ШИМ стабилизаторы постоянного напряжения и тока

Что такое широтно-импульсная модуляция?


Без выяснения значения этого термина продолжать не имеет смысла. Итак, широтно-импульсная модуляция — это процесс управления мощностью, которая подводится к нагрузке, осуществляемая путём видоизменения скважности импульсов, которая делается при постоянной частоте. Существует несколько типов широтно-импульсной модуляции:
1. Аналоговый.

3. Двоичный (двухуровневый).

4. Троичный (трехуровневый).

Что такое ШИМ-регулятор?


Теперь, когда мы знаем, что такое широтно-импульсная модуляция, можно поговорить и о главной теме статьи. Используется ШИМ-регулятор для того, чтобы регулировать напряжение питания и для недопущения мощных инерционных нагрузок в авто- и мототехнике. Это может звучать слишком сложно и лучше всего пояснить на примере. Допустим, необходимо сделать, чтобы лампы освещения салона меняли свою яркость не сразу, а постепенно. Это же относится к габаритным огням, автомобильным фарам или вентиляторам. Воплотить такое желание можно путём установки транзисторного регулятора напряжения (параметрический или компенсационный). Но при большом токе на нём будет выделяться чрезвычайно большая мощность и потребуется установка дополнительных больших радиаторов или дополнение в виде системы принудительного охлаждения с использованием маленького вентилятора, снятого с компьютерного устройства. Как видите, данный путь влечёт за собой много последствий, которые необходимо будет преодолеть.
Настоящим спасением из данной ситуации стал ШИМ-регулятор, который работает на мощных полевых силовых транзисторах. Они могут коммутировать большие токи (которые достигают 160 Ампер) при напряжении всего в 12-15В на затворе. Следует отметить, что сопротивление у открытого транзистора довольное мало, и благодаря этому можно заметно снизить уровень рассеиваемой мощности. Чтобы создать свой собственный ШИМ-регулятор, понадобится схема управления, которая сможет обеспечить разность напряжения между истоком и затвором в границах 12-15В. Если этого не получится достичь, то сопротивление канала будет сильно увеличиваться и значительно возрастёт рассеиваемая мощность. А это, в свою очередь, может привести к тому, что транзистор перегреется и выйдет из строя.

Выпускается целый ряд микросхем для ШИМ-регуляторов, которые смогут выдержать повышение входного напряжения до уровня 25-30В, при том, что питание будет всего 7-14В. Это позволит включать выходной транзистор в схеме вместе с общим стоком. Это, в свою очередь, необходимо для подключения нагрузки с общим минусом. В качестве примеров можно привести такие образцы: L9610, L9611, U6080B … U6084B. Большинство нагрузок не потребляет ток больше 10 ампер, поэтому они не могут вызвать просадку напряжения. И как результат – использовать можно и простые схемы без доработки в виде дополнительного узла, который будет повышать напряжение. И именно такие образцы ШИМ-регуляторов и будут рассмотрены в статье. Они могут быть построены на основе несимметрического или ждущего мультивибратора. Стоит поговорить про ШИМ-регулятор оборотов двигателя. Об этом далее.

Понижающий стабилизатор

Стабилизаторы импульсного типа, функционирующие с понижением напряжения, являются компактными и мощными приборами питания электрическим током. При этом они имеют низкую чувствительность к наводкам потребителя постоянным напряжением одного значения. Гальваническая изоляция выхода и входа в понижающих устройствах отсутствует. Импортные приборы получили название chopper. Выходное питание в таких устройствах постоянно находится меньше входного напряжения. Схема импульсного стабилизатора понижающего типа изображена на рисунке.

Подключим напряжение для управления истоком и затвором транзистора, который войдет в положение насыщения. По нему будет проходить ток по цепи от положительного полюса по выравнивающему дросселю и нагрузке. В прямом направлении ток по диоду не протекает.

Отключим управляющее напряжение, которое выключает ключевой транзистор. После этого он будет находиться в положении отсечки. ЭДС индукции выравнивающего дросселя будет преграждать путь для изменения тока, который пойдет по цепи через нагрузку от дросселя, по общему проводнику, диод, и опять придет на дроссель. Емкость С1 будет разряжаться и будет удерживать напряжение на выходе.

При подаче отпирающей разницы потенциалов между истоком и затвором транзистора, он перейдет в режим насыщения и вся цепочка вновь повторится.

Схема №1


Эта схема ШИМ-регулятора собиралась на инверторах КМОП-микросхемы. Она является генератором прямоугольных импульсов, который действует на 2-х логических элементах. Благодаря диодам здесь отдельно изменяется постоянная времени разряда и заряда частотозадающего конденсатора. Это позволяет менять скважность, которую имеют выходные импульсы, и как результат – значение эффективного напряжения, которое есть на нагрузке. В данной схеме возможно использование любых инвертирующих КМОП-элементов, а также ИЛИ-НЕ и И. В качестве примеров подойдут К176ПУ2, К561ЛН1, К561ЛА7, К561ЛЕ5. Можно использовать и другие виды, но перед этим придётся хорошо подумать о том, как правильно сгруппировать их входы, чтобы они могли выполнять возложенный функционал. Преимущества схемы – доступность и простота элементов. Недостатки – сложность (практически невозможность) доработки и несовершенство относительно изменения диапазона выходного напряжения.

Инвертирующий стабилизатор

Импульсные стабилизаторы инвертирующего типа используют для подключения потребителей с постоянным напряжением, полюсность которого имеет противоположное направление полюсности разности потенциалов на выходе устройства. Его значение может быть выше сети питания, и ниже сети, в зависимости от настройки стабилизатора. Гальваническая изоляция сети питания и нагрузки отсутствует. Импортные приборы инвертирующего типа называются buck-boost converter. На выходе таких приборов напряжение всегда ниже.

Подключим управляющую разность потенциалов, которое откроет транзистор между истоком и затвором. Он откроется, и ток пойдет по цепи от плюса по транзистору, дросселю к минусу. При таком процессе дроссель резервирует энергию с помощью своего магнитного поля. Отключим разность потенциалов управления от ключа на транзисторе, он закроется. Ток пойдет от дросселя по нагрузке, диоду, и возвратится в первоначальное положение. Резервная энергия на конденсаторе и магнитном поле будет расходоваться для нагрузки. Снова подадим питание на транзистор к истоку и затвору. Транзистор опять станет насыщаться и процесс повторится.

Схема №2


Обладает лучшими характеристиками, нежели первый образец, но сложнее в выполнении. Может регулировать эффективное напряжение на нагрузке в диапазоне 0-12В, до которого изменяется с начального значения 8-12В. Максимальный ток зависит от типа полевого транзистора и может достигать значительных значений. Учитывая, что выходное напряжение является пропорциональным входному управляющему, данную схему можно использовать как часть системы регулирования (для поддержки уровня температуры).

Регулируемый импульсный стабилизатор

Регулируемый импульсный стабилизатор представляет собой полноценный исполнительный модуль импульсного регулятора напряжения. Он может работать как независимый стабилизатор или как элемент питания в мастерской. Им можно управлять дистанционно подача напряжения 5В на соответствующий разъем отключит стабилизатор. Рекомендации, устройство рекомендуется для питания электронных устройств и для использования в мастерской.

Но, конечно, стабилизатор не совсем подойдет для использования в качестве источника питания для какой-либо высокочувствительной аппаратуры. Настраиваемые параметры напряжение и ток могут незначительно влиять друг на друга. Кроме того, выходное напряжение может содержать переменную составляющую, которая увеличивается с увеличением мощности нагрузки.

Регулируемый импульсный стабилизатор будет идеальным в тех случаях, когда из-за значительных потерь мощности невозможно использовать линейный стабилизатор и высокая точность параметров не требуется, например, напряжение питания 24 В и требуемое выходное напряжение 12 В и ток 4 … 5 А для питания электродвигателя или проверке светодиодных лент.

Схема регулируемый импульсный стабилизатор показана на рисунке в тексте статьи. Основой стабилизатора является микросхема TL494. Элементы C13, R14 устанавливают рабочую частоту внутреннего генератора около 77 кГц. Первый компаратор вместе с элементами R7, R8, R9, R15, R16 и C14 составляют схему стабилизации выходного напряжения, значение которой регулируется потенциометром P2.

Второй компаратор с элементами R10, R11, R12, R21 и R22 составляет схему регулятора тока, значение которой задается потенциометром P1. Разъем POW позволяет питать блок управления и блок питания от одного и того же напряжения (короткое замыкание 1-2), или позволяет питать блок управления от внешнего источника, мы подключаем его к контактам 2-3 (2 плюс, 3 заземление). Это напряжение должно быть в диапазоне 8 … 40 В.

Разъем CTRL позволяет отключить стабилизатор путем подачи напряжения 5В на контакт 2. Разъем VALUE используется для подключения потенциометров управления, как показано на схеме. Элементы T1, D1, L1 и C5 образуют типичный понижающий импульсный преобразователь. Другие элементы фильтруют входные и выходные напряжения. Трудно получить нижний диапазон регулировки тока (0 … 0,5 А), поэтому практический диапазон регулировки составляет 0,5 А … 5 А. Печатная плата показана на рисунке.

Стабилизатор питается напрямую от трансформатора. Оптимальным для этого питания напряжение вторичной обмотки должно быть 24В переменного напряжения и мощность 150 Вт. Но лучшее решение трансформатор с двумя обмотками 24В. Трансформатор с одной обмоткой должен быть подключен согласно схеме. Не забудьте сделать перемычку согласно потребляемого тока, соединяющую клеммы Т1 и Т2. Для трансформатора с двумя обмотками подключите средний вывод обмоток к клемме Т2 и оставьте клемму Т1 свободной.

После первого запуска мы должны установить максимальное напряжение 25В с помощью потенциометра R7 и максимальный ток с помощью потенциометра R10. Потенциометр R22 настроен таким образом, чтобы обеспечить равномерное регулирование тока во всем диапазоне вращения потенциометра P1. Если мы используем стабилизатор при длительных высоких нагрузках, то обязательно должны использовать вентилятор, например, 10 × 10. Стабилизатор при большой токовой нагрузке может начать «пищать» — это естественный симптом.

Причины распространения

Чем привлекает автолюбителей ШИМ-регулятор? Следует отметить стремление к увеличению КПД, когда проводится построение вторичных источников питания для электронной аппаратуры. Благодаря данному свойству можно данную технологию найти также при изготовлении компьютерных мониторов, дисплеев в телефонах, ноутбуках, планшетах и подобной техники, а не только в автомобилях. Также следует отметить значительную дешевизну, которой отличается данная технология при своём использовании. Также, если решите не покупать, а собирать ШИМ-регулятор собственноручно, то можно сэкономить деньги при усовершенствовании своего собственного автомобиля.

ШИМ-контроллер скорости мотора / регулятор яркости

Широтно-импульсный модулятор (ШИМ) – это устройство, которое может использоваться в качестве эффективного регулятора света или скорости двигателя постоянного тока. Описанная здесь схема предназначена для управления приборами постоянного тока с потреблением до нескольких ампер. Схема может работать как в 12-, так и в 24-вольтовых системах, лишь с небольшими изменениями в подключении. Это устройство было использовано для управления яркостью задних габаритных огней автомобиля и в качестве регулятора частоты вращения двигателя небольшого вентилятора, установленного в блоке питания компьютера.

Надписи на схеме
OscillatorГенератор
12V or 24V DC Pulse Width ModulatorШиротно-импульсный модулятор
с напряжением питания 12 или 24 В DC
Pulse WidthШирина импульса
LessМеньше
MoreБольше
VDC InputВход напряжения постоянного тока
LoadНагрузка
PinoutЦоколевка
ComparatorКомпаратор
For 12V operation, short J1, omit U2, C4, C5При напряжении питания 12 В
замкнуть перемычку J1,
U2, C4, C5 не устанавливать
For 24V operation, short J2, omit C2При напряжении питания 24 В
замкнуть перемычку J2,
C2 не устанавливать
Читайте также:  Онлайн калькулятор расчета расходных материалов на потолок

Схема ШИМ работает, генерируя прямоугольные импульсы с переменной скважностью, которая в среднем может изменяться от 0 до 100 процентов. Таким образом, в нагрузку передается определенное количество мощности. Основным преимуществом схемы ШИМ над резистивными регуляторами питания является КПД. При установке регулятора на уровне 50% мощности в нагрузке, ШИМ будет использовать около 50% от всей мощности, почти вся из которой передастся в нагрузку; резистивный регулятор при 50% мощности нагрузки будет потреблять около 71% от полной мощности, 50% мощности идет в нагрузку, остальные 21% тратятся на нагрев последовательного резистора. КПД почти всегда решающий фактор в солнечных и других альтернативных источниках энергии.

Еще одно преимущество широтно-импульсной модуляции в том, что импульсы достигают полного напряжения питания и будут обеспечивать больший крутящий момент для двигателей, будучи в состоянии легче преодолевать их внутреннее сопротивление. Наконец, в схеме ШИМ для регулирования всевозможных нагрузок могут использоваться маломощные потенциометры, в то время как в резистивных регуляторах необходимы мощные и дорогие переменные резисторы.

Основными недостатками схемы ШИМ являются повышенная сложности и возможность генерации радиочастотных помех (RFI). Помехи могут быть сведены к минимуму за счет размещения регулятора вблизи нагрузки, и использования коротких проводов по питанию, и в некоторых случаях, с использованием дополнительных мер фильтрации питания. Эта схема создает определенные помехи, но их воздействие на АМ радиоприемник, расположенный на расстоянии 30 см, минимально. Если дополнительная фильтрация необходима, можно включить дроссель после силового разъема, но убедитесь, что максимальный ток потребления не превышает номинального тока дросселя. Большинство помех будет генерироваться сильноточными цепями, идущими от источника питания, нагрузки, и при переключении транзистора Q1.

Спецификация

3 А для полевого транзистора IRF521,
>10 A для полевого транзистора IRFZ34N с теплоотводом

Ток потребления схемы ШИМ

1.5 мА при 12 В без тока нагрузки и без светодиода

12 В или 24 В, в зависимости от конфигурации

Теория

Схема ШИМ требует постоянно работающего генератора. Генератор на U1a формирует прямоугольный сигнал частотой около 400 Гц, который усилителем U1d преобразуется в треугольный.
На U1c сделан источник опорного напряжения 6 В. Опорное напряжение используется в качестве виртуальной земли для генератора, это необходимо, чтобы генератор питался от однополярного источника, а не от двухполярного.

U1b включен как компаратор, и именно эта часть схемы создает импульсы переменной ширины. На контакт 6 U1b поступает изменяемое напряжение с делителя R6, VR1, R7. Это напряжение сравнивается с треугольным сигналом на выводе 14 U1b. Когда уровень этого сигнала выше напряжения на выводе 6, на выходе U1b высокий уровень. И наоборот, когда уровень сигнала ниже напряжения на выводе 6, на выходе низкий уровень. Изменяя напряжение на выводе 6, переключающие точки уровня этого напряжения перемещаются вверх и вниз относительно треугольного сигнала, создавая импульсы переменной длительности. Резисторы R6 и R7 используются для установки граничных напряжений управления VR1. Приведенные значения резисторов позволяют регулировать мощность от нуля до максимума при полном обороте движка потенциометра. Возможно, значения резисторов R6 и R7 нужно будет подобрать, чтобы обеспечить полное изменение длительности импульсов при изменении напряжения потенциометром.

Силовой ключ на транзисторе Q1, управляемый по выводу затвора G импульсами переменной ширины, включает и выключает ток нагрузки, текущий от истока к стоку. Когда Q1 открыт, через него проходит ток нагрузки на «землю», когда Q1 закрыт, нагрузка отключается от «земли». Следует проявлять осторожность, чтобы контакты подключения нагрузки не соединялись с «землей» или не замыкались накоротко.

Нагрузка постоянно подключена к положительному полюсу источника питания. Светодиод LED1 индицирует своей яркостью величину скважности импульсов. Конденсатор С3 сглаживает импульсный сигнал и отчасти устраняет помехи. D1– шунтирующий диод, он устраняет выбросы обратного напряжения от индуктивной нагрузки, например, двигателя.

В режиме 24 В стабилизатор U2 преобразует 24 В в 12 В для питания схемы ШИМ, транзистор Q1 коммутирует напряжение питания 24 В через нагрузку на «землю» так же, как и при питании 12 В. Инструкции по переключению схемы на питание от 12 или 24 В вы найдете на схеме.

При подключении нагрузки, потребляющей ток не более 1 А, устанавливать транзистор Q1 на радиатор не требуется, если же вы планируете подключать нагрузку на больший ток, понадобятся радиатор и теплопроводящая паста. Транзистор Q1 может быть заменен на более сильноточный, подходящие замены – IRFZ34N, IRFZ44N, или IRFZ48N. Такие компоненты как переключатель S1, предохранитель F1, проводники между полевым транзистором, блоком питания и нагрузкой должны быть рассчитаны на максимальный ток нагрузки.

Конструкция

Прототип устройства был собран на макетной плате, радиоэлементы и провода установлены в отверстия платы. Один из вариантов готового устройства был использован для регулирования скорости вентилятора постоянного тока, установленного на крышке небольшой металлической коробки, внутри которой размещалась схема ШИМ.

С использованием бесплатной CAD программы, работающей под Linux, была разработана несложная печатная плата (см. рисунок). Изображение платы было напечатано на лазерном PostScript принтере на трансферной пленке Techniks для переноса рисунка тонера. Напечатанное на пленке изображение было наложено на очищенную медную поверхность фольгированного текстолита и проглажено утюгом. Плата травится в растворе хлорного железа. Отверстия сверлятся тонким сверлом, радиокомпоненты припаиваются в отверстия и плата подключается к блоку питания и нагрузке. Эта техника отлично подходит для быстрого изготовления печатной платы, но не подходит для изготовления большого количества плат. Изображение печатных проводников показано на рисунке, оно может быть напечатано на пленке для переноса на медную фольгу, или использовано в фотографическом процессе травления.

В качестве альтернативы можно применить метод изготовления «выводами вверх». Этот метод предполагает следующее: на небольшой кусок фольгированного текстолита со стороны меди с помощью быстросохнущей эпоксидной смолы приклеиваются радиокомпоненты выводами вверх, и при помощи пайки выводы соединяются проводами. Выводы, которые должны подсоединятся к «земле», могут быть припаяны непосредственно к медной фольге.

Настройка

Настройка этой схемы не требуется.

Использование

Это устройство может работать, как регулятор яркости лампы постоянного тока, как регулятор небольшого двигателя, и даже для управления небольшим нагревателем. Эта схема была бы подходящим регулятором скорости электропоезда на солнечной батарее. Устройство было опробовано с 5-амперным электродвигателем при использовании полевого транзистора IRFZ34N и работало нормально. При использовании других двигателей диод D1, возможно, потребуется заменить на более быстродействующий и мощный. Схема может использоваться как система управления электродвигателем велосипеда, но если вы экспериментируете с этим, не забудьте установить выключатель питания с удобным и быстрым доступом. Это необходимо на случай пробоя полевого транзистора и включения двигателя на полную мощность.

Подключите блок питания на 12 или 24 В, или аккумулятор, согласно схеме, к входным клеммам, нагрузку подключите к выходным клеммам и убедитесь, что на выходных клеммах нет замыкания на корпус, например, при подключении заземленного электродвигателя. Поверните ручку потенциометра вперед и назад, двигатель должен изменять скорость вращения, свет лампы должен изменяться.

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:

Читайте также:  Петли для пластиковых окон - как установить Верхняя, нижняя регулировка и ремонт, как снять створку

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.

Увеличение частоты ШИМ Arduino

В чём проблема?

Как мы уже говорили в уроке про функции времени и про ШИМ сигнал, у микроконтроллера есть несколько таймеров, которые могут выполнять разные функции, в частности – генерировать ШИМ сигнал. Чтобы таймер генерировал ШИМ, его нужно предварительно настроить при помощи редактирования регистра таймера. Когда мы работаем в Arduino IDE, таймеры настраиваются без нашего ведома в библиотеке Arduino.h, и собственно получают настройки, которые пожелали разработчики. И вот настройки эти не очень хорошие: частота ШИМ по умолчанию низкая, возможности таймеров не используются в полной мере. Посмотрим на стандартный ШИМ у ATmega328 (Arduino UNO/Nano/Pro Mini):

ТаймерПиныЧастотаРазрешение
Timer 0D5 и D6976 Гц8 бит (0-255)
Timer 1D9 и D10488 Гц8 бит (0-255)
Timer 2D3 и D11488 Гц8 бит (0-255)

На самом деле все таймеры спокойно могут выдавать 64 кГц ШИМ сигнал, а таймер 1 – он вообще 16 битный, и на той частоте, которую ему дали Arduino, мог бы работать с разрешением 15 бит вместо 8, а это, на минуточку, 32768 градаций заполнения вместо 256. Так к чему такая несправедливость? Таймер 0 занимается отсчётом времени, и настроен так, чтобы миллисекунды тикали точно. А остальные таймеры просто причёсаны к нулевому под одну гребёнку, чтобы у ардуинщика не возникло лишних проблем. Такой подход в целом можно понять, но сделали бы хоть пару стандартных функций для более высокой частоты, ну серьёзно! Ладно, если они не сделали, то сделаем мы.

Настройка частоты ШИМ через регистры

Как мы обсуждали в предыдущем уроке, микроконтроллер настраивается на низком уровне через регистры, так вот генерация ШИМ настраивается через регистры таймеров. Далее вы найдёте несколько готовых “кусков” кода, которые достаточно вставить в setup(), и частота ШИМ будет перенастроена (меняется предделитель и режим работы таймера). Работать с ШИМ сигналом можно будет всё так же при помощи функции analogWrite(), управляя заполнением ШИМ на стандартных пинах.

Меняем частоту ШИМ на ATmega328 (Arduino UNO/Nano/Pro Mini)

Пины D5 и D6 (Timer 0) – 8 бит
Пины D9 и D10 (Timer 1) – 8 бит
Пины D9 и D10 (Timer 1) – 10 бит
Пины D3 и D11 (Timer 2) – 8 бит
Пример использования

Если очень хочется

Если очень хочется или очень нужен разогнанный ШИМ на системном (нулевом) таймере без потери функций времени, то можно их скорректировать следующим образом:

Дефайны нужно размещать перед подключением библиотек, чтобы они залезли в код и подменили функции. Единственное, скорректировать delay внутри другой библиотеки таким образом не получится, для себя можно использовать fixDelay() как написано выше.

Самое главное – CORRECT_CLOCK . Это целое число, равное отношению делителя таймера по умолчанию и нового установленного (для разгона ШИМ). Например ставим ШИМ 8 кГц. Из списка выше видим, что по умолчанию делитель 64, а 7.8 кГц будет 8, то есть в 8 раз меньше. CORRECT_CLOCK ставим соответствующий.

Библиотеки для работы с ШИМ

Помимо ковыряния регистров в ручную существуют готовые библиотеки, позволяющие изменить частоту ШИМ Ардуино. Рассмотрим некоторые из них:

Motor Control

Motor Control Circuits

Страницы

ШИМ-регулятор

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



136 комментариев:

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.

Читайте также:  Самодельный напольный щепокол из старого топора

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?

ШИМ-регулятор на AVR

Вашему вниманию представлена схема, позволяющая регулировать яркость светодиодной ленты при помощи Широтно-Импульсной Модуляции (ШИМ, англ. PWM). Данная методика широко используется в мощных контроллерах, так как, в отличие от регулировки напряжения, не вызывает перекоса яркости у отдельных сегментов и гораздо более экономична.

Особенности:

18.75 kHz) не вызывает стробоскопического эффекта и усталости глаз при управлении светодиодной лентой.

Устройство основано на микроконтроллере ATtiny13A, который анализирует входные напряжения на выводах PB3 и PB4, пересчитывает их и выводит ШИМ-сигналы с соответствующим заполнением на выводы PB0 и PB1. Эти сигналы поступают на полевые транзисторы T1 и T2, которые в свою очередь коммутируют мощные нагрузки (в данном примере – светодиодную ленту).

Перемычка J1 задаёт режим работы устройства: когда она установлена в нижнее (по схеме) положение, заполнение ШИМа линейно зависит от напряжения на соответствующем входе. Когда перемычка установлена в верхнее положение микроконтроллер пересчитывает значение требуемого заполнения ШИМ при помощи таблицы значений. В результате получается гамма-кривая, т. е. уровень яркости подстроен под чувствительность человеческого глаза. График зависимости выходного заполнения от входного напряжения приведён ниже:

Зелёный график – перемычка J1 в нижнем положении, синий – в верхнем

Особенности ШИМ-генератора

В отличие от “классического” Fast PWM в данной схеме используется Phase-correct PWM со сдвигом каналов на 180 градусов друг относительно друга. Ниже показано, как работают оба алгоритма.

По иллюстрации видно, что по возможности каналы в режиме Phase-correct со сдвигом 180° включаются поочерёдно, тем самым нагрузка распределяется более равномерно по времени, пересечение обоих сигналов минимально. Уменьшаются просадки напряжения на вводных проводах, а следовательно паразитная связь каналов по питанию минимизируется.

Компоненты

Схема не требовательна к точному подбору компонентов, большинство деталей можно заменять на аналогичные похожего номинала. Например если у Вас нет переменных резисторов на 100 кОм, то можно поставить 50 кОм или 500 кОм, при этом схема будет продолжать исправно работать. В качестве T1 и T2 можно установить почти любой транзистор серии IRLML (учитывая коммутируемый ток)
Если Вам не нужен второй канал, то можно убрать R2, R4, C2 и T2, а вывод PB4 микроконтроллера заземлить (PB1 при этом оставить неподключенным)

Для индикации использованы 3 светодиода (3мм зелёного свечения) с резисторами 1 кОм, подключенные анодами ко входу питания 12V, а катодами к стокам транзисторов и к минусу питания. Дополнительно, параллельно керамическому конденсатору С3 подключен электролитический конденсатор 100µF, помогающий сгладить пульсации сети. Его установка не обязательна, но желательна.

Прошивка

Микроконтроллер рекомендуется прошивать до впайки на плату или внутрисхемно, но при этом не устанавливая транзисторы T1 и T2, т. к. лишняя ёмкость на линии может мешать при прошивке.

Конфигурация фьюзов показана ниже:

На скриншоте галочка означает 0 – запрограммированный фьюз. Для Вашего удобства фьюзы описаны в комментариях в файле main.asm.

Настройка сводится к установке перемычки J1 в желаемое положение. После этого устройство готово к работе.

В заключение пара фото (ручки на переменных резисторах ещё не одеты):

Как сделать стробоскоп своими руками: схема самодельного домашнего светового устройства на светодиодах

Летом мы с друзьями любим повеселиться. Нам нравится ходить в походы и дурачиться под музыку. Чтобы сделать наши вечеринки более крутыми, я сделал своими руками портативную 9-вольтовую светодиодную строб-лампу. К моему удивлению, стробоскоп действительно хорошо работает. Я надеюсь, что вам понравится моя идея.

Шаг 1: Необходимые инструменты

Вот список инструментов, которые вам понадобятся:

Шаг 2: Схема и печатная плата

Этот проект очень прост, но в интернете очень мало подобных схем. Я счастлив, что нашел именно эту. Получилось просто и недорого. Все детали (включая корпус) могут быть найдены в местном магазине радиотоваров за копейки. А самое крутое, что этот проект можно выполнить за 1 день!

Основа этой схемы — таймер LM555. Он генерирует импульсы, ширина которых регулируется переменным резистором или потенциометром (на самом деле нет разницы, что именно вы выберете). Плата может быть сделана из любого количества светодиодов.

Начните с 3 светодиодов и добавляйте по 3 (например, это может быть 3, 6, 9, 12. 15 и и т. д.). Я выбрал 60 светодиодов для более яркого света.

Я загрузил свою схему и печатную плату в форматах PDF и Eagle. Моя плата действительно маленькая. Вы можете сделать её еще меньше, если будете использовать технологию SMD, но в этом нет никакой необходимости. Плата получилась размером 87×57 мм и отлично входит в корпус.

Шаг 3: Необходимые компоненты

Цены на все детали из проекта находятся в текстовом файле, который я приложил. Итоговая сумма получилась небольшой. Возможно, в вашем магазине светодиоды будут стоить немного дороже.

Также вам понадобятся некоторые детали для сборки конструкции:

Также понадобится холдер для батареи на 9В, небольшой провод, разъем для питания постоянного тока, переключатель и регулятор переменного резистора (я немного укоротил его, потому что он был слишком длинным).

Шаг 4: Сборка электроники

Я забыл заснять процесс пайки, но, я думаю, что по схеме и дорожкам платы все и так понятно, ведь там всего-то несколько элементов.

Как Вы видите, я соединил выключатель только с холдером батареи. В этом случае световой стробоскоп будет работать даже в выключенном состоянии, если в разъем подключен DC адаптер.

Теперь, когда с электроникой всё готово, время подготовить корпус.

Шаг 5: Подготовка корпуса

Как Вы видите, изначально в нем не было отверстий и разъемов, поэтому их нужно было сделать самому.
Чтобы зафиксировать корпус, плату светодиодов и оргстекло друг с другом, я сделал 3-миллиметровые отверстия для винтов и металлических держателей. 10-миллиметровые держатели использовались между оргстеклом и светодиодной платой, а те, что длиной в 22мм использовались для скрепления всех частей между собой.

Шаг 6: Завершение работ

В процессе завершения работ над домашним стробоскопом я задумался о светодиодной плате. Нужно было окрасить её в черный цвет или в хром. Не повторяйте моих ошибок. Несмотря на это, лампа все еще красивая и блестящая. Оргстекло защищает светодиоды от царапин и повреждений. Кстати, источник питания может быть от 6 до 12 В. Я использую 12 В в закрытом помещении для более яркого света. Для улицы я использую 9-вольтовую батарею, которая идеально помещается в этот корпус.

P.S. Если Вы решите использовать корпус побольше, Вы можете использовать преобразователь «Joulie thief», чтобы светодиоды горели от батареи более ярко.
P.S.S. Если Вы хотите сделать самодельный стробоскоп разноцветным, Вы можете использовать цветные RGB-светодиоды или вырезать кусочки из цветной плёнки и наклеить на оргстекло.

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

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *