PWM kontroler: shema, princip rada, upravljanje

21. 6. 2019.

Jedan od pristupa koji se koristi za značajno smanjenje toplinskih gubitaka komponenti snage radiokruga je korištenje prekidačkih načina rada instalacija. Kod takvih sustava električna komponenta je ili otvorena - u ovom trenutku dolazi do nultog pada napona ili je otvorena - u to vrijeme se na nju primjenjuje nulta struja. Raspršena snaga može se izračunati množenjem vrijednosti struje i napona. U ovom načinu rada, ispada da se postigne učinkovitost od oko 75-80% ili više.

Što je PWM?

Za dobivanje izlaznog signala željenog oblika, prekidač napajanja mora se otvoriti samo određeno vrijeme, što je razmjerno izračunatim pokazateljima izlaznog napona. To je princip pulsno-širinske modulacije (PWM). Zatim, signal ovog oblika, koji se sastoji od impulsa različite širine, ulazi u područje filtra na temelju prigušnice i kondenzatora. Nakon pretvorbe, izlaz će biti gotovo savršen signal željenog oblika.

PWM kontroler

Opseg PWM-a nije ograničen na pulsirajuće izvori energije stabilizatori i pretvarači napona. Korištenje ovog principa u dizajnu snažnog pojačala audio frekvencije omogućuje značajno smanjenje potrošnje energije uređaja, dovodi do minijaturizacije kruga i optimizira sustav za prijenos topline. Nedostaci se mogu pripisati osrednjoj kvaliteti signala na izlazu.

Formiranje PWM signala

Stvaranje PWM signala željenog oblika je vrlo teško. Ipak, industrija danas može zadovoljiti prekrasne posebne sklopove, poznate kao PWM kontroleri. Oni su jeftini i potpuno rješavaju problem oblikovanja signala širine impulsa. Orijentacija u uređaju takvih regulatora i njihova upotreba pomoći će u upoznavanju s njihovim tipičnim dizajnom.

Standardni PWM kontrolni krug preuzima sljedeće izlaze:

  • Opći zaključak (GND). Realizira se u obliku nožice koja je spojena na zajedničku žicu kruga napajanja uređaja.
  • Napajanje (VC). Odgovoran za strujni krug napajanja. Važno je ne miješati ga sa susjedom sličnog naziva - VCC izlaz.
  • Izlaz upravljanja napajanjem (VCC). U pravilu, čip PWM kontrolera preuzima kontrolu nad tranzistorima snage (bipolarni ili polja). Ako se izlazni napon smanji, tranzistori će se otvoriti samo djelomično, a ne u cijelosti. Brzo se grije, uskoro neće uspjeti, ne mogu se nositi s teretom. Da bi se takva mogućnost otklonila, potrebno je pratiti pokazatelje napona napajanja na ulazu mikroskopa i izbjegavati prekoračenje projektne oznake. Ako napon na ovom pinu padne ispod regulatora ugrađenog posebno za ovaj regulator, upravljački uređaj se isključuje. U pravilu, ova noga je spojena izravno na VC pinu.

Napon kontrole izlaza (OUT)

Broj zaključaka čipa određen je njegovim dizajnom i načelom rada. Nije uvijek moguće odmah razumjeti složene pojmove, ali pokušat ćemo istaknuti suštinu. Na 2 izlaza nalaze se mikro-krugovi koji upravljaju kaskadama s dva takta (primjeri: most, pola mosta, 2-taktni inverzni pretvornik). Postoje i analogni PWM kontroleri za upravljanje s jednom rukom (jednostruke) kaskadama (primjeri: naprijed / natrag, pojačavanje / smanjivanje, invertiranje).

Pwm regulatori napajanja

Osim toga, izlazni stupanj može biti jednodijelni i dvotaktni u strukturi. Push-pull se koristi uglavnom za kontrolu tranzistora polja, ovisno o naponu. Za brzo zatvaranje potrebno je postići brzo pražnjenje kapaciteta "shutter - source" i "shutter - drain". U tu svrhu koristi se push-pull izlazni stupanj regulatora, čiji je zadatak osigurati da izlaz bude kratko spojen na zajednički kabel, ako se tranzistor s efektom polja zatvara.

Za kontrolu bipolarni tranzistor Push-pull kaskada se ne koristi jer se kontrola provodi pomoću struje, a ne napona. Za zatvaranje bipolarnog tranzistora dovoljno je zaustaviti struju koja teče kroz bazu. U ovom slučaju, zatvaranje baze na zajedničku žicu je opcionalno.

Više o značajkama PWM kontrolera

Odlučivši se dizajnirati PWM kontroler vlastitim rukama, potrebno je razmisliti o svim detaljima njegove implementacije. To je jedini način za stvaranje radnog uređaja. Osim navedenih izlaza, rad PWM regulatora podrazumijeva sljedeće funkcije:

  • Referentni napon (VREF). Proizvedeni proizvodi za praktičnost su obično dopunjeni stabilnom funkcijom generiranja referentnog napona. Stručnjaci iz proizvođača preporučuju spajanje ovog pin-a sa zajedničkom žicom kroz kapacitet od najmanje 1 mikrofarad kako bi se poboljšala kvaliteta i mogućnost stabilizacije referentnog napona.

Kako provjeriti PWM kontroler?

  • Tekuća granica (ILIM). Ako napon na ovom pinu znatno premašuje podešeni (obično oko 1 V), regulator automatski zatvara prekidače napajanja. U slučajevima kada indikator napona premaši drugu vrijednost praga (unutar 1,5-2 V), uređaj odmah resetira napon na spoju na soft start.
  • Soft start (SS). Vrijednost napona na ovom izlazu određuje najveću dopuštenu širinu budućih moduliranih impulsa. Na ovoj pin daje trenutnu postavljenu vrijednost. Ako se između njega i univerzalnog kabela montira dodatni kapacitet, on će se polako ali sigurno puniti, što će dovesti do postupnog širenja svakog pulsa od minimalne do konačne izračunate vrijednosti. Zbog toga je moguće osigurati glatko, a ne brzo povećanje vrijednosti struje i napona u općoj shemi uređaja, zahvaljujući čemu takav sustav zaslužuje svoje ime "soft start". Istovremeno, ako na ovom pinu izričito nametnemo ograničenje napona, na primjer, spajanjem djelitelja napona i sustava dioda, moguće je potpuno ograničiti prekoračenje impulsima određene određene vrijednosti širine.

Frekvencija uređaja, sinkronizacija

Čipovi PWM kontrolera mogu se koristiti za različite svrhe. Da bi se otklonila greška u njihovoj suradnji s drugim elementima uređaja, potrebno je utvrditi kako postaviti određene parametre regulatora i koje su komponente sklopa odgovorne za njega.

  • Otpornik i kapacitet, koji određuje frekvenciju rada cijelog uređaja (RT, CT). Svaki kontroler može raditi samo na određenoj frekvenciji. Svaki od impulsa slijedi samo s tom frekvencijom. Uređaj može promijeniti trajanje impulsa, njihov oblik i duljinu, ali ne i frekvenciju. U praksi, to znači da što je duljina pulsa manja, to je dulja pauza između nje i sljedećeg. U ovom slučaju, stopa ponavljanja je uvijek ista. Kapacitet spojen između CT nožice i zajedničkog kabela, te otpornika spojenog na RT izlaz i zajednički kabel, u kombinaciji, može postaviti frekvenciju na kojoj će kontroler raditi.

Upravljanje PWM regulatorom

  • Satni impulsi (CLOCK). Vrlo česti slučajevi u kojima želite ispraviti rad nekoliko kontrolera tako da se izlazni signali formiraju sinkrono. Da biste to učinili, jedan od kontrolera (u pravilu, master) je potreban za spajanje frekvencijskog kapaciteta i otpornika. Na izlazu CLOCK kontrolera, odmah će se pojaviti kratki impulsi koji odgovaraju naponu koji se dovodi na analogne izlaze cijele skupine uređaja. Zovu se robovi. RT izlaze takvih regulatora treba kombinirati s VREF nogama, a CT sa zajedničkim kabelom.
  • Usporedni napon (RAMP). Taj izlaz treba dati signal (napon) pile. Kada dođe do sinhronizacijskog impulsa, na izlazu uređaja se generira napon ispitivanja. Nakon što indikator napona na RAMP-u postane nekoliko puta veći od veličine izlaznog napona na pojačivaču pogreške, na izlazu se mogu uočiti impulsi koji odgovaraju naponu zatvaranja. Trajanje impulsa može se brojati od trenutka pojavljivanja sinkronog impulsa do trenutka višekratnog viška indikatora napona na RAMP-u iznad vrijednosti izlaznog napona pojačala pogreške.

PWM kontroleri u napajanju

Napajanje je sastavni dio najsuvremenijih uređaja. Trajanje njegovog rada je praktički neograničeno, ali sigurnost rada uređaja pod kontrolom ovisi o njegovoj upotrebljivosti. Možete sami dizajnirati napajanje, proučavajući princip njegovog rada. Glavni cilj - formiranje željene vrijednosti napona napajanja, osiguravajući njegovu stabilnost. Za najsnažnije galvanske izolacijske uređaje temeljene na djelovanju transformatora, to neće biti dovoljno, a odabrani će element jasno iznenaditi korisnike svojim dimenzijama.

Rad PWM regulatora

Povećanje frekvencije napajanja strujom može značajno smanjiti veličinu korištenih komponenti, čime se osigurava popularnost napojnih jedinica koje rade na pretvarači frekvencije. Jedna od najjednostavnijih opcija za implementaciju elemenata napajanja je blok dijagram koji se sastoji od izravnog i obrnutog pretvarača, generatora i transformatora. Unatoč očiglednoj jednostavnosti primjene takvih programa, u praksi oni pokazuju više nedostataka nego prednosti. Većina dobivenih pokazatelja brzo se mijenja pod utjecajem napona napajanja, kada se napaja pretvarač pretvarača, pa čak i pri povećanju temperature okoline. PWM kontroleri za napajanje pružaju mogućnost stabilizacije kruga, kao i implementaciju mnogih dodatnih funkcija.

Komponente strujnih krugova napajanja s PWM kontrolerima

Tipičan sklop se sastoji od generatora impulsa, koji se temelji na PWM kontroleru. Modulacija širine impulsa omogućuje osobnu kontrolu amplitude signala na izlazu niskopropusnog filtra, mijenjajući širinu impulsa ili njegov radni ciklus, ako je potrebno. Snažna strana PWM-a je visoka učinkovitost pojačala snage, posebno zvuka, koji općenito osiguravaju uređaje s prilično širokim rasponom primjena.

Čipovi PWM kontrolera

PWM kontroleri za napajanje mogu se koristiti u krugovima različitih kapaciteta. Za implementaciju relativno niskih strujnih krugova nije potrebno uključiti veliki broj elemenata u njihov sastav - uobičajeni ključ može biti ključ tranzistor s efektom polja.

PWM kontroleri za velike izvore energije također mogu imati izlazne kontrole (upravljačke programe). IGBT tranzistori se preporučuju kao izlazni ključevi.

Glavni problemi PWM pretvarača

Kada je bilo koji uređaj u pogonu, nemoguće je potpuno eliminirati vjerojatnost loma, a to vrijedi i za pretvarače. Složenost dizajna nije važna, čak i dobro poznati TL494 PWM kontroler može uzrokovati probleme u radu. Greške su različite prirode - neke se mogu identificirati okom, a za otkrivanje drugih potrebna je posebna mjerna oprema.

Da biste saznali kako provjeriti PWM kontroler, trebate se upoznati s popisom glavnih kvarova na instrumentima, a tek kasnije s opcijama za njihovo uklanjanje.

Dijagnoza greške

Jedan od najčešćih problema je slom ključnih tranzistora. Rezultati se mogu vidjeti ne samo kada pokušavate pokrenuti uređaj, nego i kada ga pregledate pomoću multimetra.

Sklopovi PWM kontrolera

Osim toga, postoje i drugi nedostaci koji su nešto teže detektirati. Prije provjere izravno PWM kontrolera, možete razmotriti najčešće slučajeve kvarova. Na primjer:

  • Regulator se zaustavlja nakon starta - prekinuta je petlja OS-a, trenutni diferencijali, problemi s kondenzatorom na izlazu filtra (ako postoji), upravljački program; možda je kontrola PWM kontrolera pogriješila. Potrebno je pregledati uređaj za strugotine i deformacije, izmjeriti pokazatelje opterećenja i usporediti ih s tipičnim.
  • PWM kontroler se ne pokreće - nedostaje jedan od ulaznih napona ili je uređaj neispravan. Kontrola i mjerenje izlaznog napona može u krajnjoj liniji pomoći zamjeni s namjerno aktivnim analogom.
  • Izlazni napon se razlikuje od nominalnog - problemi s petljom OOS-a ili s regulatorom.
  • Nakon pokretanja PWM na napajanje ide na zaštitu u nedostatku kratkih spojeva na tipke - neispravan rad PWM ili vozača.
  • Nestabilan rad ploče, prisutnost čudnih zvukova - prekid u petlji OOS ili RC lanca, degradacija kapaciteta filtra.

U zaključku

Univerzalni i višenamjenski PWM kontroleri sada se mogu naći gotovo svugdje. Oni služe ne samo kao sastavni dio napojnih jedinica najmodernijih uređaja - tipičnih računala i drugih svakodnevnih uređaja. Na temelju kontrolora razvijaju se nove tehnologije koje omogućuju značajno smanjenje potrošnje resursa u mnogim granama ljudske djelatnosti. Vlasnici privatnih kuća imat će koristi od fotonaponskih regulatora punjenja baterija, temeljenih na principu pulsno-širinske modulacije struje punjenja.

Visoka učinkovitost čini razvoj novih uređaja, čije se djelovanje temelji na načelu PWM, što je vrlo obećavajuće. Sekundarni izvori energije nisu jedina aktivnost.