Spessore 555 come effettuare la regolazione da zero. Potente regolatore PWM. Assemblaggio passo passo di un circuito analogico
La regolazione della velocità dei motori elettrici nella moderna tecnologia elettronica si ottiene non modificando la tensione di alimentazione, come veniva fatto prima, ma fornendo al motore elettrico impulsi di corrente di diversa durata. Per questi scopi servono, che sono diventati Ultimamente molto popolare - PWM ( modulazione dell'ampiezza dell'impulso) regolatori. Il circuito è universale: controlla anche la velocità del motore, la luminosità delle lampade e la corrente nel caricabatterie.
Circuito regolatore PWM
Il diagramma sopra funziona alla grande, allegato.
Senza alterare il circuito, la tensione può essere aumentata a 16 volt. Posizionare il transistor in base alla potenza del carico.
Può essere assemblato Regolatore PWM e secondo questo circuito elettrico, con un transistor bipolare convenzionale:
E se necessario, invece del transistor composito KT827, installa un IRFZ44N ad effetto di campo, con resistore R1 - 47k. Il polevik senza radiatore non si riscalda con un carico fino a 7 ampere.
Funzionamento del controller PWM
Il timer sul chip NE555 monitora la tensione sul condensatore C1, che viene rimosso dal pin THR. Non appena raggiunge il massimo, il transistor interno si apre. Che mette in cortocircuito il pin DIS a terra. In questo caso sull'uscita OUT appare uno zero logico. Il condensatore inizia a scaricarsi attraverso DIS e quando la tensione su di esso diventa zero, il sistema passerà allo stato opposto: all'uscita 1 il transistor è chiuso. Il condensatore ricomincia a caricarsi e tutto si ripete di nuovo.
La carica del condensatore C1 segue il percorso: “R2->braccio superiore R1 ->D2”, e la scarica lungo il percorso: D1 -> braccio inferiore R1 -> DIS. Quando ruotiamo il resistore variabile R1, modifichiamo il rapporto tra le resistenze del braccio superiore e inferiore. Il che, di conseguenza, modifica il rapporto tra la durata dell'impulso e la pausa. La frequenza è impostata principalmente dal condensatore C1 e dipende anche leggermente dal valore della resistenza R1. Modificando il rapporto resistenza carica/scarica, modifichiamo il ciclo di lavoro. Il resistore R3 fornisce un pull-up dell'uscita a alto livello- quindi c'è un'uscita open collector. Che non è in grado di impostare autonomamente un livello elevato.
È possibile utilizzare qualsiasi diodi, condensatori approssimativamente dello stesso valore del diagramma. Le deviazioni entro un ordine di grandezza non influiscono in modo significativo sul funzionamento del dispositivo. A 4,7 nanofarad impostati in C1, ad esempio, la frequenza scende a 18 kHz, ma è quasi impercettibile.
Se dopo aver assemblato il circuito il transistor di controllo della chiave si surriscalda, molto probabilmente non si apre completamente. Cioè, c'è una grande caduta di tensione attraverso il transistor (è parzialmente aperto) e la corrente lo attraversa. Di conseguenza, molta potenza viene dissipata per il riscaldamento. Si consiglia di collegare in parallelo il circuito in uscita con condensatori di grandi dimensioni, altrimenti canterà e sarà scarsamente regolato. Per evitare i fischi, seleziona C1, spesso i fischi provengono da lì. In generale, il campo di applicazione è molto ampio; particolarmente promettente sarà il suo utilizzo come regolatore di luminosità per lampade LED ad alta potenza, strisce LED e faretti, ma ne parleremo la prossima volta. Questo articolo è stato scritto con il supporto di ear, ur5rnp, stalker68.
Il controller PWM è progettato per regolare la velocità di rotazione di un motore polare, la luminosità di una lampadina o la potenza di un elemento riscaldante.
Vantaggi:
1 Facilità di fabbricazione
2 Disponibilità dei componenti (il costo non supera $ 2)
3 Ampia applicazione
4 Per i principianti, esercitatevi ancora una volta e accontentatevi =)
Un giorno avevo bisogno di un “dispositivo” per regolare la velocità di rotazione di un frigorifero. Non ricordo esattamente il motivo. Fin dall'inizio l'ho provato tramite un normale resistore variabile, faceva molto caldo e questo per me non era accettabile. Di conseguenza, dopo aver frugato su Internet, ho trovato un circuito basato sul già familiare microcircuito NE555. Questo era un circuito di un regolatore PWM convenzionale con un ciclo di lavoro (durata) di impulsi pari o inferiore al 50% (più tardi fornirò i grafici di come funziona). Il circuito si è rivelato molto semplice e non richiedeva configurazione, l'importante era non rovinare il collegamento dei diodi e del transistor. La prima volta che l'ho assemblato su una breadboard e l'ho testato, tutto ha funzionato in mezzo giro. Successivamente ho realizzato un piccolo circuito stampato e tutto sembrava più ordinato =) Bene, ora diamo un'occhiata al circuito stesso!
Circuito regolatore PWM
Da ciò vediamo che si tratta di un normale generatore con un regolatore del ciclo di lavoro a impulsi assemblato secondo il circuito della scheda tecnica. Con il resistore R1 modifichiamo questo ciclo di lavoro, il resistore R2 funge da protezione contro i cortocircuiti, poiché il pin 4 del microcircuito è collegato a terra tramite l'interruttore del timer interno e quando R1 è nella posizione estrema si chiuderà semplicemente. R3 è una resistenza di pull-up. C2 è il condensatore di impostazione della frequenza. Il transistor IRFZ44N è un mosfet a canale N. D3 è un diodo protettivo che impedisce il guasto dell'interruttore di campo quando il carico viene interrotto. Ora parliamo un po' del ciclo di lavoro degli impulsi. Il ciclo di lavoro di un impulso è il rapporto tra il suo periodo di ripetizione (ripetizione) e la durata dell'impulso, cioè dopo un certo periodo di tempo ci sarà una transizione da (in parole povere) più a meno, o più precisamente da un logico uno a uno zero logico. Quindi questo periodo di tempo tra gli impulsi è lo stesso ciclo di lavoro.
Rapporto di servizio nella posizione centrale R1
Ciclo di lavoro nella posizione più a sinistra R1
Rapporto di lavoro nella posizione estrema destra R
Di seguito sono riportati i circuiti stampati con e senza la posizione delle parti
Ora un po 'sui dettagli e sul loro aspetto. Il microcircuito stesso è realizzato in un pacchetto DIP-8, condensatori ceramici di piccole dimensioni e resistori da 0,125-0,25 watt. I diodi sono normali diodi raddrizzatori da 1A (il più conveniente è 1N4007; ce ne sono in abbondanza ovunque). Il microcircuito può essere installato anche su una presa se in futuro si desidera utilizzarlo in altri progetti e non dissaldarlo nuovamente. Di seguito le foto dei dettagli.
La maggior parte dei radioamatori sovietici e stranieri hanno molta familiarità con il timer analogico integrato SE555/NE555 (KR1006), prodotto dalla Signetics Corporation a partire dal lontano 1971. È difficile elencare per quali scopi questo microcircuito economico ma multifunzionale non sia stato utilizzato nel periodo di quasi mezzo secolo della sua esistenza. Tuttavia, anche con il rapido sviluppo dell’industria elettronica in l'anno scorso, continua ad essere popolare e viene prodotto in volumi significativi.
Il semplice circuito di un regolatore PWM per automobili offerto da Jericho Uno non è un progetto professionale, completamente debuggato, degno di nota per la sua sicurezza e affidabilità. Questo è solo un piccolo esperimento economico, assemblato utilizzando parti economiche disponibili e soddisfacendo completamente i requisiti minimi. Pertanto, il suo sviluppatore non si assume alcuna responsabilità per qualsiasi cosa possa accadere alla tua attrezzatura durante il funzionamento del circuito simulato.
Circuito regolatore PWM NE555
Per creare un dispositivo PWM avrai bisogno di:- saldatore elettrico;
- chip NE555;
- resistore variabile 100 kOhm;
- resistenze da 47 Ohm e 1 kOhm da 0,5W ciascuna;
- Condensatore da 0,1 µF;
- due diodi 1N4148 (KD522B).
Assemblaggio passo passo di un circuito analogico
Iniziamo a costruire il circuito installando i ponticelli sul microcircuito. Usando un saldatore, chiudiamo tra loro i seguenti contatti del timer: 2 e 6, 4 e 8.
Successivamente, guidati dalla direzione del movimento degli elettroni, saldiamo i "bracci" del ponte di diodi a un resistore variabile (flusso di corrente in una direzione). I valori nominali dei diodi sono stati selezionati tra quelli disponibili ed economici. Puoi sostituirli con qualsiasi altro: ciò non avrà praticamente alcun effetto sul funzionamento del circuito.
Per evitare cortocircuiti e esaurimento del microcircuito quando il resistore variabile viene svitato nella sua posizione estrema, impostiamo la resistenza di shunt dell'alimentatore su 1 kOhm (pin 7-8).
Poiché il NE555 funge da generatore di sega, per ottenere un circuito con una determinata frequenza, durata dell'impulso e pausa, non resta che selezionare un resistore e un condensatore. Un condensatore da 4,7 nF ci darà 18 kHz impercettibili, ma un valore di capacità così piccolo causerà un disallineamento delle spalle durante il funzionamento del microcircuito. Impostiamo il valore ottimale su 0,1 µF (contatti 1-2).
È possibile evitare il fastidioso "cigolio" del circuito e portare l'uscita ad un livello elevato utilizzando qualcosa a bassa impedenza, ad esempio un resistore da 47-51 Ohm.
Non resta che collegare l'alimentazione e il carico. Il circuito è predisposto per la tensione di ingresso della rete di bordo dell'auto 12V DC, ma per una dimostrazione visiva partirà anche da una batteria da 9V. Lo colleghiamo all'ingresso del microcircuito, osservando la polarità (più sulla gamba 8, meno sulla gamba 1).
Non resta che affrontare il carico. Come si può vedere dal grafico, quando il resistore variabile ha abbassato la tensione di uscita a 6 V, la sega in uscita (gambe 1-3) è stata preservata, cioè NE555 in questo circuito è sia un generatore di sega che un comparatore in contemporaneamente. Il timer funziona in modalità stabile e ha un ciclo di lavoro inferiore al 50%.
Il modulo può sopportare 6-9 A di corrente continua, quindi con perdite minime è possibile collegarvi sia una striscia LED in un'auto sia un motore a bassa potenza, che dissiperà il fumo e soffierà sul viso con il caldo. Come quello:
O così:
Principio di funzionamento di un regolatore PWM
Il funzionamento di un regolatore PWM è abbastanza semplice. Il timer NE555 monitora la tensione sul condensatore C. Quando è carico al massimo (carica completa), il transistor interno si apre e sull'uscita appare uno zero logico. Successivamente, la capacità viene scaricata, il che porta alla chiusura del transistor e all'arrivo di uno logico in uscita. Quando la capacità è completamente scarica, il sistema cambia e tutto si ripete. Al momento della carica la corrente scorre lungo un lato e durante la scarica scorre nell'altra direzione. Utilizzando un resistore variabile, modifichiamo il rapporto della resistenza della spalla, abbassando o aumentando automaticamente la tensione di uscita. C'è una deviazione parziale della frequenza nel circuito, ma non rientra nella gamma udibile.Guarda il video del funzionamento del regolatore PWM
Il circuito timer integrato NE555 (analogo domestico di KR1006VI1) ha trovato ampia applicazione nei dispositivi di controllo e in particolare nei regolatori di velocità PWM per motori DC.
Esistono diversi modi per regolare la velocità dei motori a corrente continua (DCM):
1. Regolazione reostatica.
2. Regolazione degli impulsi.
L'uso del controllo reostatico della velocità del DPT porta alla necessità di installare potenti reostati che generano una grande quantità di calore. Il modo più economico può essere considerato il controllo della velocità PWM del DFC (Figura 1).
Immagine 1.
La base del circuito di controllo della velocità del motore a impulsi è un multivibratore basato sul timer NE555. Il circuito sopra consente di regolare il ciclo di lavoro degli impulsi, determinato dal rapporto tra il tempo di carica e quello di scarica del condensatore C1.
Il condensatore C1 viene caricato tramite il seguente circuito: +12V - R1 - D1 - lato sinistro del resistore P1 - C1 – GND. Circuito di scarica dei condensatori:: piastra superiore C1 - lato destro del resistore P1 - D2 - pin 7 del timer - piastra inferiore C1. Il tempo di carica e scarica è determinato dal valore della resistenza attiva P1 nel circuito (la posizione del motore a resistenza variabile).
Un'altra opzione per implementare un circuito di controllo della velocità del motore CC è mostrata nella Figura 2. Una caratteristica distintiva di questo circuito è la presenza del diodo D4, che impedisce la scarica del condensatore di temporizzazione attraverso il carico (motore).
Figura 2.
Una variazione del ciclo di lavoro dell'impulso di controllo porta a una variazione della tensione sull'armatura del motore CC (Figura 3).
Figura 3.
Aspetto Nella Figura 4 è mostrato un controller di velocità PWM per un motore CC basato sul chip timer integrato NE555.
Figura 4.
Un'altra opzione per implementare il principio di controllo DPT precedentemente discusso può essere il seguente schema:
Figura 5.
Nello schema sopra, l'interruttore a transistor è collegato al "filo positivo" della fonte di alimentazione. L'apertura del transistor nello stadio di uscita del circuito richiederà una fonte di alimentazione aggiuntiva. Nel circuito sopra, la sua funzione è svolta dal condensatore C1. L'apertura del transistor VT1 viene effettuata solo quando il transistor VT2 è aperto attraverso il circuito del condensatore C2. Il transistor di uscita viene spento quando il suo gate è collegato alla sorgente (il transistor VT3 è aperto). L'accensione e lo spegnimento del transistor di uscita comporta il bypass del fotoaccoppiatore OP1 e lo spegnimento/accensione del carico.
Avevo bisogno di realizzare un regolatore di velocità per l'elica. Per soffiare via il fumo dal saldatore e ventilare il viso. Bene, solo per divertimento, metti tutto in un prezzo minimo. Il modo più semplice per regolare un motore CC a bassa potenza, ovviamente, è con un resistore variabile, ma per trovare un motore con un valore nominale così piccolo e anche la potenza richiesta, ci vuole un grande sforzo e ovviamente ha vinto non costa dieci rubli. Pertanto, la nostra scelta è PWM + MOSFET.
Ho preso la chiave IRF630. Perché questo MOSFET? Sì, ne ho appena ricevuti una decina da chissà dove. Quindi lo uso, così posso installare qualcosa di più piccolo e a basso consumo. Perché è improbabile che la corrente qui sia superiore a un ampere, ma IRF630 in grado di attraversare se stesso sotto 9A. Ma sarà possibile creare un'intera cascata di fan collegandoli a un ventilatore: potenza sufficiente :)
Ora è il momento di pensare a cosa faremo PWM. Il pensiero suggerisce immediatamente: un microcontrollore. Prendi un po' di Tiny12 e fallo sopra. Ho buttato da parte questo pensiero all'istante.
- Mi dispiace spendere una parte così preziosa e costosa per una specie di fan. Troverò un compito più interessante per il microcontrollore
- Scrivere più software per questo è doppiamente frustrante.
- La tensione di alimentazione è di 12 volt, abbassarla per alimentare il MK a 5 volt è generalmente pigro
- IRF630 non si aprirà a partire da 5 volt, quindi dovresti installare anche qui un transistor in modo che fornisca un potenziale elevato al gate di campo. Fanculo.
Gli amplificatori operazionali possono essere scartati completamente. Il fatto è che per gli amplificatori operazionali per uso generale, già dopo 8-10 kHz, di regola, limite di tensione in uscita inizia a crollare bruscamente e dobbiamo dare uno strattone al fieldman. Inoltre, a una frequenza supersonica, per non cigolare.
Gli amplificatori operazionali senza tale inconveniente costano così tanto che con questi soldi puoi acquistare una dozzina dei microcontrollori più interessanti. Nella fornace!
Ciò che rimane sono i comparatori; non hanno la capacità di un amplificatore operazionale di modificare agevolmente la tensione di uscita; possono solo confrontare due tensioni e chiudere il transistor di uscita in base ai risultati del confronto, ma lo fanno rapidamente e senza bloccarsi le caratteristiche. Ho frugato nel fondo del barile e non sono riuscito a trovare nessun comparatore. Imboscata! Più precisamente lo era LM339, ma era in una custodia di grandi dimensioni e la religione non mi consente di saldare un microcircuito per più di 8 gambe per un compito così semplice. È stato anche un peccato trascinarmi nel magazzino. Cosa fare?
E poi mi sono ricordato di una cosa così meravigliosa come timer analogico - NE555. È una sorta di generatore in cui è possibile impostare la frequenza, nonché la durata dell'impulso e della pausa, utilizzando una combinazione di resistori e un condensatore. Quante stronzate sono state fatte su questo timer nel corso della sua storia più che trentennale... Fino ad ora questo microcircuito, nonostante la sua veneranda età, è stampato in milioni di copie ed è disponibile in quasi tutti i magazzini al prezzo di a pochi rubli. Ad esempio, nel nostro paese costa circa 5 rubli. Ho frugato nel fondo del barile e ho trovato un paio di pezzi. DI! Movimentiamo le cose adesso.
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Come funziona
Se non approfondisci la struttura del timer 555, non è difficile. In parole povere, il timer monitora la tensione sul condensatore C1, che rimuove dall'uscita THR(SOGLIA - soglia). Non appena raggiunge il massimo (il condensatore è carico), il transistor interno si apre. Il che chiude l'output DIS(SCARICO - scarico) a terra. Allo stesso tempo, all'uscita FUORI appare uno zero logico. Il condensatore inizia a scaricarsi DIS e quando la tensione su di esso diventa zero (scarica completa), il sistema passerà allo stato opposto: all'uscita 1 il transistor è chiuso. Il condensatore ricomincia a caricarsi e tutto si ripete di nuovo.
La carica del condensatore C1 segue il percorso: “ R4->spalla superiore R1 ->D2", e lo scarico lungo la strada: D1 -> spalla inferiore R1 -> DIS. Quando giriamo il resistore variabile R1, cambiamo il rapporto tra le resistenze del braccio superiore e inferiore. Il che, di conseguenza, modifica il rapporto tra la durata dell'impulso e la pausa.
La frequenza è impostata principalmente dal condensatore C1 e dipende anche leggermente dal valore della resistenza R1.
Il resistore R3 assicura che l'uscita sia portata a un livello alto, quindi c'è un'uscita a collettore aperto. Che non è in grado di impostare autonomamente un livello elevato.
È possibile installare qualsiasi diodo, i conduttori hanno approssimativamente lo stesso valore, le deviazioni entro un ordine di grandezza non influiscono particolarmente sulla qualità del lavoro. A 4,7 nanofarad impostati in C1, ad esempio, la frequenza scende a 18 kHz, ma è quasi impercettibile, a quanto pare il mio udito non è più perfetto :(
Ho scavato nei contenitori, che a sua volta calcola i parametri operativi del timer NE555 e da lì ho assemblato un circuito, per la modalità astabile con un fattore di riempimento inferiore al 50%, e ho avvitato un resistore variabile invece di R1 e R2, con il quale Ho cambiato il ciclo di lavoro del segnale di uscita. Bisogna solo prestare attenzione al fatto che l'uscita DIS (SCARICA) avviene tramite il tasto del timer interno collegato a terra, quindi non può essere collegato direttamente al potenziometro, Perché ruotando il regolatore nella sua posizione estrema, questo pin si atterrerebbe su Vcc. E quando il transistor si apre, si verificherà un cortocircuito naturale e il timer con un bellissimo zilch emetterà un fumo magico, sul quale, come sai, funziona tutta l'elettronica. Non appena il fumo esce dal chip, questo smette di funzionare. Questo è tutto. Pertanto, prendiamo e aggiungiamo un altro resistore per un chilo-ohm. Non farà alcuna differenza nella regolamentazione, ma proteggerà dal burnout.
Detto fatto. Ho inciso la scheda e saldato i componenti:
Tutto è semplice dal basso.
Qui allego un sigillo, nel layout Sprint nativo -
E questa è la tensione sul motore. È visibile un piccolo processo di transizione. Devi mettere il condotto in parallelo a mezzo microfarad e lo appianerà.
Come puoi vedere, la frequenza fluttua: questo è comprensibile, perché nel nostro caso la frequenza operativa dipende dai resistori e dal condensatore e poiché cambiano, la frequenza fluttua via, ma questo non ha importanza. Nell'intero campo di controllo non entra mai nel campo udibile. E l'intera struttura costa 35 rubli, senza contare il corpo. Quindi: profitto!
