Modulación de ancho de pulso. ¿Qué es PWM y cómo se utiliza en la señal de modulación de ancho de pulso de Arduino?

Presentamos un diseño simple de un regulador de potencia, cuyo circuito está construido sobre un temporizador 555 que funciona en modo PWM. Los transistores IRF3205 son elementos controlados, con los transistores conectados en paralelo para reducir la resistencia y mejorar la disipación del calor.

Circuito 12V PWM para lámparas.

La tensión del transformador se rectifica mediante un puente de 50 A montado en el radiador. Se alimenta además al estabilizador de 8 V y luego al circuito de control. El dispositivo tuvo que funcionar con varios halógenos de 12V y 50W.

Por cierto, es posible reducir eficazmente el calentamiento de los transistores reduciendo la frecuencia de conmutación; vale la pena prestarle atención a esto.

Con brillo máximo habrá una corriente de carga de aproximadamente 25 A. Así que preste especial atención a los conectores de tornillo. Los cables con una sección de 1,5 mm2 tampoco son suficientes para una corriente tan grande.

Por supuesto, es mejor cambiar las puertas con un voltaje de aproximadamente 10 a 12 V (no más de 15 V para la seguridad de los transistores MOS) que 6 V, al menos para estar seguro de su saturación en el estado encendido. Y un voltaje más alto también significa que las puertas se reciclan más rápido, lo que resulta en tiempos transitorios más cortos, lo que reduce la pérdida de energía a través de ellas. Si no están saturados, entonces el calor generado en ellos a alta potencia operativa hará que los transistores se calienten mucho.

Para aumentar el voltaje de control, basta con conectar R3 directamente a la fuente de alimentación y no al estabilizador. Para acelerar la conmutación, sugerimos colocar un condensador de 0,1 µF en paralelo con R2 y, si es necesario, una resistencia adicional en fila delante de esta conexión en paralelo para minimizar las corrientes cuando el condensador se descarga.

En lugar de la resistencia R3, es incluso mejor instalar resistencias de 5 a 10 ohmios en las puertas Mosfet y utilizar transistores bipolares más potentes, por ejemplo, la familia BD136 - BD140 de los tipos de conductividad correspondientes.

Regulador PWM simplificado de 12 V CC

Para controladores de velocidad de motores de CC, puede utilizar este circuito que se muestra arriba. Aquí no es necesario utilizar transistores de control. Los Mosfet se pueden conectar en paralelo agregando una resistencia de 30 ohmios a la puerta de cada transistor. Puedes pagar.

Cuando se trabaja con muchas tecnologías diferentes, la pregunta frecuente es: ¿cómo gestionar la energía disponible? ¿Qué hacer si es necesario bajarlo o subirlo? La respuesta a estas preguntas es un regulador PWM. ¿Qué es él? ¿Dónde se usa? ¿Y cómo montar usted mismo un dispositivo de este tipo?

¿Qué es la modulación de ancho de pulso?

Sin aclarar el significado de este término, no tiene sentido continuar. Así, la modulación por ancho de pulso es el proceso de controlar la potencia que se suministra a la carga, que se lleva a cabo modificando el ciclo de trabajo de los pulsos, lo cual se realiza a una frecuencia constante. Existen varios tipos de modulación de ancho de pulso:

1. Analógico.

2. Digitales.

3. Binario (dos niveles).

4. Trinidad (tres niveles).

¿Qué es un regulador PWM?

Ahora que sabemos qué es la modulación por ancho de pulso, podemos hablar del tema principal del artículo. Para regular la tensión de alimentación y evitar fuertes cargas inerciales en automóviles y motocicletas se utiliza un regulador PWM. Esto puede parecer complicado y se explica mejor con un ejemplo. Digamos que necesita hacer que las lámparas de iluminación interior cambien su brillo no de inmediato, sino gradualmente. Lo mismo se aplica a las luces de posición, los faros de los automóviles o los ventiladores. Este deseo se puede realizar instalando un regulador de voltaje de transistor (paramétrico o de compensación). Pero con una corriente alta, generará una potencia extremadamente alta y requerirá la instalación de radiadores grandes adicionales o una adición en forma de un sistema de enfriamiento forzado utilizando un pequeño ventilador extraído del dispositivo informático. Como puede ver, este camino conlleva muchas consecuencias que será necesario superar.

La verdadera salvación de esta situación fue el regulador PWM, que funciona con potentes transistores de potencia de efecto de campo. Pueden conmutar corrientes altas (hasta 160 amperios) con solo un voltaje de puerta de 12-15 V. Cabe señalar que la resistencia de un transistor abierto es bastante baja y, gracias a esto, el nivel de disipación de potencia se puede reducir significativamente. Para crear su propio regulador PWM, necesitará un circuito de control que pueda proporcionar una diferencia de voltaje entre la fuente y la puerta dentro del rango de 12-15 V. Si esto no se puede lograr, la resistencia del canal aumentará considerablemente y la disipación de potencia aumentará significativamente. Y esto, a su vez, puede provocar que el transistor se sobrecaliente y falle.

Se produce una amplia gama de microcircuitos para reguladores PWM que pueden soportar un aumento en el voltaje de entrada a un nivel de 25-30 V, a pesar de que la fuente de alimentación será de solo 7-14 V. Esto permitirá que el transistor de salida se encienda en el circuito junto con el drenaje común. Esto, a su vez, es necesario para conectar la carga con un inconveniente común. Los ejemplos incluyen los siguientes ejemplos: L9610, L9611, U6080B ... U6084B. La mayoría de las cargas no consumen más de 10 amperios de corriente, por lo que no pueden provocar caídas de voltaje. Y como resultado, es posible utilizar circuitos simples sin modificaciones en forma de una unidad adicional que aumentará el voltaje. Y son precisamente estos ejemplos de reguladores PWM los que se analizarán en el artículo. Pueden construirse sobre la base de un multivibrador asimétrico o de reserva. Vale la pena hablar del controlador de velocidad del motor PWM. Más sobre esto más adelante.

Esquema número 1

Este circuito controlador PWM se ensambló utilizando inversores de chip CMOS. Es un generador de impulsos rectangular que funciona con 2 elementos lógicos. Gracias a los diodos, aquí la constante de tiempo de descarga y carga del condensador de ajuste de frecuencia cambia por separado. Esto le permite cambiar el ciclo de trabajo de los pulsos de salida y, como resultado, el valor del voltaje efectivo que está presente en la carga. En este circuito, es posible utilizar cualquier elemento CMOS inversor, así como NOR y AND. Los ejemplos incluyen K176PU2, K561LN1, K561LA7, K561LE5. Puedes utilizar otros tipos, pero antes tendrás que pensar detenidamente cómo agrupar correctamente sus entradas para que puedan realizar la funcionalidad asignada. Las ventajas del esquema son la accesibilidad y simplicidad de los elementos. Las desventajas son la dificultad (casi imposibilidad) de modificación y la imperfección con respecto al cambio del rango de voltaje de salida.

Esquema número 2

Tiene mejores características que la primera muestra, pero es más difícil de implementar. Puede regular el voltaje de carga efectivo en el rango de 0-12V, al cual cambia desde un valor inicial de 8-12V. La corriente máxima depende del tipo de transistor de efecto de campo y puede alcanzar valores importantes. Dado que el voltaje de salida es proporcional a la entrada de control, este circuito se puede utilizar como parte de un sistema de control (para mantener el nivel de temperatura).

Razones de la propagación

¿Qué atrae a los entusiastas de los automóviles hacia un controlador PWM? Cabe señalar que existe el deseo de aumentar la eficiencia en la construcción de dispositivos secundarios para equipos electrónicos. Gracias a esta propiedad, esta tecnología también se puede encontrar en la fabricación de monitores de ordenador, pantallas de teléfonos, portátiles, tabletas y equipos similares, y no sólo en los coches. También cabe señalar que esta tecnología es significativamente económica cuando se utiliza. Además, si decide no comprar, sino ensamblar usted mismo un controlador PWM, puede ahorrar dinero al mejorar su propio automóvil.

Conclusión

Bueno, ahora sabes qué es un regulador de potencia PWM, cómo funciona e incluso puedes montar dispositivos similares tú mismo. Por lo tanto, si desea experimentar con las capacidades de su automóvil, solo hay una cosa que decir al respecto: hágalo. Además, no sólo puede utilizar los diagramas presentados aquí, sino también modificarlos significativamente si tiene el conocimiento y la experiencia adecuados. Pero incluso si no todo sale bien la primera vez, puedes ganar algo muy valioso: experiencia. Quién sabe dónde podría resultar útil a continuación y qué importancia tendrá su presencia.

En algunos casos, por ejemplo, en linternas o dispositivos de iluminación del hogar, es necesario ajustar el brillo del resplandor. Parecería que nada podría ser más sencillo: basta con cambiar la corriente a través del LED, aumentando o disminuyendo. Pero en este caso, una parte importante de la energía se gastará en la resistencia limitadora, lo cual es completamente inaceptable cuando se alimenta independientemente de baterías o baterías recargables.

Además, el color de los LED cambiará: por ejemplo, el color blanco tendrá un tinte ligeramente verdoso cuando la corriente caiga por debajo de la nominal (para la mayoría de los LED, 20 mA). En algunos casos, este cambio de color es completamente innecesario. Imagine estos LED iluminando una pantalla de televisión o un monitor de computadora.

En estos casos se aplica PWM - regulación (ancho de pulso). Su significado es que periódicamente se enciende y se apaga. En este caso, la corriente permanece nominal durante todo el tiempo de destello, por lo que el espectro luminoso no se distorsiona. Si el LED es blanco, no aparecerán tonos verdes.

Además, con este método de regulación de potencia las pérdidas de energía son mínimas, la eficiencia de los circuitos con control PWM es muy alta, llegando a más del 90 por ciento.

El principio del control PWM es bastante simple y se muestra en la Figura 1. La diferencia entre el tiempo entre el estado encendido y apagado se percibe a simple vista como: como en una película: los fotogramas mostrados por separado se perciben como una imagen en movimiento. Aquí todo depende de la frecuencia de proyección, de la que hablaremos un poco más adelante.

Figura 1. Principio de regulación PWM

La figura muestra diagramas de las señales en la salida del dispositivo de control PWM (u oscilador maestro). Se designan cero y uno: un uno lógico (nivel alto) hace que el LED se encienda, un cero lógico (nivel bajo) hace que se apague.

Aunque todo puede ser al revés, ya que todo depende del diseño del circuito del interruptor de salida: el LED se puede encender en un nivel bajo y apagar en un nivel alto. En este caso, físicamente uno lógico tendrá un nivel de voltaje bajo y un cero lógico tendrá un nivel de voltaje alto.

En otras palabras, uno lógico provoca la activación de algún evento o proceso (en nuestro caso, la iluminación de un LED), y un cero lógico debería desactivar este proceso. Es decir, el nivel alto en la salida de un microcircuito digital no siempre es una unidad LÓGICA, todo depende de cómo esté construido el circuito específico. Esto es sólo para información. Pero por ahora asumiremos que la clave está controlada a un alto nivel, y simplemente no puede ser de otra manera.

Frecuencia y ancho de los pulsos de control.

Cabe señalar que el período (o frecuencia) de repetición del pulso permanece sin cambios. Pero, en general, la frecuencia del pulso no afecta el brillo del resplandor, por lo que no existen requisitos especiales para la estabilidad de la frecuencia. Solo cambia la duración (ANCHO), en este caso, del pulso positivo, por lo que funciona todo el mecanismo de modulación de ancho de pulso.

La duración de los pulsos de control en la Figura 1 se expresa en %%. Este es el llamado “factor de llenado” o, en terminología inglesa, DUTY CYCLE. Se expresa como la relación entre la duración del pulso de control y el período de repetición del pulso.

En la terminología rusa se suele utilizar. “factor de trabajo”: la relación entre el período de repetición y el tiempo de pulso A. Por lo tanto, si el ciclo de trabajo es del 50%, entonces el ciclo de trabajo será igual a 2. Aquí no existe una diferencia fundamental, por lo tanto, puede utilizar cualquiera de estos valores, el que le resulte más conveniente y comprensible.

Aquí, por supuesto, podríamos dar fórmulas para calcular el ciclo de trabajo y el CICLO DE TRABAJO, pero para no complicar la presentación, prescindiremos de fórmulas. Como último recurso, la ley de Ohm. No hay nada que puedas hacer al respecto: “¡Si no conoces la ley de Ohm, quédate en casa!” Si alguien está interesado en estas fórmulas, siempre podrá encontrarlas en Internet.

Frecuencia PWM para atenuador

Como se mencionó anteriormente, no existen requisitos especiales para la estabilidad de la frecuencia de pulso PWM: bueno, "flota" un poco, pero está bien. Por cierto, los reguladores PWM tienen una inestabilidad de frecuencia similar, que es bastante grande, lo que no interfiere con su uso en muchos diseños. En este caso, sólo es importante que esta frecuencia no baje de un valor determinado.

¿Cuál debería ser la frecuencia y qué tan inestable puede ser? No olvides que estamos hablando de atenuadores. En la tecnología cinematográfica existe el término "frecuencia de parpadeo crítica". Ésta es la frecuencia con la que las imágenes individuales mostradas una tras otra se perciben como una imagen en movimiento. Para el ojo humano, esta frecuencia es de 48Hz.

Es por esta razón que la frecuencia de filmación en películas era de 24 fotogramas/seg (el estándar de televisión es de 25 fotogramas/seg). Para aumentar esta frecuencia a una frecuencia crítica, los proyectores de películas utilizan un obturador de dos hojas (obturador) que se superpone dos veces a cada fotograma mostrado.

En los proyectores de película estrecha de 8 mm para aficionados, la frecuencia de proyección era de 16 fotogramas por segundo, por lo que el obturador tenía hasta tres hojas. Los mismos objetivos en la televisión se consiguen con el hecho de que la imagen se muestra en medios fotogramas: primero líneas pares y luego impares de la imagen. El resultado es una frecuencia de parpadeo de 50 Hz.

El funcionamiento del LED en modo PWM consta de destellos individuales de duración ajustable. Para que el ojo perciba estos destellos como un resplandor continuo, su frecuencia debe ser al menos la crítica. Puedes subir tan alto como quieras, pero no puedes bajar. Este factor debe tenerse en cuenta al crear Reguladores PWM para lámparas..

Por cierto, como dato interesante: los científicos han determinado de alguna manera que la frecuencia crítica para el ojo de una abeja es 800 Hz. Por lo tanto, la abeja verá la película en la pantalla como una secuencia de imágenes individuales. ¡Para que pueda ver una imagen en movimiento, será necesario aumentar la frecuencia de proyección a ochocientos medios fotogramas por segundo!

Para controlar el propio LED, se utiliza. Recientemente, los más utilizados para este fin son aquellos que permiten conmutar una potencia importante (el uso de transistores bipolares convencionales para estos fines se considera simplemente indecente).

Tal necesidad (un potente MOSFET - transistor) surge con una gran cantidad de LED, por ejemplo, con, que se discutirá un poco más adelante. Si la energía es baja, cuando use uno o dos LED, puede usar interruptores de baja potencia y, si es posible, conectar los LED directamente a las salidas de los microcircuitos.

La Figura 2 muestra el diagrama funcional de un regulador PWM. El diagrama muestra convencionalmente la resistencia R2 como elemento de control. Al girar su perilla, puede cambiar el ciclo de trabajo de los pulsos de control y, en consecuencia, el brillo de los LED, dentro de los límites requeridos.

Figura 2. Diagrama funcional de un regulador PWM

La figura muestra tres cadenas de LED conectados en serie con resistencias limitadoras. Aproximadamente la misma conexión se utiliza en las tiras de LED. Cuanto más larga sea la tira, más LEDs, mayor será el consumo de corriente.

Es en estos casos que se necesitarán unos potentes, cuya corriente de drenaje permitida debe ser ligeramente mayor que la corriente consumida por la cinta. El último requisito se satisface con bastante facilidad: por ejemplo, el transistor IRL2505 tiene una corriente de drenaje de aproximadamente 100 A, un voltaje de drenaje de 55 V, mientras que su tamaño y precio son bastante atractivos para su uso en varios diseños.

Generadores maestros PWM

Se puede utilizar un microcontrolador como generador PWM maestro (con mayor frecuencia en entornos industriales) o como un circuito fabricado con microcircuitos de baja integración. Si planea fabricar una pequeña cantidad de reguladores PWM en casa y no tiene experiencia en la creación de dispositivos con microcontroladores, entonces es mejor fabricar un regulador con lo que tiene actualmente a mano.

Estos pueden ser chips lógicos de la serie K561, un temporizador integrado o chips especializados diseñados para. En esta función, incluso puedes hacerlo funcionar montándole un generador ajustable, pero esto, tal vez, sea "por amor al arte". Por lo tanto, a continuación solo se considerarán dos circuitos: el más común en el temporizador 555 y en el controlador UPS UC3843.

Circuito oscilador maestro basado en el temporizador 555

Figura 3. Circuito oscilador maestro

Este circuito es un generador de onda cuadrada convencional, cuya frecuencia está determinada por el condensador C1. El condensador se carga a través del circuito “Salida - R2 - RP1- C1 - cable común”. En este caso, debe haber un voltaje de alto nivel en la salida, lo que significa que la salida está conectada al polo positivo de la fuente de alimentación.

El condensador se descarga a lo largo del circuito "C1 - VD2 - R2 - Salida - cable común" en un momento en que hay un nivel bajo de voltaje en la salida; la salida está conectada al cable común. Es esta diferencia en las rutas de carga y descarga del condensador de sincronización la que garantiza la recepción de pulsos con un ancho ajustable.

Cabe señalar que los diodos, incluso del mismo tipo, tienen parámetros diferentes. En este caso, juega un papel su capacitancia eléctrica, que cambia bajo la influencia del voltaje en los diodos. Por lo tanto, junto con un cambio en el ciclo de trabajo de la señal de salida, también cambia su frecuencia.

Lo principal es que no sea menor que la frecuencia crítica, que se mencionó anteriormente. De lo contrario, en lugar de un brillo uniforme con diferente brillo, se verán destellos individuales.

Aproximadamente (nuevamente, los diodos tienen la culpa), la frecuencia del generador se puede determinar mediante la fórmula que se muestra a continuación.

Frecuencia del generador PWM en el temporizador 555.

Si sustituyes la capacitancia del condensador en faradios y la resistencia en ohmios en la fórmula, entonces el resultado debería estar en hercios Hz: ¡no hay escapatoria del sistema SI! Esto supone que el control deslizante de la resistencia variable RP1 está en la posición media (en la fórmula RP1/2), lo que corresponde a una señal de salida de onda cuadrada. En la Figura 2, esta es exactamente la parte donde la duración del pulso es del 50%, lo que equivale a una señal con un ciclo de trabajo de 2.

Generador maestro PWM en chip UC3843

Su diagrama se muestra en la Figura 4.

Figura 4. Circuito del oscilador maestro PWM en el chip UC3843

El chip UC3843 es un controlador PWM para conmutar fuentes de alimentación y se utiliza, por ejemplo, en fuentes informáticas de formato ATX. En este caso, se ha modificado ligeramente el esquema típico para su inclusión hacia una simplificación. Para controlar el ancho del pulso de salida, se aplica un voltaje de control de polaridad positiva a la entrada del circuito y se obtiene una señal de pulso PWM en la salida.

En el caso más sencillo, la tensión de regulación se puede aplicar mediante una resistencia variable con una resistencia de 22...100 KOhm. Si es necesario, el voltaje de control se puede obtener, por ejemplo, de un sensor de luz analógico fabricado con un fotorresistor: cuanto más oscuro está fuera de la ventana, más brillante hay en la habitación.

El voltaje de regulación afecta la salida PWM de tal manera que cuando disminuye, el ancho del pulso de salida aumenta, lo cual no es sorprendente. Después de todo, el propósito original del microcircuito UC3843 es estabilizar el voltaje de la fuente de alimentación: si el voltaje de salida cae, y con él el voltaje de regulación, entonces se deben tomar medidas (aumentar el ancho del pulso de salida) para aumentar ligeramente el voltaje de salida.

La tensión de regulación en las fuentes de alimentación se genera normalmente mediante diodos Zener. Muy a menudo este u otros similares.

Con las clasificaciones de los componentes indicadas en el diagrama, la frecuencia del generador es de aproximadamente 1 KHz y, a diferencia del generador del temporizador 555, no “flota” cuando cambia el ciclo de trabajo de la señal de salida: preocupación por la constancia del Frecuencia de las fuentes de alimentación conmutadas.

Para regular una potencia significativa, por ejemplo, una tira de LED, se debe conectar una etapa clave en un transistor MOSFET a la salida, como se muestra en la Figura 2.

Podríamos hablar más sobre los reguladores PWM, pero detengámonos ahí por ahora, y en el próximo artículo veremos diferentes formas de conectar LED. Después de todo, no todos los métodos son igualmente buenos, hay algunos que deben evitarse y simplemente se cometen muchos errores al conectar los LED.

Cuando nos encontramos con una palabra o concepto desconocido en alguna literatura, queremos saber rápidamente su definición. Conocimiento definición precisa Además, puede rastrear el alcance y los métodos de aplicación del personaje principal de un concepto en particular. Hoy analizaremos más de cerca un concepto como el controlador PWM.

concepto shima

Antes de definir la frase mencionada, conviene conocer o simplemente recordar el principio de calentamiento de los componentes de potencia de un circuito de radio. Su esencia radica en el funcionamiento de varios modos de conmutación. Todos los componentes de energía eléctrica en tales circuitos de radio se encuentran siempre en dos estados. El primero está abierto y el segundo se revela. ¿Cuál es la diferencia entre estas dos condiciones? En el primer caso, el componente tiene corriente cero. En el segundo, el componente tiene un valor de voltaje cero. El resultado final de la interacción de los componentes de energía eléctrica con el voltaje requerido puede considerarse la recepción de una señal de la forma necesaria de acuerdo con las reglas establecidas.

Una cuña es un modulador especial diseñado para controlar el tiempo de apertura de un interruptor de encendido. El tiempo de apertura de la llave se establece teniendo en cuenta la tensión recibida. Conseguir opción ideal El procesamiento de una señal sólo es posible si la señal ha pasado sin dificultad por todas las etapas necesarias antes de ser convertida. ¿Cuáles son estas etapas y en qué consiste la formación de dicha señal?

Características del controlador PWM

El proceso de creación de señales de calce es muy difícil. Para facilitar este proceso, se inventaron microcircuitos especiales. Son los microcircuitos involucrados en la formación de señales PWM los que se denominan controladores PWM. Su existencia en la mayoría de los casos ayuda a resolver completamente el problema de la formación de señales de pulso ancho. Para comprender más fácilmente la misión y el significado del controlador de cuñas, es necesario familiarizarse con las características de su estructura. Hoy se sabe que cualquier controlador PWM utilizado activamente en electrónica tiene los siguientes componentes:

• Salida de energía. Tiene una gran responsabilidad en el suministro eléctrico de todos los circuitos existentes. A menudo El pin de alimentación se confunde con el pin de control de potencia.. Es importante saber que a pesar de las palabras similares en el nombre, estos dos conceptos tienen características completamente diferentes. Esto demostrará una vez más claramente su familiaridad con el pin de control de potencia.
• Pasador de control de potencia. Este componente del microcircuito monitorea el estado de los indicadores de voltaje directamente en el pin del microcircuito. La tarea principal de la salida de control de potencia es evitar que se supere el nivel de diseño. Existe un grave peligro: reducción de voltaje a la salida. Si se reduce el voltaje, los transistores comienzan a abrirse hasta la mitad. Debido a una apertura incompleta, se calientan rápidamente y, en última instancia, pueden fallar rápidamente. Es por eso tensión moderada- esta es la clave para el funcionamiento a largo plazo de los transistores en los controladores PWM.
• salida general. El tercer elemento principal del esquema tiene la forma de una pierna. Esta pata, a su vez, está conectada al cable común del circuito, que se encarga de alimentar todo el sistema.

Los tres componentes son muy importantes. Si al menos uno de los elementos falla por algún motivo, el rendimiento de todo el microcircuito se deteriora notablemente o se detiene por completo.

Sistemas de gestión de chips

Es importante saber no sólo de qué están hechos los chips controladores PWM, sino también qué tipos de sistemas existen. Actualmente, existen dos sistemas principales de modulación de pulsos ampliamente disponibles en los que el control PWM toma parte activa. Estas son algunas de sus características:

Pero puede obtener la señal deseada en la salida utilizando métodos tanto de software como de hardware.

Método hardware. La señal se recibe de esta manera mediante un temporizador especial, que inicialmente está integrado en el sistema digital. Un temporizador de este tipo genera o facilita la inclusión de pulsos en determinadas etapas de la salida de la señal.

Método software. En este caso, las señales se reciben ejecutando comandos de software especiales. El método del software tiene más opciones. que el hardware. Al mismo tiempo, utilizar este método para recibir señales puede consumir mucha memoria.

¿Qué podemos decir del “corazón del sistema”? El controlador de cuñas, que se utiliza activamente en moduladores digitales, tiene sus ventajas. Vale la pena recordar lo siguiente:

• Bajo costo.
• Trabajo estable.
• Alta confiabilidad.
• Posibilidad de ahorrar energía.
• Alta eficiencia de conversión de señal.

Todas estas ventajas hacen que el sistema digital sea más popular entre los consumidores.

• Modulador analógico. El principio de funcionamiento de un modulador analógico es fundamentalmente diferente del principio de funcionamiento de uno digital. La esencia del funcionamiento de dicho modulador es comparar dos señales. Estas señales difieren en el orden de frecuencia. El amplificador operacional es el elemento principal del modulador analógico, que se encarga de comparar señales. La comparación de señales se realiza en la salida. El amplificador utiliza dos señales como comparación. El primero es un voltaje de diente de sierra de alta frecuencia. La segunda señal es voltaje de baja frecuencia. Después de la comparación, aparecen pulsos rectangulares. La duración de los pulsos depende directamente de la señal moduladora..

Controlador PWM en fuentes de alimentación conmutadas

Hoy en día, muchos aparatos eléctricos están equipados con fuentes de alimentación especiales. Estos bloques ayudan a transformar un tipo de voltaje en otro. EN En el proceso de conversión de energía intervienen dos dispositivos:

• Fuente de alimentación conmutada.
• Dispositivos transformadores analógicos.

En este artículo prestaremos más atención al primer dispositivo, ya que es el que utiliza el controlador PWM.

Esquema de funcionamiento de una fuente de alimentación conmutada.

Este dispositivo nació hace apenas unas décadas. Sin embargo, ya se ha vuelto popular y solicitado. Fuente de alimentación conmutada consta de las siguientes partes:

1. Filtrar condensado.
2. Transistor de potencia clave.
3. Un rectificador de red que consta de varios elementos.
4. Diodos rectificadores del sistema de salida.
5. Estranguladores de potencia. El estrangulador ayuda a corregir el voltaje resultante.
6. Fuente de alimentación conmutada. Es desde aquí que el voltaje se convierte en un circuito de potencia.
7. Circuitos de control de voltaje de salida.
8. Contenedor de filtro acumulativo;
9. Optoacoplador;
10. Oscilador maestro.
11. circuitos de retroalimentación.

Conociendo la composición de la unidad de impulsos, conviene familiarizarse con el principio de su funcionamiento.

Principio de funcionamiento de la unidad de impulsos.

Principio de funcionamiento de la unidad de impulsos. Consiste en entregar una tensión de alimentación estabilizada basándose en el principio de interacción entre los elementos de un sistema inerte. A continuación se detallan pasos a paso que demuestran claramente la esencia de la actividad de dicha fuente de alimentación:

• Transferencia de tensión de red al rectificador (realizada mediante cables especiales).
• Utilizando un filtro rectificador, se suaviza el voltaje. Los condensadores también participan en este proceso.
• Con la ayuda de un puente de entrada de diodos se rectifican las sinusoides. A continuación, con la participación de un sistema de transistores, las sinusoides que pasan deben convertirse en pulsos de alta frecuencia. A menudo las legumbres tienen forma rectangular.

Pero surge la pregunta: ¿qué papel juegan los controladores PWM en la unidad de impulsos? Intentaremos responder a esto en el siguiente subtítulo.

El papel del controlador de cuña en el funcionamiento de la unidad de impulsos.

Los controladores PWM juegan un papel importante en el bloque de pulsos. Es responsable de los procesos asociados con la modulación de ancho de pulso. El controlador PWM promueve la generación de pulsos que tienen la misma frecuencia, pero al mismo tiempo diferentes duraciones de conmutación. Todos los pulsos suministrados corresponden a una determinada unidad lógica. Los impulsos no sólo tienen la misma frecuencia, sino también la misma amplitud. Duración del funcionamiento de una unidad lógica. puede cambiar durante su funcionamiento. Estos cambios ayudan a gestionar mejor el funcionamiento del sistema electrónico.

Por tanto, el controlador PWM es una de las cadenas importantes involucradas en el funcionamiento de la unidad de impulsos. En algunos tipos, además del controlador PWM, el funcionamiento exitoso de la fuente de alimentación lo garantiza un transformador de impulsos y una cascada especial de interruptores de alimentación.

¿En qué ámbitos se utilizan las fuentes de alimentación conmutadas? En primer lugar, en electrónica. Esto se discutirá más a fondo.

Características del chip o cómo puede funcionar una computadora portátil

Fuente de alimentación de la computadora y el papel del controlador PWM en ella Todas las computadoras modernas, incluidas las portátiles, están equipadas con fuentes de alimentación conmutadas. Las unidades instaladas en una computadora portátil o en una computadora normal contienen un chip controlador PWM individual. Se considera que el chip estándar es el chip TL494CN.

En primer lugar, cabe mencionar la tarea principal del chip TL494CN. Entonces, la tarea principal del circuito es la modulación por ancho de pulso. En otras palabras, el microcircuito produce pulsos de voltaje. Algunos pulsos son ajustables, otros no. El microcircuito proporciona aproximadamente 6 formas de emitir señales. Mencionemos algunos detalles interesantes de cada pin del chip del portátil.

Primera conclusión. Se considera la entrada positiva del amplificador de señal de error. El nivel de voltaje en el primer pin tiene un impacto significativo en el funcionamiento de los pines siguientes. Si el voltaje en el segundo pin es bajo, la salida del amplificador de error tendrá lecturas bajas. Por el contrario, a mayor voltaje. El rendimiento del amplificador de error aumentará.

Segunda conclusión. El segundo pin es, por el contrario, una salida negativa para el amplificador. Aquí los indicadores de voltaje tienen un efecto ligeramente diferente en el amplificador. Entonces, a alto voltaje (más alto que en el primer pin), la salida del amplificador tiene un bajo rendimiento. En el caso de bajo voltaje, el amplificador tiene datos altos.

Tercera conclusión. Sirve como una especie de punto de contacto. Los cambios en el nivel de voltaje dependen de los dos diodos equipados con el amplificador interno. Cuando el nivel de la señal cambia en al menos un diodo, cambia el nivel de voltaje de todo el amplificador. En algunos casos, el tercer pin proporciona la tasa de cambio del ancho del pulso.

Cuarta conclusión. Capaz de controlar el rango del ciclo de trabajo de todos los pulsos de salida. El nivel de voltaje entrante en el cuarto pin afecta el ancho de los pulsos en el chip controlador PWM.

Quinta conclusión. La quinta conclusión enfrenta una tarea ligeramente diferente. Conecta un condensador de refuerzo a un microcircuito determinado. La capacidad del condensado conectado tiene un impacto significativo en la frecuencia de los pulsos de salida del controlador PWM.

Sexta conclusión. Sirve para conectar un registro de temporización, que también afecta a la frecuencia.

Todos estos seis pines contribuyen al cumplimiento de la tarea principal asignada al microcircuito del controlador PWM: emitir pulsos con amplia modulación. Y esta acción, a su vez, afecta el funcionamiento de la unidad de pulso y, por tanto, el funcionamiento del portátil.

Si la cuña - el controlador falla

A veces, los controladores del circuito PWM y la fuente de alimentación (incluidos los integrados en la computadora portátil) pueden fallar y fallar. En tales casos, será necesario identificar fallas (en algunos casos es necesario verificar la fuente de alimentación, en otros vale la pena verificar el circuito en sí). Para ello se desarrollaron multímetros. Los multímetros examinan cuidadosamente el rendimiento. Calce: controladores y, si es necesario, ayude a eliminar averías. Las razones más comunes por las que se deben verificar estos dispositivos son el funcionamiento inestable de la placa y los cambios en las lecturas de voltaje. Si los eliminas, la técnica funcionará.

Una mala comprensión del funcionamiento de PWM o PWM (modulación de ancho de pulso) a menudo conduce no solo a su uso incorrecto, sino incluso a errores en el diseño de los dispositivos que utilizan PWM para el control. Aquí, limitándome a una aplicación específica, intentaré contarte qué es PWM, por qué es necesario y cómo funciona.

Primero, ¿qué es PWM?

¿Cuándo se necesita PWM?

La razón principal para usar PWM es la necesidad de proporcionar un voltaje de CC bajo para alimentar dispositivos electrónicos y al mismo tiempo mantener una alta eficiencia, especialmente en accionamientos eléctricos controlados.

En las redes internas de equipos, se utiliza voltaje CC de un conjunto limitado de voltajes para alimentar dispositivos, que a menudo deben cambiarse para adaptarse a los requisitos de un dispositivo en particular, estabilizarlo o regularlo.

Estos pueden ser accionamientos eléctricos de CC, chips y componentes de equipos de radio.

El ajuste se puede realizar mediante dispositivos amortiguadores de voltaje: resistencias, transistores (si es necesario realizar un ajuste). La principal desventaja de esta solución es la pérdida de energía y la mayor generación de calor en los dispositivos de control.

Como se sabe que la potencia liberada es igual a:

P = I x U o P = I 2 x R W.

entonces cuanto mayor sea la corriente I en el circuito y la caída de voltaje U, mayor será la pérdida de potencia. Aquí R es el valor de resistencia del elemento de control.

Imagine que necesita apagar al menos 3 V con una corriente de carga de 10 A, esto ya es un desperdicio de 30 W. Y cada vatio de energía perdido no sólo reduce el tiempo de funcionamiento de las fuentes de alimentación, sino que también requiere equipos adicionales para eliminar el calor generado por esta energía.

Esto también se aplica a resistencias de extinción y dispositivos semiconductores.

Pero es bien sabido que los dispositivos semiconductores funcionan muy bien (con bajas pérdidas y generación de calor) como interruptores cuando sólo tienen dos estados abierto/cerrado.

Este modo le permite reducir las pérdidas en el dispositivo semiconductor de conmutación al nivel:

P máx = I x U nosotros

U nosotros para los interruptores semiconductores modernos se acerca a 0,3v y con un consumo de corriente de 10 A, las pérdidas de energía se acercarán a 3 W. Esto está en modo de conmutación, y cuando se trabaja en dispositivos PWM es aún menor. PWM utiliza dispositivos semiconductores en modo de conmutación como elementos clave, es decir, el transistor está abierto (apagado) o cerrado (en estado de saturación) todo el tiempo. En el primer caso El transistor tiene una resistencia casi infinita, por lo que la corriente en el circuito es muy pequeña y, aunque todo el voltaje de suministro cae a través del transistor, la potencia liberada por el transistor es prácticamente cero. En el segundo caso (transición de un interruptor de un estado conductor a un estado no conductor y viceversa) la potencia liberada en el interruptor es significativa, pero como la duración de los estados de transición es extremadamente corta en relación con el período de modulación, la potencia promedio de conmutación las pérdidas resultan insignificantes.

El uso de PWM hizo posible aprovechar las ventajas del modo clave en circuitos que reducen y regulan el voltaje de CC.

Repito, la modulación de ancho de pulso es el control del valor de voltaje promedio en la carga integradora cambiando el ciclo de trabajo de los pulsos usando una tecla de control.

El funcionamiento de PWM en una carga integradora se muestra en la Fig. 1.

Figura 1

La condición principal para tal uso de PWM es la presencia de una carga integradora.

Porque el valor de amplitud del voltaje es igual a E.

Estos pueden ser circuitos integradores RC, LC, RLC o RL e integradores mecánicos (por ejemplo, un motor eléctrico).

Cuando PWM funciona con una carga integradora, el voltaje (el voltaje de CC equivalente) cambia según el ciclo de trabajo (Q) de los pulsos.

Q = t y /T< 1

aquí: Q - ciclo de trabajo, t y - duración del pulso, T - período de repetición del pulso.

Teniendo en cuenta el ciclo de trabajo, la tensión CC equivalente será igual a:

E eq = Q x E Voltio

aquí: E eq - voltaje directo equivalente (Voltios), Q - ciclo de trabajo, E - voltaje de la fuente desde la cual se alimenta el convertidor PWM (Voltios).

En realidad, se aplica un voltaje igual a E a los terminales de carga PWM, y el trabajo realizado por la corriente eléctrica (o el número de revoluciones del motor eléctrico) está determinado precisamente por E eq. Al restaurar en el condensador integrador, obtenemos exactamente el voltaje E equivalente.

La potencia asignada al interruptor de control controlado por PWM es igual a:

P máx = Q x I x U nosotros

Diagrama de conexión de carga a PWM.

PWM no requiere ninguna solución de circuito diferente del circuito de conmutación del motor de CC (un caso especial de carga). El motor eléctrico simplemente se conecta a una fuente de alimentación que funciona en modo PWM. A menos que, en determinadas situaciones, sea necesario introducir un filtrado adicional del ruido que surge en los frentes de impulsos. Este filtro en la Fig. 2 en forma de condensadores y un diodo amortiguador.

Figura 2

En la figura. 2 muestra tal conexión.

Vemos que el interruptor (transistor de efecto de campo) se puede reemplazar simplemente con una resistencia variable.

circuito pwm

En el artículo "Adaptador para ventilador de 3 a 4 pines" http://de1fer.ru/?p=45#more-45 el propietario del blog proporciona un diagrama de un ventilador con P WM.

Figura 3

aquí: GND - tierra (común), Control - contacto P control WM, +12 - tensión de alimentación, Detección - salida del sensor de velocidad.

En este circuito, el control es posible más bien con control de corriente continua +I que con una señal PWM.

Para controlar una señal de pulso (PWM), se requiere el circuito que se muestra en la Fig. 4. Y a juzgar por los parámetros del transistor "PWM", fue elegido específicamente para el control de corriente continua. Al menos funcionará normalmente en este modo con un ventilador de hasta 1,6 W.

Figura 4

Pero en el modo de pulso sin condensador C, el transistor BC879 se calentará un poco menos que en corriente continua y el motor eléctrico puede detenerse con duraciones de pulso de corriente cortas (bajas velocidades) debido a su integración en la entrada de capacitancia C del transistor.

Parámetros principales del transistor npn bipolar de alta frecuencia de silicio BC879 de SIEMENS

PC máx.	Ucb máx.	máximo	Web máx.	icmax	Tj máx, °C	pies máx.
800mW	100V	80V	5V	1A	150°C	200MHz

Si es necesario, desactive el control PWM (PWM) en el circuito que se muestra en la Fig. 3 solo necesitas conectar el pin de Control al cable de +12v.

Hay otra versión del circuito de ventilador con P WM en el foro Radeon.ru

Figura 5

Diferencias significativas con la Fig. 3 no, como interruptor controlado por PWM sólo se utiliza un transistor de efecto de campo MOS con un canal tipo p incorporado o inducido.

Este circuito también se puede controlar tanto mediante P WM como mediante voltaje constante (pero no vale la pena correr el riesgo: es necesario conocer los parámetros del transistor).

Este circuito es completamente operativo y no tiene las desventajas del circuito que se muestra en la Fig. 3.

Para apagarlo (dependiendo del tipo de transistor), simplemente conecte el pin de Control al cable + o -.

¡Atención aficionados al bricolaje!

Si no está satisfecho con el algoritmo de control PWM integrado en la placa base (placa del sistema).

Y tienes un reobas (controlador de control de ventilador) que te conviene, entonces usa un ventilador con conector de 3 pines.

Si le gusta un ventilador con PWM o no tiene un reemplazo, entonces debe desactivar el PWM usando el método descrito anteriormente, reemplazando el conector de 4 pines por uno de 3 pines y conectándolo al rheobass.

Pero recuerde, utilizar un ventilador PWM en cualquier modo anormal no le permitirá alcanzar su máximo rendimiento.

El uso simultáneo con PWM - PWM a lo largo del circuito de alimentación puede provocar una inestabilidad periódica del funcionamiento del ventilador (pueden producirse oscilaciones entre las frecuencias de PWM - PWM a lo largo del circuito de alimentación de los sistemas) y crear ambigüedad para los sistemas equipados con estabilización de velocidad. sistema. Además, como en el caso anterior, el voltaje resultante en el ventilador disminuirá entre un 10 y un 15%, lo que no permitirá que dicho ventilador alcance su máximo rendimiento.

Así que deténgase en una cosa. Utilice un ventilador PWM o utilice un control de ventilador externo a través del circuito de alimentación de un ventilador con un conector de 3 pines.

Conclusión

El uso de PWM o, como solíamos decir, PWM aumenta la eficiencia de los dispositivos de CC reductores de voltaje, lo que reduce la generación general de calor de los dispositivos electrónicos con PWM.

PWM le permite crear sistemas de accionamiento eléctricos compactos controlados por CC de alta potencia.

En los dispositivos modernos de control de voltaje de CC y estabilizadores reductores de voltaje, los ajustes generalmente se realizan mediante PWM. Para ello, se fabrican controladores que requieren un mínimo de accesorios.

¡Ahora podemos decir adiós a las resistencias y reóstatos de amortiguación!

preparado por A. Sorokin,