Генератор ШИМ сигнала сигналов ЖК 1Гц-150КГц 3.3-30В XY-LPWM

imageГлавная » Электронные модули » Прочие электронные модули » ШИМ генератор XY-PWM image Наличие: 0 шт. Количество:     — или —   в закладки сравнение

Свойства
Video zg0XIvs3yFk
Дополнительная информация Цифровой одноканальный PWM / ШИМ генератор прямоугольных импульсов с регулируемой частотой и скважностью. Диапазон выходных частот — от 1Гц до 150кГц. Модуль можно использовать в качестве генератора импульсов для различных применений, в том числе для управления драйверами шаговых двигателей, при тестировании оборудования и электронных компонентов, в схемах регулировки мощности и т.д. Текущая частота и скважность импульсов отображается на дисплее. Настройка частоты и скважности выходного сигнала виполняется кнопками FREQ+, FREQ- и DUTY+, DUTY-. Возможно также управление модулем через UART интерфейс. При отключении питания настройки сигнала сохраняются в энергонезависимой памяти. Амплитуда выходного PWM сигнала равна напряжению источника питания (3.3 – 30 В). Выход генератора слаботочный, максимальный ток составляет 30 мА, поэтому для управления более мощной нагрузкой необходимо использовать выходной усилитель.

Рассмотрим, что такое ШИМ или PWM. А также, чем отличается ШИМ от ШИР. Алгоритм широтно-импульсной модуляции применяется для плавного изменения мощности на нагрузке, поступающей от источника питания. Например, с целью регулирования скорости вращения вала двигателя; плавности изменения яркости освещения или подсветки. Отдельной широкой областью применения ШИМ являются импульсные источники питания и автономные инверторы.

Для питания нагрузки часто необходимо изменять величину напряжения, подводимого от источника питания. Принципиально можно выделить два способа регулирования напряжения – линейный и импульсный.

Примером линейного способа может послужить переменный резистор. При этом значительная часть мощности теряется на резисторе. Чем больше разница напряжений источника питания и потребителя, тем ощутимей потери мощности, которая попросту «сгорает» на резисторе, превращаясь в тепло. Поэтому линейный способ регулирования рационально применять только при небольшой разнице входного и выходного напряжений. В противном случае коэффициент полезного действия источника питания в целом будет очень низкий.

В современной преобразовательной технике преимущественно используются импульсное регулирование мощности на нагрузке. Одним из способов реализации импульсного регулирования является широтно-импульсная модуляция ШИМ. В англоязычной литературе PWM – pulse-width modulation.

Принцип импульсного регулирования

Основными элементами любого типа импульсного регулятора мощности являются полупроводниковые ключи – транзисторы или тиристоры. В простейшем виде схема импульсного источника питания имеет следующий вид. Источника постоянного напряжения Uип ключом K подсоединяется к нагрузке Н. Ключ К переключается с определенной частотой и остается во включенном состоянии определенную длительность времени. С целью упрощения схемы я на ней не изображаю другие обязательные элементы. В данном контексте нас интересует только работа ключа К.

Чтобы понять принцип ШИМ воспользуемся следующим графиком. Разобьем ось времени на равные промежутки, называемые периодом T. Теперь, например половину периода мы будем замыкать ключ K. Когда ключ замкнут, к нагрузке Н подается напряжение от источника питания Uип. Вторую часть полупериода ключа находится в закрытом состоянии. А потребитель останется без питания.

Время, в течение которого ключ замкнут, называется временем импульса tи. А время длительности разомкнутого ключа называют временем паузы tп. Если измерить напряжение на нагрузке, то оно будет равно половине Uип.

Среднее значение напряжения на нагрузке можно выразить следующей зависимостью:

Uср.н = Uип tи/T.

Отношение времени импульса к периоду T называют коэффициентом заполнения D. А величина, обратная ему называется скважностью:

S = 1/D = T/tи.

На практике удобнее пользоваться коэффициентом заполнения, который зачастую выражают в процентах. Когда транзистор полностью открыт на протяжении всего времени, то коэффициент заполнения D равен единице или 100 %.

Если D = 50 %, то это означает, что половину времени за период транзистор находится в открытом состоянии, а половину в закрытом. В таком случае форма сигнала называется меандр. Следовательно, изменяя коэффициент D от 0 до единицы или до 100 % можно изменять величину Uср.н от 0 до Uип:

Uср.н = Uип∙D.

А соответственно регулировать и величину подводимой мощности:

Pср.н = Pип∙D.

Широтно-импульсное регулирование ШИР

В западной литературе практически не различают понятия широтно-импульсного регулирования ШИР и широтно-импульсной модуляции ШИМ. Однако у нас различие между ними все же существует.

Сейчас во многих микросхемах, особенно применяемых в DC-DC преобразователях, реализован принцип ШИР. Но при этом их называют ШИМ контроллерами. Поэтому теперь различие в названии между этими двумя способами практически отсутствует.

В любом случае для формирования определенной длительности импульса, подаваемого на базу транзистора и открывающего последний, применяют источники опорного и задающего напряжения, а также компаратор. Рассмотрим упрощенную схему, в которой аккумуляторная батарея GB питает потребитель Rн импульсным способом посредством транзистора VT. Сразу скажу, что в данной схеме я специально не использовал такие элементы, необходимые для работы схемы: конденсатор, дроссель и диод. Это сделано с целью упрощения понимания работы ШИМ, а не всего преобразователя.

Упрощенно, компаратор имеет три вывода: два входа и один выход. Компаратор работает следующим образом. Если величина напряжения на входном выводе «+» (неинвертирующий вход) выше, чем на входе «-» (инвертирующий вход), то на выходе компаратора будет сигнал высокого уровня. В противном случае – низкого уровня.

В нашем случае, именно сигнал высокого уровня открывает транзистор VT. Рассмотрим, как формируется необходимая длительность времени импульса tи. Для этого воспользуемся следующим графиком.

При ШИР на одни вход компаратора подается сигнал пилообразной формы заданной частоты. Его еще называют опорным. На второй вход подается задающее напряжение, которое сравнивается с опорным. В результате сравнения на выходе компаратора формируется импульс соответствующей длительности.

Если на неинверитирующем входе компаратора опорный сигнал, то сначала будет идти пауза, а затем импульс. Если на неинвертирующий вход подать задающий сигнал, то сначала будет импульс, затем пауза.

Таким образом, изменяя значение задаваемого сигнала, можно изменять коэффициент заполнения, а соответственно и среднее напряжение на нагрузке.

Частоту опорного сигнала стремятся сделать максимальной, чтобы снизить параметры дросселей и конденсаторов (на схеме не показаны). Последнее приводит к снижению массы и габаритов импульсного блока питания.

ШИМ – широтно-импульсная модуляция

ШИМ в преобладающем большинстве применяется для формирования сигнала синусоидальной формы. Часто ШИМ применяется для управления работой инверторного преобразователя. Инвертор предназначен для преобразования энергии постоянного тока в энергию переменного тока.

Рассмотрим простейшую схему инвертора напряжения.

В один момент времени открывается пара транзисторов VT1 и VT3. Создается путь для протекания тока от аккумулятора GB через активно-индуктивную нагрузку RнLн. В следующий момент VT1 и VT3 заперты, а открыты диагонально противоположные транзисторы VT2 и VT4. Теперь тока протекает от аккумулятора через RнLн в противоположном направлении. Таким образом, ток на нагрузке изменяет свое направление, поэтому является переменным. Как видно, ток на нагрузке не является синусоидальным. Поэтому применяют ШИМ для получения синусоидально формы тока.

Существует несколько типов ШИМ: однополярная, двухполярная, одностороння, двухсторонняя. Здесь мы не будем останавливаться на каждом конкретном типе, а рассмотрим общий подход.

В качестве модулирующего сигнала применяется синусоида, а опорным является сигнал треугольной формы. В результате сравнивания этих сигналов формируются длительности импульсов и пауз (нижний график), которые управляют работой транзисторов VT1…VT4.

Обратите внимание, что амплитуда напряжения на нагрузке всегда равна амплитуде источника питания. Также остается неизменным период следования импульсов. Изменяется лишь ширина открывающего импульса. Поэтому при подключении нагрузки ток, протекающий через нее, будет иметь синусоидальную форму (показано пунктиром на нижнем графике).

Так вот, основное отличие между ШИР и ШИМ заключается в том, что при широтно-импульсном регулировании время импульса и паузы сохраняют постоянное значение. А при широтно-импульсной модуляции изменяются длительности импульсов и пауз, что позволяет реализовать выходной сигнал заданной формы.

Принцип действия ШИМ

Принцип действия ШИМ, как указывает на это само название, заключается в изменении ширины импульса сигнала. При использовании метода широтно-импульсной модуляции, частота сигнала и амплитуда остаются постоянными. Самым важным параметром сигнала ШИМ является коэффициент заполнения, который можно определить по следующей формуле:

Тестер транзисторов / ESR-метр / генератор

Многофункциональный прибор для проверки транзисторов, диодов, тиристоров…

Подробнее

Также можно отметить, что сумма времени высокого и низкого сигнала определяет период сигнала:

Читайте также:  Титан и его использование в промышленности

где:

  • Ton — время высокого уровня
  • Toff — время низкого уровня
  • T — период сигнала

Время высокого уровня и время низкого уровня сигнала показано на нижнем рисунке. Напряжение U1- это состояния высокого уровня сигнала, то есть его амплитуда.

На следующем рисунке представлен пример сигнала ШИМ с определенным временным интервалом высокого и низкого уровня.

Назначение выводов:

  • GND (Ground) — земля, общий провод;
  • VCC (Input Voltage) — напряжение питания;
  • FB (Feedback) — вход обратной связи для контроля напряжения;
  • OUT (Output) — выход для подключения для подключения к затвору ключевого MOSFET транзистора;
  • SEN (Current sense input pin) — датчик тока. Вход для подключения для подключения к стоку ключевого транзистора;
  • RI (Internal Oscillator frequency setting pin) — вход для подключения внешнего частотозадающего резистора. Вместо него на некоторых моделях микросхем присутствует вход CT или BNO ;
  • CT (Internal Oscillator frequency setting pin) — вход для подключения внешнего частотозадающего конденсатора;
  • BNO (Brownout Protection Pin) — вход для контроля минимального напряжения питания. Если на этом входе напряжение меньше порога — микросхема отключает подачу импульсов на выход OUT;

При подаче питания на вход VCC

контроллера поступает напряжение через резистор с диодного моста. Микросхема запускает процесс генерации импульсов. Дальнейшая подача питания происходит выпрямлением напряжения с нижней левой обмотки импульсного трансформатора.

Частота генерации микросхемы фиксированная. Она задается величиной резистора на входе RI

или конденсатора на входе CT .

Стабилизация напряжения устройства осуществляется за счет сравнения величины тока, протекающего через ключевой MOSFET-транзистор и напряжения обратной связи. Ток оценивается по величине падения напряжения на резисторе в цепи стока транзистора, который подключается к выводу SEN

. Напряжение обратной связи снимается с регулируемого стабилитрона TL431, проходит через оптопару и подается на вывод FB микросхемы. От значений напряжений на входах SEN и FB зависит величина скважности импульсов на выходе OUT .

Большинство из рассматриваемых здесь микросхем снабжены несколькими различными системами защиты, предотвращающими выход из строя при непредвиденных ситуациях:

  • OVP (Over Voltage Protection) — защита от превышения напряжения питания. При увеличении напряжения питания на входе VCC выше порогового значения (UOVP микросхема прекращает генерацию ШИМ-импульсов на выходе OUT).
  • UVLO (Under Voltage Lockout) — триггер Шмитта, разрешающий работу контроллера при достижении напряжения питания на входе VCC значения UVLO on и запрещающей работу при падении напряжения до значения UVLO off. Значения этих напряжений указаны в заводской документации.
  • OLP (Over Load Protection) — защита от перегрузки по току.
  • Некоторые микросхемы имеют вход BNO (Brownout Protection Pin) — вход защиты от пониженного напряжения питания и импульсных помех на нем. Если напряжение на этом выводе ниже порогового микросхема прекращает генерацию ШИМ-импульсов на выходе OUT ).

Существует группа ШИМ-контроллеров, включаемых по упрощенной

схеме. Напряжение обратной связи у них снимается с обмотки импульсного трансформатора, питающей микросхему. При таком включении стабильность выходного напряжения ниже, зато количество деталей блока питания намного меньше.

Читайте также:  Технология сварки нержавеющей стали полуавтоматом

Таблица маркировки ШИМ-контроллеров в корпусе SOT23-6 (обычная маркировка).

Мар­ки­ров­ка Наз­ва­ние Выводы UVCC min, V UVCC max, V UOVP,V PDF Ку­пить
6 5 4
1 2 3
00=ywp RT7736BGE OUT VCC SEN 12.0 25.0 27.0
GND FB BNO
09=ywp RT7736LGE OUT VCC SEN 12.0 25.0 27.0
GND FB RI
0F=ywp RT7736EGE OUT VCC SEN 12.0 25.0 27.0
GND FB RI
0N=ywp RT7736DGE OUT VCC SEN 12.0 25.0 27.0
GND FB BNO
0P=ywp RT7736FGE OUT VCC SEN 12.0 25.0 27.0
GND FB BNO
0S=ywp RT7737LGE OUT VCC SEN 12.0 25.0 27.0
GND FB RI
0U=ywp RT7737GGE OUT VCC SEN 12.0 25.0 27.0
GND FB RI
0V=ywp RT7737AGE OUT VCC SEN 12.0 25.0 27.0
GND FB RI
1Syww SF1531SLGT OUT VCC SEN 11.0 25.0 28.0
GND FB RI
2B=ywp RT7736RGE OUT VCC SEN 12.0 25.0 27.0
GND FB RI
30yw GR8830 OUT VCC SEN 12.0 25.0 27.0
GND FB RI
30yww SF1530LGT OUT VCC SEN 11.0 25.0 28.5
GND FB RI
3263 AT3263 OUT VCC SEN 10.0 25.0 34.0
GND FB RI
33Wywp SF5533WLGT OUT VCC SEN 10.0 26.0 27.0
GND FB CT
36yw GR8836 OUT VCC SEN 12.0 25.0 26.5
GND FB RI
4870 SD4870 OUT VCC SEN 11.0 25.0 21.5
GND FB RI
4871 ywp SD4871TR OUT VCC SEN 8.0 28.0 28.0
GND FB RI
49yww XN1049 OUT VCC SEN 10.0 30.0 33.0
GND FB RI
6000A ywpp PF6000AG OUT VCC SEN 10.0 16.0 18.0
GND FB RI
6005A ywpp PF6005AG OUT VCC SEN 10.0 17.0 18.0
GND FB BNO
61ywp OB2361MP VCC OUT SEN 10.0 25.0 28.0
DEM GND FB
63ywp OB2263MP OUT VCC SEN 10.0 30.0 34.0
GND FB RI
6850ywp CR6850 OUT VCC SEN 11.0 20.0 25.5
GND FB RI
6853ywp CR6853 OUT VCC SEN 10.0 30.0 34.0
GND FB RI
6855ywp CR6855 OUT VCC SEN 10.0 23.0 26.0
GND FB RI
6Bywp AP8266ATCC-R1 OUT VCC SEN 12.0 25.0 28.0
GND FB RI
73yww OB2273MP OUT VCC SEN 10.0 23.5 26.0
GND FB RI
73ywpp LP8773 OUT VCC SEN 11.0 29.0 32.0
GND FB DEM
850ywp SP6850BS26RG OUT VCC SEN 10.0 26.0 36.0
GND FB RI
853yw SP6853S26RGB OUT VCC SEN 10.0 25.0 26.0
GND FB RI
85Aywp SP6850AS26RG OUT VCC SEN 10.0 26.0 36.0
GND FB RI
AAyww SG6848TZ1 OUT VCC SEN 10.9 25.0 26.0
GND FB RI
AAEpw SG5701TZ OUT VCC SEN 11.7 24.0 25.0
GND FB RI
AAIpp SG6858TZ OUT VCC SEN 10.0 22.0 25.0
GND FB RI
AAJFw SG6859ATZ OUT VCC SEN 10.0 22.0 25.0
GND FB RI
AAKpw SGP400TZ OUT VDD SEN 10.0 20.0 22.7
GND FB NC
ABDpp FAN6862TY OUT VCC SEN 10.0 24.0 25.0
GND FB RI
BByww SG6849-65TZ OUT V SEN 10.0 22.7 28.0
GND FB NC
DP81 ywpp DP2281 OUT VCC SEN 10.0 28.0 31.0
GND FB
GHL AP3103KTR-G1 OUT VCC SEN 10.0 25.0 28.5
GND FB RI
GHO AP3105VKTR-G1 OUT VCC SEN 10.0 25.0 28.5
GND FB RI
GLS AP3125AKTR-G1 OUT VCC SEN 10.0 25.0 28.5
GND FB RI
GLU AP3125VKTR-G1 OUT VCC SEN 10.0 25.0 28.5
GND FB RI
GLV AP3125BKTR-G1 OUT VCC SEN 10.0 25.0 28.5
GND FB BNO
GNB AP3125LKTR-G1 OUT VCC SEN 10.0 25.0 28.5
GND FB RI
GNC AP3125RKTR-G1 OUT VCC SEN 10.0 25.0 28.5
GND FB RI
IDP=ywp R7731AGE OUT VCC SEN 12.0 25.0 27.0
GND FB RI
IFF=ywp RT7736GGE OUT VCC SEN 12.0 25.0 27.0
GND FB RI
Q25C ME8200M6G-N OUT VCC SEN 10.0 26.0 28.0
GND FB RI
QBPE ME8204BM6G OUT VCC SEN 10.0 30.0 26.0
GND FB RI
S1wp A8263E6VR OUT VCC SEN 10.0 27.0 28.0
GND FB RI

Условные обозначения: y — буква, код года изготовления

m — буква, код месяца изготовления

w — буква, код недели изготовления

a — буква, код места изготовления

p — буква, код партии

Таблица маркировки преобразователей в корпусе SOT23-6 (нестандартная маркировка)

Мар­ки­ров­ка Наз­ва­ние Выводы UVCC min, V UVCC max, V UOVP,V PDF Ку­пить
6 5 4
1 2 3
ywp30A LD7530A OUT VCC SEN 11.0 18.0 21.0
GND FB CT
ywp30R LD5530RGL OUT VCC SEN 10.0 27.0 28.5
GND FB RI
ywp31A LD7531AMGL OUT VCC SEN 11.0 25.0 28.0
GND FB RI
ywp35 LD7535ABL OUT VCC SEN 11.0 25.0 28.0
GND FB RI
ywp36R LD7536RGL OUT VCC SEN 10.0 24.0 26.0
GND FB RI
ywp37R LD7537RGL OUT VCC SEN 10.0 24.0 26.0
GND FB BNO
ywp38R LD7538RGL OUT VCC SEN 8.5 26.5 28.5
GND FB RI
ywp39R LD7539RGL OUT VCC SEN 8.5 26.5 28.5
GND FB BNO

Условные обозначения: y — буква, код года изготовления

m — буква, код месяца изготовления

w — буква, код недели изготовления

a — буква, код места изготовления

p — буква, код партии

Таблица маркировки преобразователей в корпусе SOT23-6 (упрощенная схема включения

)

Мар­ки­ров­ка Наз­ва­ние Выводы UVCC min, V UVCC max, V UOVP,V PDF Ку­пить
6 5 4
1 2 3
0Sywp LP3711S OUT VCC SEN 10.0 25.0 28.0
GND CT FB
22ywpp LP2792 FB NC SEN 10.0 25.0 28.0
OUT GND VCC
32ywp OB2532MP VCC CT FB 10.0 25.0 27.5
GND OUT SEN
636yww OB3636MP CT SEN OUT 7.0 40.0
FB GND VCC
92ywpp LP3792 FB NC SEN 10.0 25.0 28.0
OUT GND VCC
C10yw LP3710 OUT VCC SEN 8.5 26.5 28.0
GND CT FB
DSRywp MT6511CP VCC CT FB 10.0 28.0 27.5
GND OUT SEN
GBZ AP3783AK6TR-G1 CT OUT FB 6.8 35.0 30.0
SEN GND VCC
GPZ AP3783CK6TR-G1 CT OUT FB 6.8 35.0 30.0
SEN GND VCC
U700 UCC28700DBVR FB GND SEN 9.0 35.0
RI VCC OUT

Условные обозначения: y — буква, код года изготовления

Читайте также:  Нюансы и правила проверки сопротивления мультиметром

m — буква, код месяца изготовления

w — буква, код недели изготовления

a — буква, код места изготовления

p — буква, код партии

Область применения таких микросхем ШИМ-контроллеров — блоки питания телевизоров и мониторов, адаптеры питания ноутбуков и смартфоров, зарядные устройства и т. д.

Если вы не нашли нужного кода, напишите в комментариях, и мы постараемся дополнить таблицу. Если вы знаете SMD-коды

подобных микросхем, отсутствующие в таблице, пожалуйста, напишите об этом.

Понравилась статья — поделитесь с друзьями:

Диагностика неисправностей

Одна из часто встречающихся проблем — пробой ключевых транзисторов. Результаты можно увидеть не только при попытке запуска устройства, но и при его обследовании с помощью мультиметра.

Кроме того, существуют и другие неисправности, которые несколько сложнее обнаружить. Перед тем как проверить ШИМ-контроллер непосредственно, можно рассмотреть самые распространенные случаи поломок. К примеру:

  • Контроллер глохнет после старта — обрыв петли ОС, перепад по току, проблемы с конденсатором на выходе фильтра (если таковой имеется), драйвером; возможно, разладилось управление ШИМ-контроллером. Надо осмотреть устройство на предмет сколов и деформаций, замерить показатели нагрузки и сравнить их с типовыми.
  • ШИМ-контроллер не стартует — отсутствует одно из входных напряжений или устройство неисправно. Может помочь осмотр и замер выходного напряжения, в крайнем случае, замена на заведомо рабочий аналог.
  • Напряжение на выходе отличается от номинального — проблемы с петлей ООС или с контроллером.
  • После старта ШИМ на БП уходит в защиту при отсутствии КЗ на ключах — некорректная работа ШИМ или драйверов.
  • Нестабильная работа платы, наличие странных звуков — обрыв петли ООС или цепочки RC, деградация емкости фильтра.

Управление по току с пропорциональным управлением

При этом способе управления переменная скважность ШИМ зависит от выходного напряжения и активного фильтра обратной связи.

Рис. 12. ШИМ контроллер с управлением по току с пропорциональным управлением. Вариант с фиксированным и с регулируемым выходным напряжением.

В данном методе наблюдается нестабильность петли обратной при скважности выше 50% (появление генерации на частоте ½ Fswx, зависит от шума на Vin или Vout). Данный процесс хорошо изучен и проблема решается уменьшением усиления в петле обратной связи, что можно обеспечить двумя способами (рис.13):

  • добавлением пилообразного напряжения к Isense;
  • вычитанием пилообразного напряжения из выхода петлевого фильтра.

Рис.13. Добавление модуля формирования пилообразного напряжения (PRG) в ШИМ контроллер для устранения нестабильности петли обратной связи. Вариант с фиксированным и с регулируемым выходным напряжением.

Контроллеры Microchip для преобразователей энергии, как составную часть CIP имеют программируемый генератор пилообразного напряжения (Programmable Ramp Generator, PRG или Slope Compensation).

Модуль PRG позволяет формировать пилообразное напряжение с независимой регулировкой фронта и спада, в качестве запускающих сигналов могут использоваться различные внутренние и внешние сигналы.

Управление по напряжению с пропорциональным управлением

При управлении по напряжению с пропорциональным управлением рассогласование выходного напряжения должно вносить поправку в скважность управляющих импульсов. Пропорцию между величиной рассогласования и величиной коррекции скважности обеспечивает усилитель ошибки и фильтр петли регулирования. Управление по напряжению с пропорциональным управлением используется сравнительно редко, так как при этом методе управления индуктивность может входить в насыщение при запуске источника и при коротком замыкании на выходе, требуется петлевой фильтр второго порядка и есть влияние входного напряжения на коэффициент усиления усилителя ошибки.

Управление по напряжению с пропорциональным управлением можно реализовать на встроенной периферии PIC контроллеров с помощью ШИМ модулятора – необходим генератор пилы (Ramp генератор) и компаратор (реализацию ШИМ модуляторов мы уже рассматривали в [2]). Генерируемый микроконтроллером опорный ШИМ служит для формирования пилообразного напряжения и определяет частоту управляющих импульсов, а напряжение обратной связи определяет скважность управляющих импульсов.

Для предотвращения насыщения индуктивности при запуске источника или при коротком замыкании на выходе нужно ограничить скважность управляющего сигнала. Для этого выходной сигнал компаратора (CMP1_out) подаем на CLC (элемент И), а на другой вход – опорный ШИМ формирования пилы (сигнал PWM рис. 10). Длительность импульса ШИМ будет служить ограничителем скважности управляющего сигнала DRV (ограничивать сигнал с выхода компаратора).

Основные проблемы ШИМ-преобразователей

При работе любого устройства полностью исключить вероятность поломки невозможно, и преобразователей это тоже касается. Сложность конструкции при этом не имеет значения, проблемы в эксплуатации может вызвать даже известный ШИМ-контроллер TL494. Неисправности имеют различную природу — некоторые из них можно выявить на глаз, а для обнаружения других требуется специальное измерительное оборудование.

Чтобы ШИМ-контроллер, следует ознакомится со списком основных неисправностей приборов, а лишь позже — с вариантами их устранения.

Управление по току (Current Mode)

Данный метод устраняет недостаток режима управления по напряжению. В этом методе Контроллер получает вторую петлю обратной связи. Внутренний быстрый контур служит для контроля тока силового ключа (индуктивности) на каждом цикле его включения. При подаче сигнала на открытие силового ключа, ток через индуктивность, а значит и через силовой ключ, начинает линейно расти. При достижении порога силовой ключ размыкается, начинается отдача энергии индуктивности через диод. По времени или по детектированию нулевого тока в индуктивности (в режиме непрерывного тока или критической проводимости, CCrM) цикл повторяется.

Читайте также:  Часто задаваемые вопросы по маске сварщика ХАМЕЛЕОН

Так как силовой ключ размыкается при достижении пикового тока, то обеспечивается постоянство накопленной энергии в индуктивности вне зависимости от входного напряжения (изменение входного напряжения влияет на скорость заряда). Второй контур петли регулирования контролирует выходное напряжение.

Управление по току с гистерезисным управлением: аналогично методу управления по напряжению – осуществляется Вкл/Выкл ШИМ управления силового ключа в зависимости от напряжения на выходе.

Рис.11а. ШИМ контроллер с управлением по току с гистерезисным управлением. Isence – контроль пика тока Is через индуктивность, Vout – проверка выходного напряжения, блокирование управляющего ШИМ при превышении выходного напряжения. Вариант с фиксированным выходным напряжением и с регулировкой выходного напряжения.

Рис. 11б. ШИМ контроллер и вариант выходной топологии для повышающего преобразователя с контролем пикового тока.

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com (подробнее ») 26 января 2020, 09:14 | Обзор | Подборки, перечисления, топ-10, и так далее

Бюджетные цифровые генераторы для проверки устройств, которые будут не только полезны в качестве хоббийного генератора для радиолюбителя, но и подойдут для профессионального тестирования и разработки компонентов. В подборке будут генераторы тестовых сигналов для проверки оборудования, телевизоров и мониторов, для управления двигателями (ШИМ), а также выскокочастотные генераторы, в том числе для радиосвязи, а также для модули DDS и ВЧ-генераторов для самостоятельной сборки.

С целью тестирования и проверки оборудования применяют различного вида сигналы нужной формы, частоты и скважности, амплитуды и т.п. Пример такого тестирования можно посмотреть в недавнем обзоре осциллографа Rubyster 1C15 с полосой до 110 МГц. Я использовал недорогой генератор JDS-2900 c диапазоном генерации до 60 МГц.

 Начну, пожалуй, с одного из самых-самых бюджетных вариантов, а именно с генератора PWM (ШИМ) сигналов FNIRSI XY-PWM1, с диапазоном генерации сигналов от  1 Hz до 150 KHz. Скважность, длительность и период повторения импульсов регулируются. Также предусмотрен таймер на отключение генерации. Настраивать удобно кнопками с контролем по дисплею. Устройство реализовано на базе контроллера Nuvoton серии N76, так что вариант интересный.

Портативный функциональный генератор от Juntek — модель JDS2900-60М с диапазоном генерации 60 МГц. Представляет собой компактный цифровой двухканальный  DDS генератор сигналов с выходом BNC (х2). Есть встроенный частотомер. Можно настроить сигнал под себя либо воспользоваться предустановленными (синус, меандр, пила). Что проверить таким? Да хоть новые модели осциллографов и мультиметров.

Простейшая модель для радиолюбителя, представляет собой DDS функциональный генератор сигналов на базе микроконтроллера. Устройство имеет частотный диапазон от 1 Гц- до 65534 Гц. Форму сигнала можно настроить: доступны синусоидальный, прямоугольный, треугольный сигналы на выходе.  Фронты сигнала выдаёт чёткие. Большой диапазон регулировок и настроек. Выход — BNC разъемы. Провода и адаптеры для такого генератора можно изготовить самостоятельно. Такой генератор подойдет для тестирования и проверки аудиоустройств.

Отличный функциональный генератор сигналов произвольной формы от UNI-T. В лоте на выбор две модели: UNI-T UTG932 и UNI-T UTG962. Отличаются соответственно предельной частотой генерации: 30 МГц и 60 МГц соответственно. Обе модели двухканальные. Имеет большой экран и серьезный функционал, в том числе и изменение фазы. Внутри установлен прецизионный источник цифрового сигнала 200 Ms/s (14 bit DAC). Предусмотрен встроенный частотомер. 

Если вы ищете совсем недорогой, но высокостабильный и, одновременно, высокочастотный генератор функциональных сигналов, то обратите внимание в сторону готовых модулей CJMCU-5351 на базе генератора Si5351/Si5351A. Представляет собой отдельный модуль для подключения к контроллеру по шине I2C, в зависимости от сигнала устанавливается выход. Тактовая частота микросхемы составляет 25 МГц, но в модуле предусмотрены умножители и делители частоты, реальный сигнал модно получить аж до 160 МГц. Минимальный — от 8 кГц. Подойдет и для Arduino, и для STM32, и для других отладочных плат. Модуль под пайку, в комплекте есть стандартная гребенка с шагом 2.54 мм. Выход ВЧ сделан с разъемами SMA-типа. Это самый бюджетный вариант такого плана.

Наверное, это самый недорогой генератор сигналов с возможностью получить синус/треугольник/квадратный на выходе. Продается в виде комплекта, который нужно будет собрать. В составе есть акриловый корпус и все необходимое. Микросхема XR2206 дает возможность генерировать тестовый сигнал в пределах 1 Гц-1 МГц. Можно регулировать выходную амплитуду в нужных пределах. 

Удобный и недорогой вариант модуля-генератора импульсных сигналов, аналог такого же, что был в начале подборке. Представляет собой отдельный модуль без корпуса, со встроенным дисплеем и генератор сигналов PWM или импульсным сигналов. Можно устанавливать  частоту импульсов, период повторения и скважность импульсов.  Рабочий диапазон от  1Hz до 150Khz, пределы выходного напряжения от 3,3 V до 30 V.

 Специальный модуль с тестовыми сигналами для VGA мониторов. Представляет собой небольшую плату со специализированой микросхемой. Питается от 7 V до 12 V (работает от любых блоков питания или батарейки типа «Крона» 9 V). Удобно для тестирования ЖК-дисплеев в ремонте или при покупке. Выдает несколько стандартных картинок для проверки матрицы. 

Еще один недорогой модуль DDS генератора сигналов на основе AD9833. На этот раз характеристики чуть попроще, цена ниже. Также работает с микроконтроллерами Arduino и STM32. Удобный  и недорогой способ собрать дома генератор сигналов с синусоидальным, прямоугольным, треугольным сигналом на выходе.  Выход ВЧ сделан с разъемами SMA-типа.

Одна из самых лучших плат-генераторов HackRF с софтовым приемником (SDR). Может не просто принимать любой сигнал в диапазоне от 1 МГц до 6 ГГц, но и генерировать сигнал на антенну. Можно использовать в радиолюбительских целях, для исследований, для студенческого или кандидатского проекта. Фактически, это популярные RTL-SDR, но с расширенным диапазоном и возможностью передачи сигнала. По ссылке несколько вариантов комплектации, это один из самых доступных лотов на Алиэкспресс.

ШИМ или PWM (широтно-импульсная модуляция, по-английски pulse-width modulation) – это способ управления подачей мощности к нагрузке. Управление заключается в изменении длительности импульса при постоянной частоте следования импульсов. Широтно-импульсная модуляция бывает аналоговой, цифровой, двоичной и троичной.

Применение широтно-импульсной модуляции позволяет повысить КПД электрических преобразователей, особенно это касается импульсных преобразователей, составляющих сегодня основу вторичных источников питания различных электронных аппаратов. Обратноходовые и прямоходовые однотактные, двухтактные и полумостовые, а также мостовые импульсные преобразователи управляются сегодня с участием ШИМ, касается это и резонансных преобразователей.

Широтно-импульсная модуляция позволяет регулировать яркость подсветки жидкокристаллических дисплеев сотовых телефонов, смартфонов, ноутбуков. ШИМ реализована в сварочных аппаратах, в автомобильных инверторах, в зарядных устройствах и т. д. Любое зарядное устройство сегодня использует при своей работе ШИМ.

В качестве коммутационных элементов, в современных высокочастотных преобразователях, применяются биполярные и полевые транзисторы, работающие в ключевом режиме. Это значит, что часть периода транзистор полностью открыт, а часть периода — полностью закрыт.

И так как в переходных состояниях, длящихся лишь десятки наносекунд, выделяемая на ключе мощность мала, по сравнению с коммутируемой мощностью, то средняя мощность, выделяемая в виде тепла на ключе, в итоге оказывается незначительной. При этом в замкнутом состоянии сопротивление транзистора как ключа очень невелико, и падение на нем напряжения приближается к нулю.

В разомкнутом же состоянии проводимость транзистора близка к нулю, и ток через него практически не течет. Это позволяет создавать компактные преобразователи с высокой эффективностью, то есть с небольшими тепловыми потерями. А резонансные преобразователи с переключением в нуле тока ZCS (zero-current-switching) позволяют свести эти потери к минимуму.

В ШИМ-генераторах аналогового типа, управляющий сигнал формируется аналоговым компаратором, когда на инвертирующий вход компаратора, например, подается треугольный или пилообразный сигнал, а на неинвертирующий — модулирующий непрерывный сигнал.

Выходные импульсы получаются прямоугольными, частота их следования равна частоте пилы (или сигнала треугольной формы), а длительность положительной части импульса связана с временем, в течение которого уровень модулирующего постоянного сигнала, подаваемого на неинвертирующий вход компаратора, оказывается выше уровня сигнала пилы, который подается на инвертирующий вход. Когда напряжение пилы выше модулирующего сигнала — на выходе будет отрицательная часть импульса.

image

Если же пила подается на неинвертирующий вход компаратора, а модулирующий сигнал — на инвертирующий, то выходные импульсы прямоугольной формы будут иметь положительное значение тогда, когда напряжение пилы выше значения модулирующего сигнала, поданного на инвертирующий вход, а отрицательное — когда напряжение пилы ниже сигнала модулирующего. Пример аналогового формирования ШИМ — микросхема TL494, широко применяющаяся сегодня при построении импульсных блоков питания.

Цифровые устройства с ШИМ работают также на постоянной частоте, обязательно превосходящей время реакции управляемого устройства, этот подход называется передискретизацией. Между фронтами тактовых импульсов, выход цифрового ШИМ остается стабильным, или на высоком, или на низком уровне, в зависимости от текущего состояния выхода цифрового компаратора, который сравнивает уровни сигналов на счетчике и приближаемый цифровой.

Выход тактуется как последовательность импульсов с состояниями 1 и 0, каждый такт состояние может сменяться или не сменяться на противоположное. Частота импульсов пропорциональна уровню приближаемого сигнала, а единицы, следующие друг за другом могут сформировать один более широкий, более продолжительный импульс.

Получаемые импульсы переменной ширины будут кратны периоду тактования, а частота будет равна 1/2NT, где T – период тактования, N – количество тактов. Здесь достижима более низкая частота по отношению к частоте тактования. Описанная схема цифровой генерации — это однобитная или двухуровневая ШИМ, импульсно-кодированная модуляция ИКМ.

Эта двухуровневая импульсно-кодированная модуляция представляет собой по сути серию импульсов с частотой 1/T, и шириной Т или 0. Для усреднения за больший промежуток времени применяется передискретизация. Высокого качества ШИМ позволяет достичь однобитная импульсно-плотностная модуляция (pulse-density-modulation), называемая также импульсно-частотной модуляцией.

При цифровой широтно-импульсной модуляции прямоугольные подимпульсы, которыми оказывается заполнен период, могут приходиться на любое место в периоде, и тогда на среднем за период значении сигнала сказывается только их количество. Так, если разделить период на 8 частей, то комбинации импульсов 11001100, 11110000, 11000101, 10101010 и т. д. дадут одинаковое среднее значение за период, тем не менее, отдельно стоящие единицы утяжеляют режим работы ключевого транзистора.

image

Корифеи электроники, повествуя о ШИМ, приводят такую аналогию с механикой. Если при помощи двигателя вращать тяжелый маховик, то поскольку двигатель может быть либо включен, либо выключен, то и маховик будет либо раскручиваться и продолжать вращаться, либо станет останавливаться из-за трения, когда двигатель выключен.

Но если двигатель включать на несколько секунд в минуту, то вращение маховика будет поддерживаться, благодаря инерции, на некоторой скорости. И чем дольше продолжительность включения двигателя, тем до более высокой скорости раскрутится маховик. Так и с ШИМ, на выход приходит сигнал включений и выключений (0 и 1), и в результате достигается среднее значение. Проинтегрировав напряжение импульсов по времени, получим площадь под импульсами, и эффект на рабочем органе будет тождественен работе при среднем значении напряжения.

Так работают преобразователи, где переключения происходят тысячи раз в секунду, и частоты достигают единиц мегагерц. Широко распространены специальные ШИМ-контроллеры, служащие для управления балластами энергосберегающих ламп, блоками питания, преобразователями частоты для двигателей и т. д.

image

Отношение полной длительности периода импульса ко времени включения (положительной части импульса) называется скважностью импульса. Так, если время включения составляет 10 мкс, а период длится 100 мкс, то при частоте в 10 кГц, скважность будет равна 10, и пишут, что S = 10. Величина обратная скважности называется коэффициентом заполнения импульса, по-английски Duty cycle, или сокращенно DC.

Так, для приведенного примера DC = 0.1, поскольку 10/100 = 0.1. При широтно-импульсной модуляции, регулируя скважность импульса, то есть варьируя DC, добиваются требуемого среднего значения на выходе электронного или другого электротехнического устройства, например двигателя.

Оцените статью
Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Илья Коршунов
Наш эксперт
Написано статей
134
А как считаете Вы?
Напишите в комментариях, что вы думаете – согласны
ли со статьей или есть что добавить?
Добавить комментарий