишнее, а именно корпус-вилку и подключаемся через обычный провод с вилкой на конце.

  4. Проверка выпрямителя. Включаем и смотрим напряжение на конденсаторе выпрямителя C1 (22мкФ*400В), напряжение около 306В, что говорит об исправности выпрямителя. Значит, неисправен или не работает ШИМ контроллер UC3843.
  5. Проверяем напряжение питания на ШИМ контроллере IC1(UC3843).

Рис. Цепь запуска при включении, блок питания D-Link

К слову сказать на схеме указана UC3842B, у рассматриваемого блока питания стоит UC3843A. В чипах, обозначение которых содержит индекс «А», снижен стартовый ток и несколько выше точность опорного напряжения, но стоимость их одинакова.

На 7 ноге присутствует 7,6В, что соответствует напряжению выключения. Фактически ШИМ контроллер даже не включался, так как для включения требуется не менее 8,4В на этой ноге. Замеряем так называемый пусковой конденсатор С6 (47мкФ*25В) емкость конденсатора 18мкФ. Меняем конденсатор С6 (47мкФ*25В) на конденсатор 47мкФ*50В, напряжение на 7 ноге микросхемы появилось и стало равным 12В.

Замена конденсатора на другой номинал вызвана тем, что на этом месте привычнее видеть конденсатор именно такого номинала, но и 25В тоже должен нормально работать, так как параллельно ему стоит защитный стабилитрон ZD1 на 20В.
Рис. Форма напряжения питания на 7 ноге UC3842 до замены конденсатора С6.Рис. Форма напряжения питания после замены конденсатора С6.

Собственно ремонт закончился. Напряжение на выходе стало в норме.

  1. Проверка выходного напряжения на нагрузку. Важный этап про который почему то, некоторые механики забывают. Подключаем на выход +5В -автомобильную лампу 12В ближний/дальний свет, лампа должна гореть довольно ярко даже на дальнем свете. Если блок питания не зажигает автомобильную лампу, выходные конденсаторы под замену. В нашем случае проверка на лампу прошла успешно.

Вывод. Данный пример оказался не очень интересный в плане поиска неисправности, но он показывает очень характерную поломку для микросхемы ШИМ контроллера 384x, выход из строя пускового конденсатора.

Практический ремонт. Как бы на самом деле происходил ремонт -общее время ремонта от начала до конца, с мини тех. прогоном 30 мин.

  1. Меряем входное, выходное сопротивление.
  2. Включаем, смотрим выходное напряжение.
  3. Разбираем, осматриваем, меняем пусковой конденсатор не задумываясь, без всяких замеров и осциллограмм.
  4. Включаем меряем выходное напряжение и выдаем из ремонта с проверкой на лампу 12В.

Запуск и проверка от внешнего блока питания12В, моделирование работы ШИМ контроллера.

Рис. Запуск микросхемы UC3843A от внешнего блока питания.

Данная процедура позволяет проверить работоспособность микросхемы ШИМ контроллера. В рассматриваемом примере этого делать не надо так, как блок питания запустился полсе замены пускового конденсатора, материал изложен в ознакомительных целях. Кратко, на 5 и7 ногу подаем землю и +12В соответсвенно. На 8 ноге должно появится опорное напряжение +5В, на 4 ноге пила, на 6 ноге импульсы управляющие работой силового ключа.

Почему подано 12В?

Во первых, UC3843A напряжение включения 8,4В.

Во вторых, на входе по питанию в блоке питания стоит стабилитрон на 20В, так что больше 20 вольт подавать нельзя.

В третьих, 12 вольт лекго снять с обыкновенного блока питания ATX для компьютера.

Схема ШИМ-регулятора яркости светодиодов для сборки своими руками

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 18 В, 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.

Заказать готовую сборку от автора можно здесь.

Практические советы

Транзистор VT1 должен подбираться в зависимости от мощности нагрузки. Например, для изменения яркости одноваттного светодиода достаточно будет биполярного транзистора с максимально допустимым током коллектора 500 мА.

Управление яркостью светодиодной ленты должно осуществляться от источника напряжения +12 В и совпадать с её напряжением питания. В идеале регулятор должен питаться от стабилизированного блока питания, специально предназначенного для ленты.

Нагрузка в виде отдельных мощных светодиодов запитывается иначе. В этом случае источником питания диммера служит стабилизатор тока (его еще называют драйвер для светодиода). Его номинальный выходной ток должен соответствовать току последовательно включенных светодиодов.

ШИМ-контроллер – что за зверь такой?

В далекие, теперь уже времена прошлого века, в блоках питания для понижения или повышения напряжения применялись линейные трансформаторы. Диодный мост и электролитический конденсатор сглаживал пульсацию. Далее напряжение стабилизировалось линейными или интегральными стабилизаторами. Вес таких источников питания был достаточно большой, ничуть не меньше были и габариты. Чем большая мощность требовалась от БП, тем в несколько раз был объемнее и тяжелее сам блок питания.

Если заглянуть в современную бытовую технику, то сейчас вы увидите импульсный источник питания, или блок питания – сокращенно ИБП. В таких модулях питания используется в качестве управления специальная микросхема-контроллер Широтно-импульсной модуляции, или сокращенно ШИМ. Здесь мы и поговорим об устройстве и назначении этого элемента.

Преимущества и определения ШИМ-контроллера

ШИМ-контроллер это совокупность нескольких функциональных схем для того чтобы управлять выходными силовыми каскадами, собранными обычно на транзисторах. Управляются они исходя из той информации, которую микросхема ШИМ получает от выходных цепей. В зависимости от тока или выходного напряжения на выходе блока питания ШИМ-контроллер регулирует время открытия ключевого транзистора. Таким образом, получается замкнутый круг. Эта часть блока питания называется обратная связь или ОС.

В литературе и интернет источниках можно встретить случаи, когда ШИМ-контроллерами называют различные генераторы сигналов с регулировкой широты импульса, НО без обратной связи! К таким генераторам (на NE555 и др.) не совсем корректно применять понятие контроллер, скорее регулятор или генератор.

Широтно-импульсная модуляция – это тот метод, когда сигнал модулируется не с помощью изменения амплитуды или частоты, а с помощью длительности импульса. Далее, после интеграции импульсов при помощи LC-фильтров происходит сглаживание модулированного сигнала.

Характеристики ШИМ.

Для Широтно-модулированного сигнала характеристик всего две:

  1. Частота следования импульсов
  2. Скважность импульсов, или коэффициент заполнения. По сути это одно и то же. Разница лишь в обозначении: для скважности -это D, для заполнения используем литеру S. Коэффициент заполнения = единица / период сигнала T

T – Период сигнала

F – Частота сигнала

Таким образом, коэффициент заполнения ничто иное как интервал от периода сигнала. Отсюда следует что он (коэффициент заполнения) всегда будет меньше единицы, что не скажешь о скважности – она всегда будет больше 1.

Возьмем пример:

Частота сигнала = 50 кГц.

Период сигнала = 20 мкс.

Теперь предположим, что ключ выхода ШИМ открывается на 4 мкс. Коэффициент заполнение составит минус 20%, а скважность будет равна 5.

Конечно же, в расчет необходимо брать конструкцию ШИМ, исходя из количества силовых ключей.

Отличительные особенности импульсных и линейных БП.

Существенным преимуществом импульсных источников питания перед линейными является хороший КПД (около 90%)

Структура ШИМ

Давайте рассмотрим структуру любого ШИМ-контроллера. Хоть в своем огромном семействе разные ШИМ-ы и обладают дополнительными функциональными особенностями, но все же они все похожи.

Заглянув в микросхему, мы увидим полупроводниковый кристалл, в котором находятся следующие функциональные составляющие:

  1. Генератор последовательных импульсов.
  2. Источник опорного напряжения.
  3. Схема обратной связи (ОС), усилитель ошибки.
  4. Генератор прямоугольных импульсов, управляющий транзисторами, которые в свою очередь коммутируют силовые ключевые каскады.

Количество этих ключей, зависит от предназначения самого ШИМ-контроллера. Например, простые обратноходовые схемы построены на 1-м силовом ключе, полу мостовые на 2-х, а мостовые преобразователи на 4-х ключах.

Выбирая ШИМ-контроллер необходимо исходит из того какой ключ используется. Например, если в блоке питания в качестве выходного каскада стоит биполярный транзистор, то подойдет большая часть контроллеров. Связано это с тем, что управлять таким силовым ключом достаточно просто – подавая импульсы на базу транзистора, мы открываем и закрываем его.

А вот если мы будем использовать полевые транзисторы с изолированным затвором (MOSFET) или IGBT транзисторы, то здесь уже немного сложнее. Выходной транзистор-ключ мало того что нужно открыть – путем заряда затвора, так нам его еще надо и закрыть, естественно разряжая затвор ключа. Для таких схем используются соответствующие ШИМ-контроллеры. У них на выходе стоит 2 транзистора – один заряжает затвор ключа, а другой разряжает, замыкая его на землю.

На заметку:

Многие ШИМ-контроллеры совмещаются с силовыми ключами в один корпус. Если этот контроллер для маломощного блока питания, то выходные транзисторы устанавливаются прямо в микросхему контроллера.

В случае же если блок питания достаточно мощный, то интеграция происходит в обратную сторону – микросхема ШИМ-контроллер устанавливается в корпус силового ключа. Такую микросхему легко установить на радиатор. Соответственно количество выводов у такой микросхемы не как у транзистора.

Грубо говоря, ШИМ-контроллер представляет собой компаратор, на один из входов которого приходит сигнал обратной связи, на другой пилообразный сигнал генератора. Когда первый по амплитуде превышает второй, на выходе формируется импульс.

Тем самым ширина импульса на выходе зависит от соотношения входных сигналов. Предположим, что мы подключили более мощную нагрузку к выходу БП, и напряжение дало просадку. На обратной связи будет тоже падение. Что же произойдет?

В периоде сигнала начнет преобладать пилообразный сигнал, длительность импульсов на выходе увеличится и напряжение компенсируется. Происходит это все в доли секунды.

Частота работы генератора ШИМ-а задается RC-цепью

Пример использования ШИМ-контроллера на базе TL494 – довольно распространённой микросхемы. Далее рассмотрим назначение отдельных выводов этой микросхемы.

Давайте разберем назначение и название этих выводов:

  • Vcc (Ucc, Vss)– вывод питания микросхемы.
  • GND (Ground – земля) – земля или общий провод
  • OUT – выход контроллера. С этого вывода и выходит управляющий сигнал для переключения ключей. Иногда выходные выводы обозначают HO и LO (для полумоста)
  • Vc (Uc) – Вывод контролирующий питание. При пониженном питании возможен перегрев и выход из строя ключей. Контрольный вывод заблокирует работу контроллера в таком случае.
  • Vref – опорное напряжение, чаще всего на этот вывод вешается конденсатор, соединенный с землей.
  • ILIM – сигнал с измерителя тока. Соединен с обратной связью для ограничения тока.
  • ILIMREF – регулировочный вывод для сработки по току
  • SS – мягкий старт контроллера. Используется для плавного запуска блока питания и выхода в штатный режим работы.
  • RtCt – выводы RC-цепи, которая и задает частоту работы ШИМ.
  • CLOCK – выходной сигнал тактовых синхроимпульсов. Предназначен для синхронизации работы нескольких ШИМ-контроллеров в одной схеме.
  • RAMP – сравнивающий вывод. На нем присутствует пилообразный сигнал генератора и сигнал обратной связи для формирования ШИМ -сигнала.
  • INV и NOINV – входы компаратора, формирующие сигнал усилителя ошибки. От величины напряжения на INV зависит длительность импульса ШИМ.
  • EAOUT – дополнительный выход усилителя ошибки.

Для того чтобы закрепить сказанное выше рассмотрим пару примеров использования ШИМ-контроллеров, а так же их схем включения. Сделаем это на примере микросхем:

Эти микросхемы часто используются в различных блоках питания, в том числе и компьютерных. Когда дело доходит до переделки компьютерного блока питания в лабораторный бп или зарядное устройство для аккумулятора, то, как раз стараются подобрать бп на TL494.

Обзор ШИМ TL494

Технические характеристики ШИМ-контроллера TL494

Ниже на рисунке дана распиновка TL494:

  1. Неинвертирующий вход первого компаратора ошибки
  2. Инвертирующий вход первого компаратора ошибки
  3. Вход обратной связи
  4. Вход регулировки мертвого времени
  5. Вывод для подключения внешнего времязадающего конденсатора
  6. Вывод для подключения времязадающего резистора
  7. Общий вывод микросхемы, минус питания
  8. Вывод коллектора первого выходного транзистора
  9. Вывод эмиттера первого выходного транзистора
  10. Вывод эмиттера второго выходного транзистора
  11. Вывод коллектора второго выходного транзистора
  12. Вход подачи питающего напряжения
  13. Вход выбора однотактного или же двухтактного режима работы микросхемы
  14. Вывод встроенного источника опорного напряжения 5 вольт
  15. Инвертирующий вход второго компаратора ошибки
  16. Неинвертирующий вход второго компаратора ошибки

Обзор микросхемы UC3843

Еще одна популярная микросхема используемая в качестве ШИМ-контроллеров компьютерных и не только блоков питания – это микросхема 3843. распиновка её находится ниже. Как видно, у нее 8 выводов, но функции такие же как у TL949. Можно встретить эту микросхему в 14-выводном корпусе и часть выводов у неё (NC) – то есть не используется.

Рассмотрим назначение выводов:

  1. Вход компаратора (усилителя ошибки).
  2. Вход напряжения обратной связи. Это напряжение сравнивается с опорным внутри ИМС.
  3. Датчик тока. Подключается к резистору стоящему в между силовым транзистором и общим проводом. Нужен для защиты от перегрузок.
  4. Времязадающая RC-цепь. С её помощью задаётся рабочая частота ИМС.
  5. Общий.
  6. Выход. Управляющее напряжение. Подключается к затвору транзистора, здесь двухтактный выходной каскад для управления однотактным преобразователем (одним транзистором), что можно наблюдать на рисунке ниже.
  7. Напряжение питания микросхемы.
  8. Выход источника опорного напряжения (5В, 50 мА)

Структура микросхемы UC3843

Можно заметить, что и эта микросхема тоже похожа на все остальные ШИМ-контроллеры.

Простой блок питания на UC3842

Микросхема ШИМ с силовым ключом в одном корпусе

Подобные ШИМ-контроллеры используются как в импульсных блоках питания на базе импульсного трансформатора, так и в DC-DC понижающих или повышающих преобразователях.

Можно привести в пример одну из самых распространенных микросхем в этом сегменте – LM2596. На её базе можно найти большое количество схем преобразователей, в том числе и изображенная ниже.

LM2596 включает в себя все технические решения, описанные выше, плюс в неё еще интегрирован силовой ключ на ток до 3 Ампер.

Структура микросхемы LM2596

Как можно увидеть больших отличий от микросхем, которые мы рассматривали ранее в ней нет.

Еще один пример блока питания для светодиодных лент на ШИМ-контроллере 5L0380R – У неё всего 4 вывода. Как можно заметить в схеме отсутствует силовой ключ. Естественно он в микросхеме, а сама микросхема выполнена в корпусе транзистора и крепится на радиатор.

Изучая ШИМ-контроллеры можно сделать несколько выводов: Если мы имеем дело с мощным источником питания и нам необходима достаточная гибкость использования этого контроллера, то такая микросхема как TL494 (и подобные) подходит для таких задач лучше. А если блок питания средней и невысокой мощности, то вполне свою роль выполнят ШИМ-контроллеры с интегрированными в них силовыми ключами. В таких бп нет больших требований к пульсациям и помехам, а выходные цепи можно сгладить фильтрами. Обычно это блоки питания для бытовой техники, светодиодных лент, ноутбуков, зарядных адаптеров.

И напоследок.

Ранее мы уже говорили о том, что ШИМ-контроллер это механизм, который на базе сформированных импульсов за счет изменения ширины импульсов формирует среднее значение напряжения управляемое с цепей обратной связи. Хочу заметить, что классификация и название у каждого автора могут быть абсолютно разными. ШИМ-контроллером могут называть простой регулятор напряжения. В то же время сам ШИМ-контроллер в блоке питания может быть назван – “блокинг-генератор”, “интегральный субмодуль”, “задающий генератор” От того как его назвал тот или иной автор суть не меняется, но могут возникнуть непонимания и разночтения.

Читайте также:  Сигнализаторы поклевки своими руками – фото, видео
Ссылка на основную публикацию