·o ·r

Modularea lățimii impulsului(PWM, engleză) Modulație pe lățime de impuls (PWM)) - aproximarea semnalului dorit (multi-nivel sau continuu) la semnalele binare reale (cu două niveluri - pe/oprit), astfel încât, în medie, pe o anumită perioadă de timp, valorile lor sunt egale. Formal, poate fi scris astfel:

Unde X(t) - dorit semnal de intrareîn raza de t1 inainte de t2, și ∆ T i- durată i al-lea impuls PWM, fiecare cu amplitudine A. ∆T i este selectat în așa fel încât suprafețele totale (energiile) ale ambelor cantități să fie aproximativ egale pe o perioadă de timp suficient de lungă, iar valorile medii ale cantităților de-a lungul perioadei să fie, de asemenea, egale:

„Nivelurile” controlate sunt de obicei parametrii de alimentare ai centralei electrice, de exemplu, tensiunea convertoare de impulsuri/ regulatoare de tensiune constantă / sau viteza motorului. Pentru surse de puls X(t) = U const stabilizare.

GHIMPE- un convertor de lățime a impulsurilor care generează un semnal PWM conform valoarea stabilită control de voltaj. Principalul avantaj al PWM este eficiența ridicată a amplificatoarelor sale de putere, care se realizează prin utilizarea lor exclusiv în modul de comutare. Acest lucru reduce semnificativ puterea de ieșire a convertorului de putere (PC).

Aplicație

La modularea lățimii impulsului o secvență periodică de impulsuri dreptunghiulare este utilizată ca oscilație purtătoare, iar parametrul de informație asociat semnalului de modulare discretă este durata acestor impulsuri. O secvență periodică de impulsuri dreptunghiulare de aceeași durată are o componentă constantă, invers proporțională cu ciclul de lucru al impulsurilor, adică direct proporțională cu durata acestora. Prin trecerea impulsurilor printr-un filtru trece-jos cu o frecvență de tăiere semnificativ mai mică decât rata de repetare a impulsurilor, această componentă constantă poate fi ușor izolată, obținându-se o tensiune constantă. Dacă durata impulsurilor este diferită, filtrul trece-jos va elibera o tensiune care variază lent care urmărește legea modificării duratei impulsurilor. Astfel, folosind PWM puteți crea un DAC simplu: valorile eșantionului de semnal sunt codificate de durata impulsurilor, iar filtrul trece-jos convertește secvența impulsurilor într-un semnal care variază ușor.

Fundația Wikimedia. 2010.

În acest articol vă vom vorbi despre Controlere PWM : ce este, de ce și unde este folosit.

PWM – modulator de lățime a impulsului.

Pentru conversia tensiunii în echipamentele de televiziune și altele dispozitive electronice ah folosit Controlere PWM . Cu ajutorul dispozitivului, a fost posibilă introducerea ideilor inovatoare și a noilor tehnologii în producție. Principalele avantaje ale controlerelor PWM sunt dimensiunile lor modeste, performanța excelentă și fiabilitatea ridicată.

Cel mai solicitat PWM controlere la fabricarea modulelor comutare de alimentare tip. Tensiunea constantă la intrarea dispozitivului este convertită în impulsuri dreptunghiulare generate cu o anumită frecvențăși ciclul de funcționare. Cu ajutorul semnalelor de control la ieșirea dispozitivului este posibil să se efectueze regulament funcționarea unui modul tranzistor de mare putere. Ca urmare, dezvoltatorii au primit o unitate de control al tensiunii reglabil tip.

În echipamentele de televiziune, controlerele compacte PWM sunt la mare căutare. În plus, dispozitivele sunt folosite în alte echipament electronicși, de asemenea, ca componente ale sistemului de control al vitezei acționărilor electrice în aparate electrocasnice. În funcție de parametrii sistemului și de semnalul de control, controlerele PWM modifică viteza unității de alimentare. Feedback-ul poate fi efectuat atât pe valoarea curentului, cât și pe nivelul tensiunii.

Designul tipic al unui controler PWM utilizat în televiziune și alte echipamente electronice se caracterizează prin prezența mai multor ieșiri. Concluzie generală conectat la un contact similar sistem alimentarea cu energie a modulului. Pinul de control al puterii și pinul de alimentare sunt situate unul lângă celălalt. Primul dintre ele este responsabil pentru monitorizarea tensiunii la ieșirea circuitului și o oprește atunci când valoarea scade sub o valoare de prag. Al doilea pin este responsabil pentru alimentarea cu energie sistem .

Tensiunea de ieșire este îndepărtată de la pinul corespunzător. Există controlere PWM cu două și un singur braț. Primele dintre ele sunt folosite pentru a controla tranzistoarele standard. Dacă este necesar să le închideți, controlerul închide contactul corespunzător la cablul comun. Când lucrați cu un tranzistor bipolar, se utilizează o cascadă cu un singur braț, deoarece reglarea necesită o modificare a puterii curentului. Pentru a opri tranzistorul, este necesar să interziceți trecerea curentului. Prin urmare, scurtcircuitul la contact general nefolosit.

Controlerele PWM utilizate în echipamentele de televiziune se caracterizează prin următoarele capacități:

• Dispozitivele sunt capabile să producă o tensiune de referință cu un grad ridicat de precizie. De multe ori această concluzie comuta cu fir comun. În acest caz, se utilizează o capacitate de 1 mF sau mai mult, ceea ce îmbunătățește calitatea stabilizării valorii de ieșire.

• Limitatorul de curent este declanșat atunci când tensiunea la borna corespunzătoare depășește semnificativ pragul. În acest caz se întâmplă oprire automată tastele de alimentare.

• Pornirea soft este folosită pentru creștere graduală mărimea impulsurilor de ieșire la valorile calculate. Prezența capacității între terminalul corespunzător și firul comun duce la încărcarea treptată a acestuia. Ca urmare, fiecare impuls devine mai larg până când se atinge valoarea necesară.

Modern surse de alimentare pentru diverse echipamente sunt proiectate pe baza de controlere PWM. Durata de viață a modulului depinde de calitatea componentelor. Scopul principal pentru care controlerele PWM sunt incluse în circuitele sursei de tensiune este de a asigura o tensiune de ieșire stabilă. Dimensiunile mici ale controlerelor le ofera un avantaj fata de scheme standard folosind transformatoare.

Controlere PWM utilizate în surse de alimentare , pe lângă stabilizarea tensiunii de ieșire, implementează mai multe caracteristici suplimentare. Utilizarea modulării lățimii impulsului vă permite să controlați mărimea semnalului. În acest caz, este posibil să se modifice durata impulsului și ciclul de lucru.

Controlerele PWM au un nivel ridicat indicatori de eficiență, ceea ce vă permite să extindeți în mod semnificativ domeniul de aplicare al acestora. Acest lucru este valabil mai ales pentru echipamentele de reproducere a sunetului. În plus, atunci când se utilizează controlere PWM în surse de alimentare, gama de puteri disponibile a dispozitivului este extinsă semnificativ.

Dispozitivele bazate pe controlere PWM sunt universale și pot fi utilizate nu numai în echipamentele de televiziune, ci și în multe alte dispozitive. Sursele de alimentare pentru diverse echipamente electrice sunt implementate pe baza acestor controlere. Utilizarea dispozitivelor vă permite să reduceți costul echipamentului de operare și să îmbunătățească calitatea funcționării acestuia. Eficiența ridicată face din dezvoltarea surselor bazate pe controlere PWM un domeniu de activitate promițător și căutat.

Modularea lățimii impulsului (PWM) este o metodă de conversie a semnalului în care durata impulsului (factorul de sarcină) se modifică, dar frecvența rămâne constantă. În terminologia engleză se face referire la PWM (modularea lățimii pulsului). În acest articol vom analiza în detaliu ce este PWM, unde este utilizat și cum funcționează.

Zona de aplicare

Odată cu dezvoltarea tehnologiei microcontrolerelor, s-au deschis noi oportunități pentru PWM. Acest principiu a devenit baza pentru dispozitivele electronice care necesită atât reglarea parametrilor de ieșire, cât și menținerea acestora la un anumit nivel. Metoda de modulare a lățimii pulsului este utilizată pentru a modifica luminozitatea luminii, viteza de rotație a motoarelor, precum și în controlul tranzistorului de putere al surselor de alimentare cu impulsuri (PSU).

Modularea lățimii impulsului (PW) este utilizată în mod activ în construcția sistemelor de control al luminozității LED. Datorită inerției scăzute, LED-ul are timp să se comute (luminează intermitent și se stinge) la o frecvență de câteva zeci de kHz. Funcționarea sa în modul puls este percepută de ochiul uman ca o strălucire constantă. La rândul său, luminozitatea depinde de durata pulsului ( stare deschisă LED) pentru o perioadă. Dacă timpul pulsului este egal cu timpul de pauză, adică ciclul de lucru este de 50%, atunci luminozitatea LED-ului va fi jumătate din valoarea nominală. Odată cu popularizarea Lămpi cu LED-uri la 220V, a apărut întrebarea cu privire la creșterea fiabilității funcționării lor cu o tensiune de intrare instabilă. Soluția a fost găsită în formă cip universal– un driver de putere care funcționează pe principiul lățimii impulsului sau al modulării frecvenței impulsurilor. Un circuit bazat pe unul dintre aceste drivere este descris în detaliu.

Tensiunea de rețea furnizată la intrarea cipului driverului este în mod constant comparată cu tensiunea din circuit tensiune de referință, generând un semnal PWM (PWM) la ieșire, ai cărui parametri sunt setați rezistențe externe. Unele microcircuite au un pin pentru alimentarea analogică sau semnal digital management. Astfel, funcționarea driverului de impuls poate fi controlată folosind un alt convertor PHI. Este interesant că LED-ul nu primește impulsuri de înaltă frecvență, ci un curent netezit de inductor, care este un element obligatoriu al unor astfel de circuite.

Utilizarea pe scară largă a PWM se reflectă în toate panouri LCD cu Iluminare de fundal cu LED. Din păcate, în monitoarele LED, majoritatea convertoarelor PWB funcționează la o frecvență de sute de Hertzi, ceea ce afectează negativ viziunea utilizatorilor de PC-uri.

Microcontrolerul Arduino poate funcționa și în modul controler PWM. Pentru a face acest lucru, apelați funcția AnalogWrite(), indicând în paranteze valoarea de la 0 la 255. Zero corespunde la 0V, iar 255 la 5V. Valorile intermediare se calculează proporțional.

Proliferarea pe scară largă a dispozitivelor care funcționează pe principiul PWM a permis omenirii să se îndepărteze de sursele de alimentare cu transformatoare de tip liniar. Rezultatul este o creștere a eficienței și o reducere de câteva ori a greutății și dimensiunii surselor de alimentare.

Un controler PWM este o parte integrantă a unei surse de alimentare comutatoare moderne. Acesta controlează funcționarea tranzistorului de putere situat în circuit primar transformator de impulsuri. Datorită prezenței unui circuit de feedback, tensiunea la ieșirea sursei de alimentare rămâne întotdeauna stabilă. Cea mai mică abatere a tensiunii de ieșire este detectată prin feedback de către un microcircuit, care corectează instantaneu ciclul de lucru al impulsurilor de control. În plus, un controler PWM modern rezolvă o serie de sarcini suplimentare, contribuind la creșterea fiabilității sursei de alimentare:

• oferă un mod de pornire ușoară pentru convertor;
• limitează amplitudinea și ciclul de lucru al impulsurilor de control;
• controlează nivelul tensiunii de intrare;
• protejează împotriva scurt circuitși excesul de temperatură a comutatorului de alimentare;
• dacă este necesar, comută dispozitivul în modul standby.

Principiul de funcționare al unui controler PWM

Sarcina controlerului PWM este de a controla comutatorul de alimentare prin schimbarea impulsurilor de control. Când funcționează în modul de comutare, tranzistorul se află într-una din cele două stări (complet deschis, complet închis). În starea închisă, curentul prin joncțiunea p-n nu depășește câțiva μA, ceea ce înseamnă că puterea disipată tinde spre zero. În stare deschisă, în ciuda curent mare, rezistența joncțiunii p-n este excesiv de scăzută, ceea ce duce și la pierderi termice nesemnificative. Cea mai mare cantitate căldura este eliberată în momentul trecerii de la o stare la alta. Dar din cauza timpului scurt proces de tranzițieÎn comparație cu frecvența de modulație, pierderile de putere de comutare sunt neglijabile.

Modularea lățimii impulsului este împărțită în două tipuri: analogică și digitală. Fiecare tip are propriile sale avantaje și poate fi implementat în moduri diferite în proiectarea circuitelor.

PWM analogic

Principiul de funcționare al unui modulator analogic PWM se bazează pe compararea a două semnale ale căror frecvențe diferă cu câteva ordine de mărime. Elementul de comparație este amplificator operațional(comparator). La una dintre intrările sale este furnizată o tensiune dinți de ferăstrău cu o frecvență constantă ridicată, iar celeilalte este furnizată o tensiune de modulare de joasă frecvență cu amplitudine variabilă. Comparatorul compară ambele valori și produce rezultatul impulsuri pătrate, a cărui durată este determinată de valoarea curentă a semnalului modulator. În acest caz, frecvența PWM este egală cu frecvența semnalului dinți de ferăstrău.

PWM digital

Modularea lățimii impulsului în interpretarea digitală este una dintre numeroasele funcții ale unui microcontroler (MCU). Funcționând exclusiv cu date digitale, MK poate genera fie un nivel de tensiune ridicat (100%), fie un nivel scăzut (0%) la ieșirile sale. Cu toate acestea, în majoritatea cazurilor, pentru a controla eficient sarcina, tensiunea la ieșirea MC trebuie schimbată. De exemplu, reglarea turației motorului, modificarea luminozității LED-ului. Ce ar trebui să fac pentru a obține orice valoare de tensiune în intervalul de la 0 la 100% la ieșirea microcontrolerului?

Problema este rezolvată prin utilizarea metodei de modulare a lățimii impulsului și folosind fenomenul de supraeșantionare, când frecvența de comutare specificată este de câteva ori mai mare decât răspunsul dispozitiv gestionat. Prin modificarea ciclului de lucru al impulsurilor, valoarea medie a tensiunii de ieșire se modifică. De regulă, întregul proces are loc la o frecvență de la zeci până la sute de kHz, ceea ce permite o ajustare lină. Din punct de vedere tehnic, acest lucru este implementat folosind un controler PWM - un microcircuit specializat care este „inima” oricărui sistem digital management. Utilizare activă Controlerele bazate pe PWM se datorează avantajelor lor incontestabile:

• eficiență ridicată de conversie a semnalului;
• stabilitatea muncii;
• economisirea energiei consumate de sarcină;
• cost scăzut;
• fiabilitate ridicată a întregului dispozitiv.

Puteți primi un semnal PWM la pinii microcontrolerului în două moduri: hardware și software. Fiecare MK are un temporizator încorporat care este capabil să genereze impulsuri PWM la anumiți pini. Acesta este modul în care se realizează implementarea hardware. Primirea unui semnal PWM folosind comenzile programului are mai multe capacități în ceea ce privește rezoluția și vă permite să utilizați un număr mai mare de pini. in orice caz metoda programatica conduce la încărcătură mare MK ocupă multă memorie.

Este de remarcat faptul că în PWM digital numărul de impulsuri pe perioadă poate fi diferit, iar impulsurile în sine pot fi localizate în orice parte a perioadei. Nivelul semnalului de ieșire este determinat de durata totală a tuturor impulsurilor pe perioadă. Trebuie înțeles că fiecare impuls suplimentar este o tranziție a tranzistorului de putere de la o stare deschisă la o stare închisă, ceea ce duce la o creștere a pierderilor în timpul comutării.

Exemplu de utilizare a unui regulator PWM

Una dintre opțiunile pentru implementarea unui regulator simplu PWM a fost deja descrisă mai devreme în. Este construit pe baza unui microcircuit și are un ham mic. Dar, în ciuda simplității circuitului, regulatorul are o gamă destul de largă de aplicații: circuite de control al luminozității LED, Benzi LED, ajustând viteza de rotație a motoarelor de curent continuu.

Citeste si

Piața modernă de alimentare cu energie oferă dezvoltatorului larg alege diverse produse electronice, fiecare dintre ele fiind, într-o măsură sau alta, pregătită să rezolve problemele atribuite inginerilor. Acest articol își propune să revizuiască și să vă ajute să alegeți solutii optime din propunerile celor mai cunoscuți jucători de pe piața de alimentare cu comutație.

Introducere

Anterior, sistemele de alimentare în diagrama functionalaÎn faza de proiectare, atenția a fost adesea acordată doar etapei finale; mulți experți și-au subestimat capacitatea de a îmbunătăți produsul în ansamblu. ÎN În ultima vreme Tendințele de dezvoltare în industria electronică au adus în prim-plan pentru dezvoltatori sarcini precum reducerea consumului de energie, a caracteristicilor de greutate și dimensiune, timpul de dezvoltare și costul final al produsului. Astfel de cerințe au schimbat atitudinea cândva secundară față de unitățile de alimentare ale dispozitivului, deoarece, în multe privințe, capacitatea de a produs final să fie competitive, rezistând cerințelor stricte ale pieței.

Astăzi, poziția de lider în acest domeniu este ocupată în mod tradițional de Power Integration. Produsele acestei companii sunt binecunoscute, tehnologia de aplicare a fost dovedită de multe ori, care este factorul care înclină balanța în favoarea sa.

Ca produse concurente, luați în considerare oferta de alimentare de la Fairchild Semiconductor. Această companie s-a impus de mult timp în domeniul electronicii de putere, oferind soluții ieftine, de înaltă calitate și multifuncționale. De regulă, produsele acestui producător sunt concentrate pe zonele care necesită grad înalt fiabilitate și performanță.

Surse de alimentare

Practic, toate produsele din industria electronică necesită energie. DC din baterie sau sursa de alimentare. În plus, majoritatea dispozitivelor au cerințe sporite pentru calitatea acestuia. Tensiunea trebuie reglată și protejată de ondulațiile care apar. Există trei tipuri de convertoare de putere:

• convertor DC\DC;
• alimentare AC\DC;
• invertor DC\AC.

O sursă ideală ar trebui să genereze valorile de tensiune necesare, în ciuda schimbărilor de temperatură ambientală, sarcină sau tensiune de intrare. În plus, trebuie să fie 100% eficient. În fig. 1 puteți vedea deficiențele sursei reale de alimentare.

Orez. 1. Alimentare reală

Astăzi există liniare și. Conversia impulsurilor este interesantă datorită eficienței sale ridicate și a densității de putere. Tabelul compară unele dintre principalele caracteristici ale surselor de alimentare liniare și comutabile. Stabilitatea tensiunii și a curentului este de obicei mai bună cu sursele de alimentare liniare, uneori cu un ordin de mărime, dar sursele de alimentare cu comutare folosesc adesea stabilizatori liniari de ieșire care îmbunătățesc parametrii tensiunii de ieșire.

Masa. Comparație între sursele de alimentare comutatoare și liniare

În cele din urmă, sursele de alimentare comutatoare au o gamă mai largă tensiuni de intrare. Gama de tensiune de intrare a surselor de alimentare liniare nu depășește de obicei 10% din valoarea nominală, ceea ce are un impact direct asupra eficienței. Pentru sursele cu impulsuri, efectul modificării tensiunii de intrare asupra eficienței este foarte mic sau absent cu totul, iar o gamă largă de tensiuni de intrare face posibilă lucrarea cu schimbări mari ale tensiunii de la rețea (până la 40%). Cel mai des folosit (datorită avantajelor sale) este circuitul convertor flyback (Fig. 2). Au fost dezvoltate multe microcircuite pentru controlul acestor convertoare. Există atât microansambluri care folosesc un tranzistor de putere extern, cât și cele care includ un element de putere în compoziția lor, ceea ce îi reduce dimensiunile.

Orez. 2. Schema unui convertor flyback cu un transformator potrivit și izolație galvanică

În trecutul recent, implementarea modulării lățimii impulsului și a monitorizării performanței a fost realizată folosind elemente discrete. Aspect circuite integrate, asumând aceste funcții, a simplificat foarte mult procesul de dezvoltare și a redus costul de câteva ori. dimensiuni surse de alimentare (Fig. 3). Liderii în producția de circuite integrate de control al sursei de alimentare sunt Power Integrations și Fairchild Semiconductor.

Orez. 3. Evoluția surselor de alimentare

Power Integrations Regulatoare de tensiune

În proiectarea circuitelor surselor de alimentare cu comutație moderne (SMPS), regulatoarele PWM, realizate în pachete plane de dimensiuni mici cu șase pini, au devenit foarte populare. Denumirea tipului de carcasă poate fi SOT-23-6, SOT-23-6L, SOT-26, TSOP-6, SSOT-6. Aspectși locațiile pinului sunt prezentate în figura de mai jos. ÎN în acest caz, Fragmentul din stânga al imaginii arată codul de marcare LD7530A

Atribuire PIN:
1 - GND. (Firmă comună).
2 - FB. (Părere - Părere). Intrare pentru controlul duratei impulsurilor folosind un semnal de la tensiunea de ieșire. Uneori poate fi desemnat COMP (comparator de intrare).
3 - RI/RT/CT/COMP/NC - În funcție de tipul de microcircuit, poate fi utilizat pentru circuitul RC de setare a frecvenței (RI/RT/CT) sau pentru organizarea protecției, ca intrare a unui comparator de oprire PWM când valoarea pragului la intrarea sa specificată în document. În unele tipuri de microcircuite, această intrare nu poate fi utilizată în niciun fel (NC - No Connect).
4 - SENSE, altfel CS (Current Sense) - Intrare de la senzorul de curent de la sursa cheii.
5 - VCC - Intrare tensiune de alimentare și pornire a microcircuitului.
6 - OUT (GATE) - Ieșire pentru controlul porții (Gate) a cheii.

Din punct de vedere funcțional, astfel de regulatoare funcționează pe principiul microcircuitelor PWM din seria xx384x populare anterior, care s-au dovedit bine în ceea ce privește fiabilitatea și stabilitatea.

Unele dificultăți apar adesea la înlocuirea sau alegerea unui analog pentru astfel de controlere PWM din cauza utilizării marcarea coduluiîn desemnarea tipului de microcircuite. Situația se complică o cantitate mare producătorii de componente care nu pun întotdeauna documentația la dispoziția publicului și nu toți producătorii dispozitive gata făcute diagrame de reparații aprovizionării centre de servicii, astfel încât reparatorii trebuie adesea să studieze soluții de circuit real folosind componentele instalateși conexiuni de cablare direct pe placă.

În practică, microcircuitele PWM sunt adesea găsite cu codurile de marcare EAxxx și Eaxxx. Documentația oficială pentru acestea nu se găsește în domeniul public, dar există discuții pe forumuri și bucăți de imagini din PDF de la System General, care le publică ca SG6848T și SG6848T2. Desenul este atașat.

Prezentăm în atenția meseriașilor tabele întocmite din informațiile disponibile pe internet și Documente PDF pentru selectarea analogilor la înlocuirea celui mai comun PWM planar cu șase picioare cu pinout: pin1 - GND, pin2 - FB (COMP), pin4 - Sense, pin5 - Vcc, pin6 - OUT.
Principala lor diferență este aplicarea și scopul pinului 3.

Controlere PWM (PWM), fără a utiliza pinul 3.

Controlere PWM (PWM) cu o rezistență de 95-100 kOhm instalată pe pinul 3.

Folosind PWM-urile enumerate mai jos, frecvența ar trebui setată cu rezistența RT (RI) de la pinul 3 la masă. De obicei, valoarea sa nominală este de 95-100 kOhm pentru o frecvență de 65-100 KHz. Pentru mai multe detalii, consultați documentația atașată. Fișiere PDF ambalate în RAR.

Controlere PWM în care pinul 3 este utilizat diferit.

Când utilizați controlerele PWM enumerate mai jos, ar trebui să acordați atenție pinului 3, care poate fi folosit pentru a organiza protecția - termică sau împotriva depășirii tensiunii de intrare.
Frecvența poate fi fixată la 65 kHz sau setată de valoarea condensatorului de la pinul 3.
Când înlocuiți orice microcircuite cu analogi, studiați cu atenție documentația. Fișierele PDF sunt ambalate în arhiva RAR.