Универсальный внешний накопитель для всех iOS-устройств, совместим с PC/Mac, Android
Header Banner
8 800 100 5771 | +7 495 540 4266
c 9:00 до 24:00 пн-пт | c 10:00 до 18:00 сб
0 Comments

Содержание

UC3842 описание, принцип работы, схема включения

ШИМ UC3842AN

UC3842 представляет собой схему ШИМ–контроллера с обратной связью по току и напряжению для управления ключевым каскадом на n-канальном МОП  транзисторе, обеспечивая разряд его входной емкости форсированным током величиной до 0.7А. Микросхема SMPS контроллер состоит в серии микросхем UC384X (UC3843, UC3844, UC3845) ШИМ-контроллеров. Ядро UC3842 специально разработано для долговременной работы с минимальным количеством внешних дискретных компонентов. ШИМ-контроллер UC3842 отличается точным управлением рабочего цикла,  температурной компенсацией и имеет невысокую стоимость.  Особенностью UC3842 является способность работать в пределах 100% рабочего цикла (для примера UC3844 работает с коэффициентом заполнения до 50%.). Отечественным аналогом UC3842 является 1114ЕУ7. Блоки питания выполненные на микросхеме UC3842 отличаются повышенной надежностью и простотой исполнения.

Рис. Таблица типономиналов

Данная таблица дает полное представление в различиях микросхем UC3842, UC3843, UC3844, UC3845 между собой.

  1. Общее описание.
  2. Немного теории.
  3. Схема подключения.
  4. Ремонт блока питания на основе ШИМ UC384X. 

Общее описание

Для желающих более глубоко ознакомится с ШИМ-контроллерами серии UC384X, рекомендуется следующий материал.

  • Datasheet UC3842B (скачать)
  • Datasheet 1114ЕУ7 отечественный аналог микросхемы UC3842А (скачать).
  • Статья "Обратноходовой преобразователь", Дмитрия Макашева (скачать).
  • Описание работы ШИМ-контроллеров серии UCX84X (скачать).
  • Статья "Эволюция обратноходовых импульсных источников питания", С. Косенко (скачать). Статья опубликована в журнале "Радио" №7-9 за 2002г.
  • Документ от НТЦ СИТ, самое удачное описание на русском языке для ШИМ  UC3845 (К1033ЕУ16), настоятельно рекомендуется для ознакомления. (Скачать).

Различие микросхем UC3842A и UC3842B, A потребляет меньший ток до момента запуска.

UC3842 имеет два варианта исполнения корпуса 8pin и 14pin. Расположение выводов этих исполнений существенно отличаются . Далее будет рассматриваться только вариант исполнения корпуса 8pin.

Упрощенная структурная схема, необходима для понимания принципа работы ШИМ-контроллера.

Рис. Структурная схема UC3842

Структурная схема в более подробном варианте, необходима для диагностики и проверки работоспособности микросхемы. Так как рассматриваем вариант исполнения 8pin, то Vc-это 7pin, PGND-это 5pin.

Рис. Структурная схема UC3842 (подробный вариант) Рис. Расположение выводов (pinout) UC3842

Здесь должен быть материал по назначению выводов, однако гораздо удобнее читать и смотреть  на практическую схему включения ШИМ-контроллера UC3842. Схема нарисована настолько удачно, что намного упрощает понимание назначение выводов микросхемы.

Рис. Схема включения UC3842 на примере блока питания для TV

1. Comp:(рус. Коррекция) выход усилителя ошибки.  Для нормальной работы ШИМ–контроллера необходимо скомпенсировать АЧХ усилителя ошибки, с этой целью к указанному выводу обычно подключается конденсатор емкостью около 100 пФ, второй вывод которого соединен с выводом 2 ИС. Если на этом выводе напряжение занизить ниже 1 вольта, то на выходе 6 микросхемы будет уменьшаться длительность импульсов, тем самым уменьшая мощность данного ШИМ–контроллера.
2. Vfb: (рус. Напряжение обратной связи) вход обратной связи. Напряжение на этом выводе сравнивается с образцовым, формируемым внутри ШИМ–контроллера UC3842. Результат сравнения модулирует скважность выходных импульсов, в результате выходное напряжение блока питания стабилизируется. Формально второй вывод служит для сокращения длительности импульсов на выходе, если на него подать выше +2,5 вольта, то импульсы сократятся и микросхема снизит выдаваемую мощность.   
3. C/S: (второе  обозначение I sense) (рус. Токовая обратная связь) сигнал ограничения тока. Данный вывод должен быть присоединен к резистору в цепи истока ключевого транзистора . В момент перегрузки МОП транзистора напряжение на сопротивлении увеличивается и при достижении определённого порога UC3842A прекращает свою работу, закрывая выходной транзистор. Проще говоря, вывод служит для отключения импульса на выходе, при подаче на него напряжения выше 1 вольта.
4. Rt/Ct: (рус. Задание частоты) подключение времязадающей RC-цепочки, необходимой для установки частота внутреннего генератора. R подключается к Vref - опорное напряжение, а С к общему проводу (обычно выбирается несколько десятков nF). Эта частота может быть изменена в достаточно широких пределах, сверху она ограничивается быстродействием ключевого транзистора, а снизу - мощностью импульсного трансформатора, которая падает с уменьшением частоты. Практически частота выбирается в диапазоне 35…85 кГц, но иногда источник питания вполне нормально работает и при значительно большей или значительно меньшей частоте.
 Для времязадающей RC-цепочки лучше отказаться от керамических конденсаторов.
5. Gnd: (рус. Общий) общий вывод. Общий вывод не должен быть соединён с корпусом схемы. Это земля "горячая" соединяется с корпусом устройства через пару конденсаторов.
6. Out: (рус. Выход) выход ШИМ–контроллера, подключается к затвору ключевому транзистору через резистор или параллельно соединенные резистор и диод (анодом к затвору).
7. Vcc: (рус. Питание) вход питания ШИМ-контроллера, на этот вывод микросхемы подаётся напряжение питания в диапазоне от 16 вольт до 34, обратите внимание, что данная микросхема имеет встроенный триггер Шмидта(UVLO), который включает микросхему, если напряжение питания превышает 16 вольт, если-же напряжение по каким-либо причинам станет ниже 10 вольт (для других микросхем серии UC384X значения ON/OFF могут отличатся см. Таблицу Типономиналов ), произойдёт её отключение от питающего напряжения. Микросхема также обладает защитой от перенапряжения: если напряжение питания на ней превысит 34 вольта, микросхема отключится.
8. Vref: выход внутреннего источника опорного напряжения, его выходной ток до 50 мА, напряжение 5 В. Подключается к одному из плеч делителя служит для оперативной регулировки Uвыхода всего блока питания.

Немного теории

Схема отключения при понижении входного напряжения

Рис. Схема отключения при понижении входного напряжения

Схема отключения при понижении входного напряжения или UVLO-схема(по-английски отключение при понижении напряжения – Under-Voltage LockOut) гарантирует, что напряжение Vcc  равно напряжению, делающему микросхему UC384x полностью работоспособной для включения выходного каскада.  На Рис. показано, что UVLO-схема имеет пороговые напряжения включения и выключения, значения которых равны 16 и 10, соответственно. Гистерезис , равный 6В, предотвращает беспорядочные включения и выключения напряжения во время подачи питания.

Генератор

Рис. Генератор UC3842

Частотозадающий конденсатор Ct заряжается от Vref(5В) через частотозадающий резистор Rt, а разряжается внутренним источником тока.  

Микросхемы UC3844 и UС3845 имеют встроенный счетный триггер, который служит  для получения максимального рабочего цикла генератора, равного 50%. Поэтому генераторы этих микросхем нужно установить на частоту переключения вдвое выше желаемой. Генераторы микросхем UC3842 и UC3843 устанавливается на желаемую частоту переключения.  Максимальная рабочая частота генераторов  семейства UC3842/3/4/5 может достигать 500 кГц.

Считывание и ограничение тока

Рис. Организация обратной связи по току

Преобразование ток-напряжение выполнено на внешнем резисторе Rs, связанном с землей.  RC фильтр для подавления выбросов выходного ключа. Инвертирующий вход токочувствительного компаратора UC3842 внутренне смещен на 1 Вольт. Ограничение тока происходит, если напряжение на выводе 3 достигает этого порогового значения.

Усилитель сигнала ошибки

Рис. Структурная схема усилителя сигнала ошибки

Неинвертирующий вход сигнала ошибки не имеет отдельного вывода и внутренне смещен на 2,5 вольт. Выход  усилителя сигнала ошибки соединен с выводом 1 для подсоединении внешней компенсирующей цепи, позволяя пользователю управлять частотной характеристикой замкнутой петли обратной связи конвертора.

Рис. Схема компенсирующей цепи

Схема компенсирующей цепи, подходящая для стабилизации любой  схемы преобразователя с дополнительной обратной связью по току, кроме обратноходовых и повышающих конвертеров, работающих с током катушки индуктивности.

Способы блокировки

Возможны два способа блокировки микросхемы UC3842:  
повышение напряжения на выводе 3 выше уровня 1 вольт,
либо подтягивание напряжения на выводе 1 до уровня не превышающего падения напряжения на двух диодах, относительно потенциала земли. 
Каждый  из этих способов приводит к установке ВЫСОКОГО логического уровня напряжения на выходе ШИМ-копаратора (структурная схема). Поскольку основным (по умолчанию) состоянием ШИМ-фиксатора является состояние сброса, на выходе ШИМ-компаратора будет удерживаться НИЗКИЙ логический уровень до тех пор, пока не изменится состояние на выводах 1 и/или 3 в следующем тактовом периоде (периоде, который  следует за рассматриваемым тактовым периодом, когда возникла ситуация, требующая блокировки микросхемы).

Схема подключения

Простейшая схема подключения ШИМ-контроллера UC3842, имеет чисто академический характер. Схема является простейшим генератором.  Несмотря на простоту данная схема рабочая.

Рис. Простейшая схема включения 384x

Как видно из схемы, для работы ШИМ-контроллера UC3842 необходима только RC цепочка и питание.

Схема включения ШИМ контроллера ШИМ-контроллера UC3842A, на примере блока питания телевизора.

Рис. Схема блока питания на UC3842A

Схема дает наглядное и простое  представление использования UC3842A в простейшем блоке питания. Схема для упрощения чтения, несколько изменена. Полный вариант схемы можно найти в PDF документе "Блоки питания 106 схем" Товарницкий Н.И.

Схема включения ШИМ контроллера ШИМ-контроллера UC3843, на примере блока питания маршрутизатора D-Link, JTA0302E-E.

Рис. Схема блока питания на UC3843

Схема хоть и выполнена по стандартному включению для UC384X, однако R4(300к) и R5 (150) выводят из стандартов. Однако удачно, а главное, логично выделенные цепи, помогают понять принцип работы блока питания.

Блок питания на ШИМ-контроллере UC3842. Схема не предназначена для повторения, а преследует только ознакомительные цели.

Рис. Стандартная схема включения из datasheet-a (схема несколько изменена, для более простого понимания)

Ремонт блока питания на основе ШИМ UC384X

Проверка при помощи внешнего блока питания

Рис. Моделирование работы ШИМ контроллера

Проверка работы проводится без выпаивания микросхемы из блока питания. Блок питания перед проведением диагностики необходимо выключить из сети 220В!

От внешнего стабилизированного блока питания подать напряжение на контакт 7(Vcc) микросхемы напряжение более напряжения включение UVLO, в общем случае более 17В. При этом ШИМ-контроллер UC384X должен заработать. Если питающее напряжение будет менее напряжения включения UVLO (16В/8.4В), то микросхема не запустится. Подробнее про UVLO можно почитать здесь.

Проверка внутреннего источника опорного напряжения

У рабочего ШИМ-контроллера UC384X напряжение на контакте 8(Vref) должно быть +5В.

Проверка UVLO

Если внешний источник питания позволяет регулировать напряжение, то желательно проверить работу UVLO. Изменяя напряжение на контакт 7(Vcc) контакте в рамках диапазона напряжений UVLO опорное напряжение на контакте 8(Vref) = +5В не должно меняться.

UC3842 и UC3844 напряжение включения 16В, напряжение выключения 10В

UC3843 и UC3845 напряжение включения 8,4В, напряжение выключения 7,6В

Подавать напряжение 34В и выше на контакт 7(Vcc) не рекомендуется. Возможно наличие в цепи питания ШИМ-контроллера UC384X защитного стабилитрона, тогда выше рабочего напряжения этого стабилитрона подавать не рекомендуется.

Проверка работы генератора и внешних цепей генератора.

Для проверки потребуется осциллограф. На контакте 4(Rt/Ct) должна быть стабильная «пила». 

Проверка выходного управляющего сигнала.

Для проверки потребуется осциллограф. В идеале на контакте 6(Out) должны быть импульсы прямоугольной формы. Однако исследуемая схема может отличаться от приведенной и тогда потребуется отключить внешние цепи обратной связи. Общий принцип показан на рис. – при таком включении ШИМ-контроллер UC384X гарантированно запустится.

Рис. Работа UC384x с отключенными цепями обратной связи Рис. Пример реальных сигналов при моделировании работы ШИМ контроллера

Если БП  с управляющим ШИМ-контроллером типа UC384x не включается или включается с большой задержкой, то проверьте заменой электролитический конденсатор, который фильтрует питание (7 вывод) этой м/с. Также необходимо проверить элементы цепи начального запуска (обычно два последовательно включенных резистора 33-100kOhm).

При замене силового (полевого) транзистора в БП с управляющей м/с 384x следует обязательно проверять резистор, выполняющий функцию датчика тока (стоит в истоке полевика). Изменение его сопротивления при номинале в доли Ома очень сложно обнаружить обычным тестером! Увеличение сопротивления этого резистора ведет к ложному срабатыванию токовой защиты БП. При этом можно очень долго искать причины перегрузки БП во вторичных цепях, хотя их там вовсе и нет.

ШИМ-контроллер. Устройство и принцип работы.

В далекие, теперь уже времена прошлого века, в блоках питания для понижения или повышения напряжения применялись линейные трансформаторы. Диодный мост и электролитический конденсатор сглаживал пульсацию. Далее напряжение стабилизировалось линейными или интегральными стабилизаторами. Вес таких источников питания был достаточно большой, ничуть не меньше были и габариты. Чем большая мощность требовалась от БП, тем в несколько раз был объемнее и тяжелее сам блок питания.

Если заглянуть в современную бытовую технику, то сейчас вы увидите импульсный источник питания, или блок питания – сокращенно ИБП. В таких модулях питания используется в качестве управления специальная микросхема-контроллер Широтно-импульсной модуляции, или сокращенно ШИМ. Здесь мы и поговорим об устройстве и назначении этого элемента.

Преимущества и определения ШИМ-контроллера

ШИМ-контроллер это совокупность нескольких функциональных схем для того чтобы управлять выходными силовыми каскадами, собранными обычно на транзисторах. Управляются они исходя из той информации, которую микросхема ШИМ получает от выходных цепей. В зависимости от тока или выходного напряжения на выходе блока питания ШИМ-контроллер регулирует время открытия ключевого транзистора. Таким образом, получается замкнутый круг. Эта часть блока питания называется обратная связь или ОС.

В литературе и интернет источниках можно встретить случаи, когда ШИМ-контроллерами называют различные генераторы сигналов с регулировкой широты импульса, НО без обратной связи! К таким генераторам (на NE555 и др.) не совсем корректно применять понятие контроллер, скорее регулятор или генератор.

Широтно-импульсная модуляция – это тот метод, когда сигнал модулируется не с помощью изменения амплитуды или частоты, а с помощью длительности импульса. Далее, после интеграции импульсов при помощи LC-фильтров происходит сглаживание модулированного сигнала.

Характеристики ШИМ.

Для Широтно-модулированного сигнала характеристик всего две:

  1. Частота следования импульсов
  2. Скважность импульсов, или коэффициент заполнения. По сути это одно и то же. Разница лишь в обозначении: для скважности -это D, для заполнения используем литеру S. Коэффициент заполнения = единица / период сигнала T

S=1/T

T – Период сигнала

T=1/f

D=T/1=1/S

F – Частота сигнала

Таким образом, коэффициент заполнения ничто иное как интервал от периода сигнала. Отсюда следует что он (коэффициент заполнения) всегда будет меньше единицы, что не скажешь о скважности – она всегда будет больше 1.

Возьмем пример:

Частота сигнала = 50 кГц.

Период сигнала = 20 мкс.

Теперь предположим, что ключ выхода ШИМ открывается на 4 мкс. Коэффициент заполнение составит минус 20%, а скважность будет равна 5.

Конечно же, в расчет необходимо брать конструкцию ШИМ, исходя из количества силовых ключей.

Отличительные особенности импульсных и линейных БП.

Существенным преимуществом импульсных источников питания перед линейными является хороший КПД (около 90%)

Структура ШИМ

Давайте рассмотрим структуру любого ШИМ-контроллера. Хоть в своем огромном семействе разные ШИМ-ы и обладают дополнительными функциональными особенностями, но все же они все похожи.

Заглянув в микросхему, мы увидим полупроводниковый кристалл, в котором находятся следующие функциональные составляющие:

  1. Генератор последовательных импульсов.
  2. Источник опорного напряжения.
  3. Схема обратной связи (ОС), усилитель ошибки.
  4. Генератор прямоугольных импульсов, управляющий транзисторами, которые в свою очередь коммутируют силовые ключевые каскады.

Количество этих ключей, зависит от предназначения самого ШИМ-контроллера. Например, простые обратноходовые схемы построены на 1-м силовом ключе, полу мостовые на 2-х, а мостовые преобразователи на 4-х ключах.

Выбирая ШИМ-контроллер необходимо исходит из того какой ключ используется. Например, если в блоке питания в качестве выходного каскада стоит биполярный транзистор, то подойдет большая часть контроллеров. Связано это с тем, что управлять таким силовым ключом достаточно просто – подавая импульсы на базу транзистора, мы открываем и закрываем его.

А вот если мы будем использовать полевые транзисторы с изолированным затвором (MOSFET) или IGBT транзисторы, то здесь уже немного сложнее. Выходной транзистор-ключ мало того что нужно открыть – путем заряда затвора, так нам его еще надо и закрыть, естественно разряжая затвор ключа. Для таких схем используются соответствующие ШИМ-контроллеры. У них на выходе стоит 2 транзистора – один заряжает затвор ключа, а другой разряжает, замыкая его на землю.

На заметку:

Многие ШИМ-контроллеры совмещаются с силовыми ключами в один корпус. Если этот контроллер для маломощного блока питания, то выходные транзисторы устанавливаются прямо в микросхему контроллера.

В случае же если блок питания достаточно мощный, то интеграция происходит в обратную сторону – микросхема ШИМ-контроллер устанавливается в корпус силового ключа. Такую микросхему легко установить на радиатор. Соответственно количество выводов у такой микросхемы не как у транзистора.

Грубо говоря, ШИМ-контроллер представляет собой  компаратор, на один из входов которого приходит сигнал обратной связи, на другой пилообразный сигнал генератора. Когда первый по амплитуде превышает второй, на выходе формируется импульс.

Тем самым ширина импульса на выходе зависит от соотношения входных сигналов. Предположим, что мы подключили более мощную нагрузку к выходу БП, и напряжение дало просадку. На обратной связи будет тоже падение. Что же произойдет?

В периоде сигнала начнет преобладать пилообразный сигнал, длительность импульсов на выходе увеличится и напряжение компенсируется. Происходит это все в доли секунды.

Частота работы генератора ШИМ-а задается RC-цепью

Пример использования ШИМ-контроллера на базе TL494 – довольно распространённой микросхемы. Далее рассмотрим назначение отдельных выводов этой микросхемы.

Давайте разберем назначение и название этих выводов:

  • Vcc (Ucc, Vss)– вывод питания микросхемы.
  • GND (Ground – земля) – земля или общий провод
  • OUT – выход контроллера. С этого вывода и выходит управляющий сигнал для переключения ключей. Иногда выходные выводы обозначают HO и LO (для полумоста)
  • Vc (Uc) – Вывод контролирующий питание. При пониженном питании возможен перегрев и выход из строя ключей. Контрольный  вывод заблокирует работу контроллера в таком случае.
  • Vref – опорное напряжение, чаще всего на этот вывод вешается конденсатор, соединенный с землей.
  • ILIM – сигнал с измерителя тока. Соединен с обратной связью для ограничения тока.
  • ILIMREF – регулировочный вывод для сработки по току
  • SS – мягкий старт контроллера. Используется для плавного запуска блока питания и выхода в штатный режим работы.
  • RtCt – выводы RC-цепи, которая и задает частоту работы ШИМ.
  • CLOCK – выходной сигнал тактовых синхроимпульсов. Предназначен для синхронизации работы нескольких ШИМ-контроллеров в одной схеме.
  • RAMP – сравнивающий вывод. На нем присутствует пилообразный сигнал генератора и сигнал обратной связи для формирования ШИМ -сигнала.
  • INV и NOINV – входы компаратора, формирующие сигнал усилителя ошибки. От величины напряжения на INV зависит длительность импульса ШИМ.
  • EAOUT – дополнительный выход усилителя ошибки.

Для того чтобы закрепить сказанное выше рассмотрим пару примеров использования ШИМ-контроллеров, а так же их схем включения. Сделаем это на примере микросхем:

Эти микросхемы часто используются в различных блоках питания, в том числе и компьютерных. Когда дело доходит до переделки компьютерного блока питания в лабораторный бп или зарядное устройство для аккумулятора, то, как раз стараются подобрать бп на TL494.

Обзор ШИМ TL494

Технические характеристики ШИМ-контроллера TL494

Ниже на рисунке дана распиновка TL494:

  1. Неинвертирующий вход первого компаратора ошибки
  2. Инвертирующий вход первого компаратора ошибки
  3. Вход обратной связи
  4. Вход регулировки мертвого времени
  5. Вывод для подключения внешнего времязадающего конденсатора
  6. Вывод для подключения времязадающего резистора
  7. Общий вывод микросхемы, минус питания
  8. Вывод коллектора первого выходного транзистора
  9. Вывод эмиттера первого выходного транзистора
  10. Вывод эмиттера второго выходного транзистора
  11. Вывод коллектора второго выходного транзистора
  12. Вход подачи питающего напряжения
  13. Вход выбора однотактного или же двухтактного режима работы микросхемы
  14. Вывод встроенного источника опорного напряжения 5 вольт
  15. Инвертирующий вход второго компаратора ошибки
  16. Неинвертирующий вход второго компаратора ошибки

Обзор микросхемы UC3843

Еще одна популярная микросхема используемая в качестве ШИМ-контроллеров компьютерных и не только блоков питания – это микросхема 3843. распиновка её находится ниже. Как видно, у нее 8 выводов, но функции такие же как у TL949. Можно встретить эту микросхему в 14-выводном корпусе и часть выводов у неё (NC) – то есть не используется.

Рассмотрим назначение выводов:

  1. Вход компаратора (усилителя ошибки).
  2. Вход напряжения обратной связи. Это напряжение сравнивается с опорным внутри ИМС.
  3. Датчик тока. Подключается к резистору стоящему в между силовым транзистором и общим проводом. Нужен для защиты от перегрузок.
  4. Времязадающая RC-цепь. С её помощью задаётся рабочая частота ИМС.
  5. Общий.
  6. Выход. Управляющее напряжение. Подключается к затвору транзистора, здесь двухтактный выходной каскад для управления однотактным преобразователем (одним транзистором), что можно наблюдать на рисунке ниже.
  7. Напряжение питания микросхемы.
  8. Выход источника опорного напряжения (5В, 50 мА)

Структура микросхемы UC3843

Можно заметить, что и эта микросхема тоже похожа на все остальные ШИМ-контроллеры.

Простой блок питания на UC3842

Микросхема ШИМ с силовым ключом в одном корпусе

Подобные ШИМ-контроллеры используются как в импульсных блоках питания на базе импульсного трансформатора, так и в DC-DC понижающих или повышающих преобразователях.

Можно привести в пример одну из самых распространенных микросхем в этом сегменте – LM2596. На её базе можно найти большое количество схем преобразователей, в том числе и изображенная ниже.

LM2596 включает в себя все технические решения, описанные выше, плюс в неё еще интегрирован силовой ключ на ток до 3 Ампер.

Структура микросхемы LM2596

Как можно увидеть больших отличий от микросхем, которые мы рассматривали ранее в ней нет.

Еще один пример блока питания для светодиодных лент на ШИМ-контроллере 5L0380R – У неё всего 4 вывода. Как можно заметить в схеме отсутствует силовой ключ. Естественно он в микросхеме, а сама микросхема выполнена в корпусе транзистора и крепится на радиатор.

Микросхема ШИМ 5L0380R

Изучая ШИМ-контроллеры можно сделать несколько выводов: Если мы имеем дело с мощным источником питания и нам необходима достаточная гибкость использования этого контроллера, то такая микросхема как TL494 (и подобные) подходит для таких задач лучше. А если блок питания средней и невысокой мощности, то вполне свою роль выполнят ШИМ-контроллеры с интегрированными в них силовыми ключами. В таких бп нет больших требований к пульсациям и помехам, а выходные цепи можно сгладить фильтрами. Обычно это блоки питания для бытовой техники, светодиодных лент, ноутбуков, зарядных адаптеров.

И напоследок.

Ранее мы уже говорили о том,  что ШИМ-контроллер это механизм, который на базе сформированных импульсов за счет изменения ширины импульсов формирует среднее значение напряжения управляемое с цепей обратной связи. Хочу заметить, что классификация и название у каждого автора могут быть абсолютно разными. ШИМ-контроллером могут называть простой регулятор напряжения. В то же время сам ШИМ-контроллер в блоке питания может быть назван – “блокинг-генератор”, “интегральный субмодуль”, “задающий генератор” От того как его назвал тот или иной автор суть не меняется, но могут возникнуть непонимания и разночтения.

Что такое ШИМ – Широтно-Импульсная Модуляция? ⋆ diodov.net

Программирование микроконтроллеров Курсы

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.

Способы регулирования напряжения

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.

Линейный способ регулирования напряжения

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.

Импульсный способ регулирования напряжения

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.

Упрощенная схема импульсного блока питания

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.

Широтно-импульсное регулирование ШИР

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.

Схема импульсного регулирования напряженияВ 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.

Принцип ШИР Широтно-импульсное регулирование

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.

Принцип ШИМ Широтно-импульсное регулирование

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.

Инвертор напряжения с ШИМ

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.

ШИМ Широтно-импульсная модуляция

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.

Электроника для начинающих

Еще статьи по данной теме

описание, принцип работы, схема включения, применение

В статье будет приведено описание, принцип работы и схема включения UC3842. Это микросхема, которая является широтно-импульсным контроллером. Сфера применения – в преобразователях постоянного напряжения. При помощи одной микросхемы можно создать качественный преобразователь напряжения, который можно использовать в блоках питания для различной аппаратуры.

Назначение выводов микросхемы (краткий обзор)

Плата блока питания на микросхеме UC3842

Для начала нужно рассмотреть назначение всех выводов микросхемы. Описание UC3842 выглядит таким образом:

  1. На первый вывод микросхемы подается напряжение, необходимое для осуществления обратной связи. Например, если понизить на нем напряжение до 1 В или ниже, на выводе 6 начнет существенно уменьшаться время импульса.
  2. Второй вывод тоже необходим для создания обратной связи. Однако, в отличие от первого, на него нужно подавать напряжение более 2,5 В, чтобы сократилась длительность импульса. Мощность при этом также снижается.
  3. Если на третий вывод подать напряжение более 1 В, то импульсы прекратят появляться на выходе микросхемы.
  4. К четвертому выводу подключается переменный резистор – с его помощью можно задать частоту импульсов. Между этим выводом и массой включается электролитический конденсатор.
  5. Пятый вывод – общий.
  6. С шестого вывода снимаются ШИМ-импульсы.
  7. Седьмой вывод предназначен для подключения питания в диапазоне 16..34 В. Встроена защита от перенапряжения. Обратите внимание на то, что при напряжении ниже 16 В микросхема работать не будет.
  8. Чтобы осуществить стабилизацию частоты импульсов, используется специальное устройство, которое подает на восьмой вывод +5 В.

Прежде чем рассматривать практические конструкции, нужно внимательно изучить описание, принцип работы и схемы включения UC3842.

Как работает микросхема

А теперь нужно рассмотреть кратко работу элемента. При появлении на восьмой ножке постоянного напряжения +5 В происходит запуск генератора OSC. На входы триггера RS и S поступает положительный импульс небольшой длины. Далее, после подачи импульса, происходит переключение триггера и на выходе появляется ноль. Как только импульс OSC начнет спадать, на прямых входах элемента напряжение окажется равным нулю. А вот на инвертирующем выходе появится логическая единица.

Эта логическая единица позволяет открыть транзистор, поэтому электрический ток начнет протекать от источника питания через цепочку коллектор-эмиттер к шестому выводу микросхемы. Отсюда видно, что на выходе будет находиться открытый импульс. И он прекратится только тогда, когда на третий вывод будет подано напряжение 1 В или выше.

Зачем нужно проверять микросхему

Импульсные трансформаторы для использования в блоках питания

Многие радиолюбители, которые занимаются проектированием и монтажом электрических схем, закупают детали оптом. И не секрет, что самые популярные места покупок – это китайские интернет-магазины. Стоимость изделий там в разы меньше, нежели на радиорынках. Но бракованных изделий там тоже немало. Поэтому нужно знать, как проверить UC3842 перед началом построения схемы. Это позволит избежать частых распаек платы.

Где используется микросхема?

Часто микросхема используется для сборки блоков питания современных мониторов. Они применяются в импульсных регуляторах напряжения, в строчной развертке телевизоров и мониторов. С ее помощью производят управление транзисторами, работающими в режиме ключа. Но выходят из строя элементы довольно часто. И самая распространенная причина – пробой полевика, которым управляет микросхема. Поэтому при самостоятельном проектировании блока питания или ремонте необходимо осуществлять диагностику элемента.

Что потребуется для диагностики неисправностей

Принципиальная схема источника питания

Нужно отметить, что применение UC3842 нашла исключительно в преобразовательной технике. И для нормальной работы блока питания необходимо убедиться в том, что элемент исправен. Вам потребуются такие приборы для проведения диагностики:

  1. Омметр и вольтметр (подойдет самый простой цифровой мультиметр).
  2. Осциллограф.
  3. Источник стабилизированного по току и напряжению питания. Рекомендуется использовать регулируемые с максимальным выходным напряжением 20..30 В.

Если у вас нет какой-либо измерительной техники, то проще всего при диагностике проверить сопротивление на выходе и смоделировать работу микросхемы при работе от внешнего источника питания.

Проверка выходного сопротивления

Один из основных способов диагностики – замер величины сопротивления на выходе. Можно сказать, что это самый точный способ определения поломок. Обратите внимание на то, что в случае пробоя силового транзистора к выходному каскаду элемента будет приложен высоковольтный импульс. По этой причине происходит выход из строя микросхемы. На выходе сопротивление окажется бесконечно большим в случае, если элемент исправен.

Внешний вид платы блока питания монитора

Замер сопротивления производится между выводами 5 (масса) и 6 (выход). Измерительный прибор (омметр) подключается без особых требований – полярность значения не имеет. Рекомендуется перед началом проведения диагностики выпаять микросхему. При пробое сопротивление будет равно нескольким Ом. В том случае, если осуществлять измерение сопротивления без выпаивания микросхемы, то цепочка затвор-исток может звониться. И не стоит забывать о том, что в схеме блоков питания на UC3842 присутствует постоянный резистор, который включается между массой и выходом. При его наличии у элемента будет иметься выходное сопротивление. Следовательно, если на выходе сопротивление очень низкое или равно 0, то микросхема неисправна.

Как смоделировать работу микросхемы

При моделировании работы нет необходимости в выпаивании микросхемы. Но обязательно нужно выключать устройство перед началом проведения работ. Проверка схемы на UC3842 заключается в том, чтобы на нее подать напряжение от внешнего источника и оценить работу. Процедура проведения работы выглядит так:

  1. Отключается блок питания от сети переменного тока.
  2. От внешнего источника стабилизированного напряжения и тока подается на седьмой контакт микросхемы напряжение больше 16 В. В этот момент должен произойти запуск микросхемы. Обратите внимание на то, что микросхема не начнет работать до тех пор, пока напряжение не окажется выше 16 В.
  3. Используя осциллограф или вольтметр, нужно произвести замер напряжения на восьмом выводе. На нем должно быть +5 В.
  4. Убедитесь в том, что напряжение на восьмом выводе стабильно. Если снизить напряжение источника питания ниже 16 В, то на восьмом выводе пропадет ток.
  5. Используя осциллограф, проведите замер напряжения на четвертом выводе. В том случае, если элемент исправен, на графике будут импульсы пилообразной формы.
  6. Измените напряжение источника питания – при этом частота и амплитуда сигнала на четвертом выводе останутся неизменными.
  7. Проверьте осциллографом, есть ли на шестой ножке прямоугольные импульсы.

Только в том случае, если все вышеописанные сигналы имеются и ведут себя так, как и нужно, можно говорить об исправности микросхемы. Но рекомендуется проверять исправность и выходных цепей – диод, резисторы, стабилитрон. При помощи этих элементов происходит формирование сигналов для осуществления токовой защиты. Они выходят из строя при пробое.

Импульсные БП на микросхеме

Для наглядности нужно рассмотреть описание работы источника питания на UC3842. Впервые она начала применяться в бытовой технике во второй половине 90-х годов. У нее явное преимущество перед всеми конкурентами – малая стоимость. Причем надежность и эффективность не уступают. Для построения полноценной схемы стабилизатора напряжения практически не требуются дополнительные компоненты. Все делается «внутренними» элементами микросхемы.

Принципиальная схема БП импульсного типа

Элемент может быть выполнен в одном из двух типов корпуса – SOIC-14 или SOIC-8. Но нередко можно встретить модификации, выполненные в корпусах DIP-8. Нужно заметить, что последние цифры (8 и 14) означают количество выводов микросхемы. Правда, различий не очень много – в случае если элемент с 14-ю выводами, просто добавляются выводы для подключения массы, питания и выходного каскада. На микросхеме строятся стабилизированные источники питания импульсного типа с ШИМ-модуляцией. Обязательно для усиления сигнала используется МОП-транзистор.

Включение микросхемы

А теперь необходимо рассмотреть описание, принцип работы и схемы включения UC3842. На блоках питания обычно не указываются параметры микросхемы, поэтому нужно обращаться к специальной литературе – даташитам. Очень часто можно встретить схемы, которые рассчитаны на питание от сети переменного тока 110-120 В. Но благодаря всего нескольким доработкам можно увеличить напряжение питания до 220 В.

Вид печатной платы блока питания

Для этого выполняются такие изменения в схеме блока питания на UC3842:

  1. Заменяется диодная сборка, которая находится на входе источника питания. Необходимо, чтобы новый диодный мост работал при обратном напряжении 400 В и больше.
  2. Заменяется электролитический конденсатор, который находится в цепи питания и служит фильтром. Устанавливается после диодного моста. Необходимо поставить аналогичный, но с рабочим напряжением 400 В и выше.
  3. Увеличивается номинальное сопротивление резисторов в цепи питания до 80 кОм.
  4. Проверить, может ли силовой транзистор работать при напряжении между стоком и истоком 600 В. Можно использовать транзисторы BUZ90.

В статье приведена схема блока питания на UC3842. Интегральная схема имеет ряд особенностей, которые обязательно нужно учитывать при проектировании и ремонте блоков питания.

Особенности работы микросхемы

Если имеется короткое замыкание в цепи вторичной обмотки, то при пробое диодов или конденсаторов начинает возрастать потеря электроэнергии в импульсном трансформаторе. Может получиться и так, что для нормального функционирования микросхемы не хватает напряжения. При работе слышно характерное «цыканье», которое исходит от импульсного трансформатора.

Плата блока питания

Рассматривая описание, принцип работы и схему включения UC3842, сложно обойти стороной особенности ремонта. Вполне возможно, что причиной поведения трансформатора является не пробой в его обмотке, а неисправность конденсатора. Происходит это в результате выхода из строя одного или нескольких диодов, которые включаются в цепь питания. Но если произошел пробой полевого транзистора, необходимо полностью менять микросхему.

схема, принцип работы, управление :: SYL.ru

Один из используемых подходов, позволяющих существенно сократить потери на нагревании силовых компонентов радиосхем, представляет собой использование переключательных режимов работы установок. При подобных системах электросиловой компонент или раскрыт - в это время на нем наблюдается фактически нулевое падение напряжения, или открыт - в это время на него подается нулевой ток. Рассеиваемую мощность можно вычислить, перемножив показатели силы тока и напряжения. В этом режиме получается достичь коэффициента полезного действия около 75-80% и более.

Что такое ШИМ?

Для получения на выходе сигнала требуемой формы силовой ключ должен открываться всего лишь на определенное время, пропорциональное вычисленным показателям выходного напряжения. В этом и заключается принцип широтно-импульсной модуляции (ШИМ, PWM). Далее сигнал такой формы, состоящий из импульсов, разнящихся по своей ширине, поступает в область фильтра на основе дросселя и конденсатора. После преобразования на выходе будет практически идеальный сигнал требуемой формы.

ШИМ-контроллер

Область применения ШИМ не ограничивается импульсными источниками питания, стабилизаторами и преобразователями напряжения. Использование данного принципа при проектировании мощного усилителя звуковой частоты дает возможность существенно снизить потребление устройством электроэнергии, приводит к миниатюризации схемы и оптимизирует систему теплоотдачи. К недостаткам можно причислить посредственное качество сигнала на выходе.

Формирование ШИМ-сигналов

Создавать ШИМ-сигналы нужной формы достаточно трудно. Тем не менее индустрия сегодня может порадовать замечательными специальными микросхемами, известными как ШИМ-контроллеры. Они недорогие и целиком решают задачу формирования широтно-импульсного сигнала. Сориентироваться в устройстве подобных контроллеров и их использовании поможет ознакомление с их типичной конструкцией.

Стандартная схема контроллера ШИМ предполагает наличие следующих выходов:

  • Общий вывод (GND). Он реализуется в виде ножки, которая подключается к общему проводу схемы питания устройства.
  • Вывод питания (VC). Отвечает за электропитание схемы. Важно не спутать его с соседом с похожим названием - выводом VCC.
  • Вывод контроля питания (VCC). Как правило, чип контроллера ШИМ принимает на себя руководство силовыми транзисторами (биполярными либо полевыми). В случае если напряжение на выходе снизится, транзисторы станут открываться лишь частично, а не целиком. Стремительно нагреваясь, они в скором времени выйдут из строя, не справившись с нагрузкой. Для того чтобы исключить такую возможность, необходимо следить за показателями напряжения питания на входе микросхемы и не допускать превышения расчетной отметки. Если напряжение на данном выводе опускается ниже установленного специально для этого контроллера, управляющее устройство отключается. Как правило, данную ножку соединяют напрямую с выводом VC.

Выходное управляющее напряжение (OUT)

Количество выводов микросхемы определяется её конструкцией и принципом работы. Не всегда удается сразу разобраться в сложных терминах, но попробуем выделить суть. Существуют микросхемы на 2-х выводах, управляющие двухтактными (двухплечевыми) каскадами (примеры: мост, полумост, 2-тактный обратный преобразователь). Существуют и аналоги ШИМ-контроллеров для управления однотактными (одноплечевыми) каскадами (примеры: прямой/обратный, повышающий/понижающий, инвертирующий).

шим контроллеры для блоков питания

Помимо этого, выходной каскад может быть по строению одно- и двухтактным. Двухтактный используется в основном для управления полевым транзистором, зависящим от напряжения. Для быстрого закрытия необходимо добиться быстрой разрядки емкостей "затвор - исток" и "затвор - сток". Для этого как раз и используется двухтактный выходной каскад контроллера, задачей которого является обеспечение замыкание выхода на общий кабель, если требуется закрыть полевой транзистор.

Для контроля над биполярным транзистором двухтактный каскад не используется, так как управление осуществляется с помощью тока, а не напряжения. Для закрытия биполярного транзистора достаточно всего лишь прекратить протекание тока через базу. При этом замыкание базы на общий провод необязательно.

Ещё о функциях контроллеров ШИМ

Задумав спроектировать контроллер ШИМ своими руками, необходимо как следует продумать все детали его реализации. Только так можно создать работающее устройство. Кроме вышеуказанных выходов, работа ШИМ-контроллера подразумевает наличие следующих функций:

  • Опорное напряжение (VREF). Фабричные изделия для удобства обычно дополняются функцией выработки стабильного опорного напряжения. Специалисты заводов-изготовителей рекомендуют соединять данный вывод с общим проводом через емкость не менее 1 мкФ для повышения качества и возможности стабилизации опорного напряжения.
Как проверить ШИМ-контроллер?
  • Ограничение тока (ILIM). Если показатели напряжения на данном выводе существенно превышают установленное (как правило, около 1 В), то контроллер автоматически закрывает силовые ключи. В случаях, когда показатель напряжения превышает второе пороговое значение (в пределах 1,5-2 В), устройство тут же обнуляет напряжение на подключении к мягкому старту.
  • Мягкий старт (SS). Показатель напряжения на данном выходе определяет максимально допустимую ширину будущих модулируемых импульсов. На данный вывод подает ток установленной величины. Если между ним и всеобщим кабелем вмонтировать дополнительную емкость, то она будет медленно, но уверенно заряжаться, что приведет к постепенному расширению каждого импульса от минимума вплоть до окончательного расчетного значения. Благодаря этому можно обеспечить плавное, а не стремительное нарастание величин тока и напряжения в общей схеме устройства, благодаря чему такая система и заслужила свое название "мягкий старт". При этом, если специально ввести ограничение по напряжению на данном выводе, допустим, подключив делитель напряжения и систему диодов, можно и вовсе ограничить превышение импульсами некоего задаваемого значения ширины.

Частота работы устройств, синхронизация

Микросхемы ШИМ-контроллеров могут применяться для различных целей. Чтобы отладить их совместную работу с другими элементами устройства, следует разобраться, как устанавливать те или иные параметры работы контроллера и какие компоненты цепи за это отвечают.

  • Резистор и емкость, задающие частоту работы всего устройства (RT, CT). Каждый контроллер может работать лишь на определенно заданной частоте. Каждый из импульсов следует лишь с этой частотой. Устройство может менять длительность импульсов, их форму и протяженность, но только не частоту. На практике это означает, что чем меньше протяженность импульса, тем длительнее пауза между ним и следующим. При этом частота следования всегда неизменна. Емкость, подключенная между ножкой CT и общим кабелем, и резистор, подключенный к выходу RT и общему кабелю, в комбинации могут задавать частоту, на которой будет работать контроллер.
Управление ШИМ-контроллером
  • Синхроимпульсы (CLOCK). Весьма распространены случаи, в которых требуется отладить работу нескольких контроллеров так, чтобы выходные сигналы формировались синхронно. Для этого к одному из контроллеров (как правило, ведущему) требуется подключить частотозадающие емкость и резистор. На выходе CLOCK контроллера сразу же появятся короткие импульсы, соответствующие напряжению, которые подаются на аналогичные выходы всей группы устройств. Их принято называть ведомыми. Выводы RT таких контроллеров следует объединить с ножками VREF, а CT - с общим кабелем.
  • Напряжение сравнения (RAMP). На этот вывод следует подавать сигнал пилообразной формы (напряжение). При возникновении синхроимпульса на выходе устройства образуется открывающее контрольное напряжение. После того как показатель напряжения на RAMP становится больше в несколько раз, чем величина выходного напряжения на усилителе ошибки, на выходе можно наблюдать импульсы, отвечающие закрывающему напряжению. Длительность импульса может рассчитывать от момента возникновения синхроимпульса вплоть до момента многократного превышения показателя напряжения на RAMP над величиной выходного напряжения усилителя ошибки.

ШИМ-контроллеры в составе блоков питания

Блок питания является неотъемлемым элементом большинства современных девайсов. Срок его эксплуатации практически ничем не ограничен, но от его исправности во многом зависит безопасность работы подконтрольного устройства. Спроектировать блок питания можно и своими руками, изучив принцип его действия. Основная цель – формирование нужной величины напряжения питания, обеспечение её стабильности. Для большинства мощных устройств гальванической развязки, основанной на действии трансформатора, будет недостаточно, да и подобранный элемент явно удивит пользователей своими габаритами.

Работа ШИМ-контроллера

Увеличение частоты тока питания позволяет существенно уменьшить размеры используемых компонентов, что обеспечивает популярность блоков питания, работающих на частотных преобразователях. Один из самых простых вариантов реализации питающих элементов – блок-схема, состоящая из прямого и обратного преобразователей, генератора и трансформатора. Несмотря на видимую простоту реализации таких схем, на практике они демонстрируют больше недочетов, чем преимуществ. Большинство получаемых показателей стремительно изменяются под влиянием скачков напряжения питания, при загрузке выхода преобразователя и даже при увеличении температуры окружающей среды. ШИМ-контроллеры для блоков питания дают возможность стабилизировать схему, а также воплотить множество дополнительных функций.

Составляющие схемы блоков питания с ШИМ-контроллерами

Типовая схема состоит из генератора импульсов, в основе которого лежит ШИМ-контроллер. Широтно-импульсная модуляция дает возможность собственноручно контролировать амплитуду сигнала на выходе ФНЧ, изменяя при необходимости длительность импульса или его скважность. Сильная сторона ШИМ – высокий КПД усилителей мощности, в особенности звука, что в целом обеспечивает устройствам довольно обширную сферу применения.

микросхемы ШИМ-контроллеров

ШИМ-контроллеры для блоков питания могут использоваться в схемах с различными мощностями. Для реализации относительно маломощных схем необязательно включать в их состав большое число элементов – в качестве ключа может выступать обычный полевой транзистор.

ШИМ-контроллеры для источников питания большой мощности могут иметь также элементы управления выходным ключом (драйверы). В качестве выходных ключей рекомендуется использовать IGBT-транзисторы.

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 узнать, как проверить ШИМ-контроллер, следует ознакомится со списком основных неисправностей приборов, а лишь позже – с вариантами их устранения.

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.

Схемы ШИМ-контроллеров

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.

В заключение

Универсальные и многофункциональные ШИМ-контроллеры сейчас можно встретить практически везде. Они служат не только в качестве неотъемлемой составляющей блоков питания большинства современных устройств - типовых компьютеров и других повседневных девайсов. На основе контроллеров разрабатываются новые технологии, позволяющие существенно сократить расход ресурсов во многих отраслях человеческой деятельности. Владельцам частных домов пригодятся контроллеры заряда аккумуляторов от фотоэлектрических батарей, основанные на принципе широтно-импульсной модуляции тока заряда.

Высокий коэффициент полезного действия делает разработку новых устройств, действие которых основывается на принципе ШИМ, весьма перспективной. Вторичные источники питания - вовсе не единственное направление деятельности.

Микросхема UC3842 (ШИМ) или изготавливаем Зарядное устройство для автомобильных аккумуляторов
Всем привет дорогие Муськовчани. Предлагаю Вашему вниманию обзор на 8DIP микросхему UC3842. Микросхема уже давно классика и даже «легендарная» классика, но до сих пор она активно используется в производстве Блоков Питания для большого числа электронных девайсов. Микросхема 3842 представляет собой ШИМ (широтно-импульсный) преобразователь, ссылку на её полное описание на русском языке, я дам в конце своего обзора. Ну и по традиции я постараюсь не только протестировать микросхему на работоспособность, но и использовать её для изготовления полезного в хозяйстве устройства — Зарядного устройства для автомобильного (и не только) аккумулятора… В общем, всем, кому интересны электронные самоделки, у кого машина не заводится с утра из-за подсевшего аккумулятора, ну и просто всем, кому интересна радиотехника — добро пожаловать под «кат»…

Предупреждение: Данный обзор может содержать синтаксические и даже орфографические ошибки (я постараюсь их исправлять), так же в обзоре будет некоторое число технических терминов, радиотехнических жаргонных слов. Я так же постараюсь в этом обзоре учесть некоторые замечания, что Вы высказывали в комментариях к моим более ранним обзорам. В общем, так сказал Юрий Гагарин свою легендарную фразу — «Поехали!!!!»…

И как всегда предыстория: После внесения в правила ПДД пункта включать в дневное время ближний свет в населенных пунктах (ПДД Казахстана), торговля автомобильными аккумуляторами пошла «в гору», поскольку автолюбители стали забывать выключать фары после парковки автомобиля. Ярким примером была моя родственница, которая посадила так уже несколько раз АКБ, и мне через весь город приходилось ездить и «прикуривать» её машину от своей. Потому было принято решение подарить ей на 8 Марта — зарядное устройство (кстати этот подарок вызвал полный восторг, вот что не хватает девушкам для полного счастья!) Можно было бы поискать «зарядку» в магазинах или заказать у китайцев… Но… Это же не наш метод!!! ©
Ранее на Али были куплены ШИМ микросхемы UC3842, той ссылки, по которой я сделал заказ уже не существует, потому я нашел на Али аналогичный товар. Микросхемы пришли за месяц, были упакованы в замечательную «пупырку», в которые китайцы заботливо упаковывают свои посылки. Что бы протестировать микросхему на работоспособность был изготовлен подлючаемый модуль микросхемы с обвязкой, который в последствии был вставлен в силовую плату Зарядного устройства. На фото модуль с ШИМ микросхемой

На модуль подавалось питание с внешнего ЛабБП, и осциллографом смотрели что дает микросхема на выходе.

Частото-задающая цепочка рассчитывалась на 60кГц, но из за разброса емкости конденсаторов реальная частота была чуть ниже, что в принципе не критично.
Вставив в контактную площадку по очереди все полученные микросхемы, я убедился, что они все работоспособные и пригодные для использования. Можно было бы конечно для большей наглядности менять плавно частоту и скважность, но у нас не «обзор для обзора», потому я этого делать не буду.
Что ж идем дальше… Я бы по привычке использовал бы корпус от АТХ компьютерного БП, но поскольку это будет подарок, пошел искать коробку для ЗУ в магазины…

Обойдя несколько магазинов был куплен вот такой симпатичный корпус для поделки

В таком корпусе не стыдно будет подарить девушке на 8 Марта подарок...))))
Ну вот мы и определились с размерами печатной платы. На форуме «Паяльника», была позаимствована схема комрада «Старичка», а так же в качестве образца была использована «печатка» комрада FOLKSDOICH, которую он мне выслал в личку. Плата была перерисована под детали, которые я выпаял в основном из радиотехнического «мусора».
Доработанная под мои задачи схема Зарядного устройства

Вкратце — это будет Обратноходовый Импульсный преобразователь на микросхеме UC3842, в качестве схемы управления будет использована широко распространенная микросхема LM358. Зарядное устройство выполнено по классической схеме, позволяет ограничить начальный ток в пределах от 500мА и до 6А, в конце зарядки ограничивается напряжение на уровне 14.4В. Потому в качестве измерительного прибора, на лицевой панеле, будет один цифровой амперметр, и один переменный резистор для установления начального зарядного тока, ну и клеммы для подключения проводов.

Расчет трансформатора под спойлером


Хочется особое внимание обратить на силовой импульсный трансформатор. По сути в обратноходовом ИИП он является накопительным дросселем. Поэтому трансформатор должен содержать зазор из немагнитного материала между половинками феррита. Размер зазора берется из расчета, и необходимо обязательно контролировать индуктивность первичной обмотки пр помощи LC метра. Индуктивность должна быть близко к расчетной.

Травим плату и впаиваем детали. Желающим повторить конструкцию даю ссылку на скачивание платы в формате .lay6
drive.google.com/file/d/0B_7BDIUy7CVzWDBfY2ktZ25xTWs/view?usp=sharing
Печатная плата на фото

Конструктивно выполнено так, что вентилятор всегда подключен и обдувает радиаторы силового транзистора и диода Шотки на выходе с силового трансформатора. Цифровой амперметр получает питание от своего миниатюрного понижающего трансформатора, где выходное напряжение выпрямляется и сглаживается при помощи конденсатора.

Включаем собранное ЗУ через лампу накаливания первый раз. Предварительно на выходе подключаем нагрузку и проверяем осциллографом, что у нас на вторичной обмотке силового импульсного трансформатора

Видим характерную картинку обратноходового ИИП. Все нормально…
В дальнейшем пришлось еще немного модифицировать ЗУ — добавлением защиты от «дурака». На выходе установлено реле от автомобильной сигнализации с диодом, которое срабатывает от напряжения от 6В при подключении Аккумуляторной батареи, и только тогда возможна зарядка. Если будут перепутаны клеммы, то реле не сработает и не подключит зарядное устройство к выходным клеммам. Это накладывает определенные ограничения, т.к невозможно заряжать АКБ имеющие на выходе меньше чем 6 Вольт, но обычно такие сильно разряженные аккумуляторы уже полутрупы, и как минимум их нужно заряжать устройствами имеющими режим десульфатации, что бы попытаться реанимировать АКБ.
Ну и еще несколько фотографий собранного зарядного устройства


Зарядка 12В аккумулятора от ИБП

Ссылка на описание микросхемы UC3842
cxema.my1.ru/publ/istochniki_pitanija/bloki_pitanija_impulsnye/opisanie_raboty_princip_dejstvija_shim_mikroskhemy_ka3842_uc3842_a_takzhe_ljuboj_drugoj_serii_384x/65-1-0-5306
Ну и в заключении мой напарник, принявший меры безопасности при включении свежесобранного ЗУ…

фото под спойлером

UPD: я вот думаю, что хорошо, что я пошел спать, а только на утро обнаружил 90 комментариев с разными советами… Иначе бы пол ночи бегал бы, с криками «все пропало», и выставлял бы напряжение отсечки на уровне 13.89В, 14,4В или 16 вольт… )))))

Схемы включения uc3843, uc3842, ka3525a, uc3845, sg3525, uc3844, uc3846

В настоящее время существует огромное количество различных микросхем, или микрочипов, которые используются в самых различных блоках питания аппаратуры. Если говорить обобщенно, интегральная микросхема представляет собой пластмассовый прямоугольник с гибкими выходами, внутри которого находится вся «умная начинка».

  • uc3843 — описание, принцип работы, схема включения
  • ka3525a — описание, принцип работы, схема включения
  • uc3845 — описание, принцип работы, схема включения
  • sg3525 — описание, принцип работы, схема включения
  • uc3844 — описание, принцип работы, схема включения
  • uc3846 — описание, принцип работы, схема включения

uc3843 — описание, принцип работы, схема включения

Микросхема uc3843 — интегральная схема (ИС), которая предназначена для построения стабилизированных импульсных источников питания с широтно-импульсной модуляцией. В промышленном производстве выпускается в корпусах типа SOIC-8(14), DIP-8.

Основным принципом работы можно назвать применение вместе с uc3843 МОП транзистора. Это объясняется тем фактом, что мощность выходного каскада uc3843 незначительная. Поскольку амплитуда выходного сигнала может достигать напряжения питания МС, в качестве ключа используют МОП-транзистор.

Схема включения uc3843 приведена на рисунке.

Схема включения uc3843 Рисунок 1. Схема включения uc3843

uc3842 — описание, принцип работы, схема включения

uc3842 является широтно-импульсным контроллером, который применяется в основном, в преобразователях постоянного напряжения. Очень часто uc3842 используют в блоках питания различной аппаратуры. Подобный элемент можно встретить в «начинке» современных телевизоров и компьютерных мониторов.

Микросхема uc3842 имеет восемь выводов, каждый из которых выполняет свое предназначение:

  • на первый подается напряжение;
  • второй нужен для создания обратной связи;
  • в случае подачи на третий вывод напряжения более 1В, на выходе МС не будет никаких импульсов;
  • четвертый — место подключение переменного резистора;
  • пятый — общий;
  • шестой служит для снятия ШИМ-импульсов;
  • седьмой необходим для подключения питания от 16 до 34В, в нем срабатывает защита от перенапряжения;
  • восьмой подключается специальное устройство, которое стабилизирует частоту импульсов.

Типовая схема включения микрочипа uc3842 представлена на рисунке 2.

Типовая схема включения uc3842 Рисунок 2. Типовая схема включения uc3842

ka3525a — описание, принцип работы, схема включения

ka3525a — это импульсные стабилизаторы напряжения от производителя Fairchild. Он позволяет обеспечить внутренний мягкий старт, контроль времени. Схема включения отображена на рисунке 3.

Схема подключения микрочипа ka3525a Рисунок 3. Схема подключения микрочипа ka3525a

uc3845 — описание, принцип работы, схема включения

uc3845 — это универсальный микрочип для однотактных преобразователей напряжения. Используется в прямо- и обратноходовых преобразователях. Работает в режиме реле и полноценного ШИМ стабилизатора напряжения с ограничениями по току. Во время перегрузки микрочип переходит в режим стабилизации тока. Чтобы обеспечить стабилизацию напряжения, необходимы дополнительные резисторы и транзистор.

Принцип работы ШИМ uc3845 основан на контроле среднего значения выходного напряжения и максимального значения тока. Если уменьшается нагрузка, выходное напряжение увеличивается. Амплитуда на токоизмерительном резисторе уменьшается, длительность импульса уменьшается до восстановления баланса между напряжением и током.

Схема включения микросхемы (8 выводов) uc3845 отображена на рисунке 4.

Схема включения микрочипа uc3845 Рисунок 4. Схема включения микрочипа uc3845

sg3525 — описание, принцип работы, схема включения

Микросхема sg3525 — широтно-импульсный модулятор в интегральном исполнении. Обеспечивает повышение производительности и уменьшение числа внешних деталей при проектировании и производстве всех видов импульсных источников питания. Имеет встроенный источник опорного напряжения +5,1В. Вход генератора обеспечивает синхронизированную работу различны устройств. sg3525 имеет встроенный плавный пуск схемы, что обеспечивается благодаря наличию внешнего конденсатора. Входные каскады микросхемы обеспечивают ток на выходе до 400 мА .

Схема подключения видна на рисунке 5.

Схема подключения ШИМ sg3525 Рисунок 5. Схема подключения ШИМ sg3525

uc3844 — описание, принцип работы, схема включения

Микросхема uc3844 широко распространена в импульсных блоках питания компьютерной и различной бытовой техники. uc3844 используется для управления полевым ключевым транзистором в схемах ИБП.

Микрочипы uc3844 разработаны специально для DC-DC преобразователей, поскольку преобразовывают постоянное напряжение одной величины в постоянное напряжение другой величины.

Если напряжение питания в норме, на выводе 8 появляется напряжение +5В, которое приводит в запуск генератор OSC.

Производством чипов uc3844 занимаются фирмы UNITRODE, ST и TEXAS INSTRUMENTS.

Схема включения отображена на рисунке 6.

Схема включения микрочипа uc3844 Рисунок 6. Схема включения микрочипа uc3844

uc3846 — описание, принцип работы, схема включения

ШИМ контроллер uc3846 имеет 16 выводов. Основные принципы работы можно обозначить тезисами:

  • если на 16 выводе напряжение ниже 0,35В, выходные импульсы на выводах 11 и 14 будут заблокированы полностью;
  • если на выводе 1 напряжение низкое (ниже 0,35В), результат будет таким же;
  • на 2 выводе напряжение должно составлять 5,1В;
  • 13 и 15 выводам соответствует напряжение питания 8-40В;
  • вывод 10 построен для внешней синхронизации в схеме;
  • 9 и 6 выводы нужны для подключения резистора и конденсатора, которые будут задавать частоту работу ШИМ;
  • выводы 3,4, а также 5,6 служат для сигналов ошибок общей схемы источника питания или преобразователя;
  • вывод 12 — общий провод;
  • вывод 7 — выход усилителя ошибки;
  • вывод 1 — ограничение предельного тока.

Основная схема включения микрочипа uc3846 представлена на рисунке 7.

Схема включения микрочипа uc3846 Рисунок 7. Схема включения микрочипа uc3846

Понравилась статья? Расскажите друзьям: Оцените статью, для нас это очень важно:

Проголосовавших: 55 чел.
Средний рейтинг: 4.3 из 5.

Что такое ШИМ: широтно-импульсная модуляция

Инверторы, преобразователи, схемы SMPS и регуляторы скорости .... 9000. Одна из общих характеристик всех этих схем состоит в том, что они состоят из множества электронных переключателей. Эти переключатели - не что иное, как силовые электронные устройства, такие как MOSFET, IGBT, TRIAC и т. Д. Для управления такими силовыми электронными переключателями мы обычно используем так называемые ШИМ-сигналы (широтно-импульсная модуляция). Помимо этого, ШИМ-сигналы также используются для управления серводвигателями, а также для других простых задач, таких как управление яркостью светодиода.

В нашей предыдущей статье мы узнали о АЦП, в то время как АЦП используется для считывания аналоговых сигналов цифровым устройством, таким как микроконтроллер. ШИМ может рассматриваться как полная противоположность этому, ШИМ используется для получения аналоговых сигналов от цифрового устройства, такого как микроконтроллер . В этой статье мы узнаем о , что такое ШИМ , ШИМ-сигналы и некоторые параметры, связанные с ним, так что мы будем уверены в их использовании в наших разработках.

Что такое ШИМ (широтно-импульсная модуляция)?

ШИМ означает широтно-импульсную модуляцию; Мы выясним причину такого имени позже.Но пока что понимаем ШИМ как тип сигнала, который может быть получен от цифровой ИС, такой как микроконтроллер или таймер 555. Полученный таким образом сигнал будет иметь последовательность импульсов, и эти импульсы будут иметь форму прямоугольной волны. То есть в любой момент времени волна будет либо высокой, либо низкой. Для простоты понимания рассмотрим сигнал ШИМ 5 В, в этом случае сигнал ШИМ будет либо 5 В (высокий), либо на уровне земли 0 В (низкий). Длительность, с которой сигналы остаются высокими, называется « по времени », а длительность, с которой сигнал остается низким, называется « по времени ».

Для сигнала ШИМ нам необходимо рассмотреть два важных параметра, связанных с ним: один - это рабочий цикл ШИМ, а другой - частота ШИМ.

Рабочий цикл ШИМ

Как говорилось ранее, сигнал ШИМ остается включенным в течение определенного времени, а затем остается выключенным в течение остальной части периода. Что делает этот ШИМ-сигнал особенным и более полезным, так это то, что мы можем установить, как долго он должен оставаться включенным, управляя рабочим циклом ШИМ-сигнала.

Процент времени, в течение которого сигнал ШИМ остается ВЫСОКИМ (по времени), называется рабочим циклом.Если сигнал всегда включен, он находится в рабочем цикле 100%, а если он всегда выключен, это рабочий цикл 0%. Формулы для расчета коэффициента заполнения приведены ниже.

  Рабочий цикл = Время включения / (Время включения + Время выключения) 
 

На следующем рисунке представлен сигнал ШИМ с коэффициентом заполнения 50%. Как вы можете видеть, учитывая весь период времени (время включения + время выключения), сигнал ШИМ остается включенным только в течение 50% периода времени.

Управляя рабочим циклом от 0% до 100%, мы можем контролировать « по времени » сигнала ШИМ и, следовательно, ширину сигнала.Поскольку мы можем модулировать ширину импульса, он получил свое символическое название « Pulse width Modulation ».

Частота ШИМ

Частота сигнала ШИМ определяет, как быстро ШИМ завершает один период. Один период - это полное время включения и выключения сигнала ШИМ, как показано на рисунке выше. Формулы для расчета частоты приведены ниже

  Частота = 1 / Период времени 
  Период времени = Время включения + Время выключения  

Обычно сигналы ШИМ, генерируемые микроконтроллером, будут иметь частоту около 500 Гц, такие высокие частоты будут использоваться в высокоскоростных переключающих устройствах, таких как инверторы или преобразователи.Но не все приложения требуют высокой частоты. Например, для управления серводвигателем нам необходимо генерировать ШИМ-сигналы с частотой 50 Гц, поэтому частота ШИМ-сигнала также контролируется программой для всех микроконтроллеров.

Некоторые часто возникающие вопросы о ШИМ

Какая разница между рабочим циклом и частотой сигнала ШИМ?

Рабочий цикл и частота сигналов ШИМ часто путаются.Как мы знаем, ШИМ-сигнал - это прямоугольная волна с определенным временем включения и выключения. Сумма этих по времени и по времени называется одним периодом времени. Инверсия одного периода времени называется частотой. Время, в течение которого сигнал ШИМ должен оставаться включенным в течение одного периода времени, определяется рабочим циклом ШИМ.

Проще говоря, насколько быстро должен включаться и выключаться сигнал ШИМ, определяет частоту сигнала ШИМ , а на той скорости, как долго должен оставаться включенный сигнал ШИМ, определяется рабочий цикл ШИМ-сигнал .

Как преобразовать сигналы ШИМ в аналоговое напряжение?

Для простых приложений, таких как управление скоростью двигателя постоянного тока или регулировка яркости светодиода, нам необходимо преобразовать сигналы ШИМ в аналоговое напряжение. Это может быть легко сделано с помощью фильтра RC и обычно используется там, где требуется функция ЦАП. Схема для того же показана ниже

Converting PWM signals into Analog

На приведенном выше графике желтый цвет - это сигнал ШИМ, а синий - выходное аналоговое напряжение.Значение резистора R1 и конденсатора C1 можно рассчитать на основе частоты сигнала ШИМ, но обычно используется резистор 5,7 кОм или 10 кОм и конденсатор 0,1 и 1 мкВ.

Как рассчитать выходное напряжение сигнала ШИМ?

Выходное напряжение сигнала ШИМ после преобразования его в аналоговый будет в процентах от рабочего цикла. Например, если рабочее напряжение составляет 5 В, то сигнал ШИМ также будет иметь 5 В при высоком уровне. В этом случае для коэффициента заполнения 100% выходное напряжение будет равно 5 В, для коэффициента заполнения 50% оно будет равно 2.5V.

  Выходное напряжение = Рабочий цикл (%) * 5  

Примеры:

Ранее мы использовали ШИМ с различными микроконтроллерами во многих наших проектах:

Далее проверьте все проекты, связанные с ШИМ, здесь.

,

Что это и как это работает?

Цифровые сигналы имеют две позиции: вкл или выкл, сокращенно обозначаются как 1 или 0. Аналоговые сигналы, с другой стороны, могут быть вкл, выкл, наполовину, две трети пути вкл и бесконечное число позиции между 0 и 1 либо приближаются к 1, либо опускаются до нуля. В электронике они обрабатываются очень по-разному, но очень часто должны работать вместе (то есть, когда мы называем это «электроникой со смешанным сигналом»). Иногда нам приходится принимать аналоговый (реальный мир) входной сигнал (например,г., температура) в микроконтроллер (который понимает только цифровой). Часто инженеры переводят этот аналоговый вход в цифровой вход для микроконтроллера (MCU) с помощью аналого-цифрового преобразователя. Но как насчет результатов?

PWM - это способ управления аналоговыми устройствами с цифровым выходом. Другой способ это сделать - вы можете вывести модулирующий сигнал с цифрового устройства, такого как MCU, для управления аналоговым устройством. Это одно из основных средств, с помощью которых микроконтроллеры управляют аналоговыми устройствами, такими как двигатели с регулируемой скоростью, регулируемые источники света, исполнительные механизмы и динамики.Однако ШИМ не является истинным аналоговым выходом. ШИМ «подделывает» аналогичный результат, применяя мощность в импульсах или коротких импульсах регулируемого напряжения.

Рисунок 1: Пример сигнала ШИМ, показанного при нескольких рабочих циклах и уровне высокого напряжения 5 Вольт. Красная линия - это среднее напряжение, которое испытывает приводное устройство (например, двигатель). (Источник: Тимоти Хирзел,

)

Примером может быть подача полного напряжения на двигатель или лампу за доли секунды или импульсное напряжение на двигателе с интервалами, которые заставляли двигатель или лампу делать то, что вы хотели.На самом деле, напряжение подается, а затем снимается много раз с интервалом, но вы получаете аналогичный ответ. Если вы когда-либо работали с вентилятором, периодически подавая питание, вы получите ответ ШИМ. Вентилятор и его двигатель не останавливаются мгновенно из-за инерции, поэтому к тому времени, когда вы снова включаете питание, он только немного замедляется.

Таким образом, вы не испытываете резкого останова питания, если двигатель приводится в движение ШИМ. Период времени, в течение которого импульс находится в данном состоянии (высокий / низкий), является «шириной» пульсовой волны.

Рисунок 2. Синие линии - это ШИМ-выход от MCU, а красная линия - среднее напряжение. В этом случае ширина импульса (и соответствующий рабочий цикл) изменяется так, что среднее напряжение больше похоже на аналоговый выход, который не находится в устойчивом состоянии, как показано на рисунке 1. (Источник: Zureks - собственная работа, CC BY- SA 3.0,)

Устройство, управляемое ШИМ, в конечном итоге ведет себя как среднее значение импульсов. Средний уровень напряжения может быть постоянным напряжением или движущейся целью (динамическая / изменяющаяся во времени).Чтобы упростить пример, давайте предположим, что ваш вентилятор с ШИМ имеет высокое напряжение 24 Вольт. Если в 50% случаев пульс увеличивается, то мы называем это 50% рабочим циклом. Термин рабочий цикл используется в другом месте в электронике, но в каждом случае рабочий цикл представляет собой сравнение «включено» и «выключено».

Возвращаясь к нашему примеру с двигателем вентилятора, если мы знаем, что высокое напряжение равно 24, а низкое равно 0 В, а рабочий цикл равен 50%, то мы можем определить среднее напряжение, умножив рабочий цикл на высокий уровень импульса.Если вы хотите, чтобы двигатель работал быстрее, вы можете повысить выходную мощность ШИМ. Чем выше частота сильных импульсов, тем выше среднее напряжение и тем быстрее будет вращаться двигатель вентилятора. Если вы производите свой собственный ШИМ-выход, подключая вентилятор к розетке с равными интервалами 1 секунда в розетке, 1 секунда, то вы действуете как цифровой выход, который приводит вентилятор в устойчивое среднее значение 12 В ,

Аналогия проявляется, когда вы увеличиваете частоту включения и выключения розетки, так что она у вас есть только в розетке ½ секунды и из розетки равной ½ секунды.На этом этапе ваш рабочий цикл все еще составляет 50%, но вы увеличили количество циклов в секунду до двух. В электронике мы определяем частоту как циклы в секунду, или герц (Гц.). Вы увеличили скорость вращения вентилятора. Эта половина секунды - это ширина импульса, который вы делаете.

Возможно, вы уже поняли, что ШИМ, рабочий цикл и частота взаимосвязаны. Мы используем рабочий цикл и частоту для описания ШИМ, и мы часто говорим о частоте относительно скорости. Например, приводной двигатель переменной частоты производит отклик, аналогичный аналоговому устройству в реальном мире.Отдельные импульсы, которые получает двигатель VFD, не различимы для нас; насколько мы можем видеть, импульсы настолько быстрые (обычно где-то в миллисекундах), что по стандартам реального мира это просто похоже на ускорение двигателя.

Если вы возьмете рабочий цикл и умножите его на уровень высокого напряжения (который является цифровым состоянием «включено» или «1» для MCU), вы получите средний уровень напряжения, который видит двигатель в тот момент.

Рабочий цикл x Уровень высокого напряжения = Среднее напряжение

Теперь вставьте туда слово «мгновенный», и вы поймете, что все динамически меняется… что выглядит более аналогично (см. Рисунок 2):

Мгновенный рабочий цикл x Уровень высокого напряжения = Мгновенное среднее напряжение

Рабочий цикл может измениться, чтобы повлиять на среднее напряжение, которое испытывает двигатель.Частота циклов может увеличиться. Пульс может быть даже увеличен в длине. Все это также может происходить вместе, но в целом легче представить себе увеличение рабочего цикла с увеличением частоты или для увеличения скорости двигателя. (Ширина импульса напрямую связана с рабочим циклом, поэтому, если вы решили увеличить ширину импульса, вы просто изменяете рабочий цикл.)

Единственное, что не изменилось во всем этом, это уровень высокого напряжения, потому что «вкл» всегда одинаково для цифрового выхода; просто включив и выключив выходной сигнал на разных скоростях и в течение разных промежутков времени, вы получаете широтно-импульсную модуляцию для подделки аналогового выхода.Микроконтроллеры цифровые. Примером чего-то, что может создать настоящий аналоговый выход, может быть преобразователь (то, что напрямую переводит физическое явление в аналоговый сигнал). Но преобразователи являются еще одним аналогом обсуждения.

,
интегральная схема | Типы, использование и функции

Интегральная схема (IC) , также называемая , микроэлектронная схема , , микросхема или , микросхема , сборка электронных компонентов, изготовленных как единое целое, в которой миниатюрные активные устройства (например, транзисторы и диоды) и пассивные устройства (например, конденсаторы и резисторы) и их взаимосвязи построены на тонкой подложке из полупроводникового материала (обычно кремния).Таким образом, получающаяся схема представляет собой небольшую монолитную «микросхему», которая может быть размером от нескольких квадратных сантиметров до нескольких квадратных миллиметров. Отдельные компоненты схемы, как правило, имеют микроскопические размеры.

Интегральная схема Типичная интегральная схема, показанная на ногтях. Charles Falco / Исследователи фотографии

Британика Викторина

Гаджеты и технологии: факты или вымысел?

Голограммы часто встречаются на кредитных картах.

Интегральные схемы возникли в результате изобретения транзистора в 1947 году Уильямом Б. Шокли и его командой в Bell Laboratories американской телефонной и телеграфной компании. Команда Шокли (включая Джона Бардина и Уолтера Х. Браттена) обнаружила, что при правильных обстоятельствах электроны образуют барьер на поверхности определенных кристаллов, и они научились управлять потоком электричества через кристалл, манипулируя этим барьером.Управление потоком электронов через кристалл позволило команде создать устройство, которое могло бы выполнять определенные электрические операции, такие как усиление сигнала, которые ранее выполнялись вакуумными трубками. Они назвали это устройство транзистором, из комбинации слов и передачи и резистором . Изучение методов создания электронных устройств с использованием твердых материалов стало известно как полупроводниковая электроника. Твердотельные устройства оказались намного прочнее, с ними легче работать, они более надежны, намного меньше и дешевле, чем вакуумные трубки.Используя те же принципы и материалы, инженеры вскоре научились создавать другие электрические компоненты, такие как резисторы и конденсаторы. Теперь, когда электрические устройства можно было сделать такими маленькими, самой большой частью цепи была неловкая проводка между устройствами.

транзистор Первый транзистор, изобретенный американскими физиками Джоном Бардином, Уолтером Х. Браттейном и Уильямом Б. Шокли. © Windell Oskay, www.evilmadscientist.com (CC BY 2.0)

В 1958 году Джек Килби из Texas Instruments, Inc.и Роберт Нойс из Fairchild Semiconductor Corporation независимо друг от друга придумали способ дальнейшего уменьшения размера схемы. Они проложили очень тонкие металлические дорожки (обычно алюминий или медь) прямо на том же куске материала, что и их устройства. Эти маленькие дорожки действовали как провода. С помощью этого метода вся схема может быть «интегрирована» на одном куске твердого материала, и таким образом будет создана интегральная схема (ИС). Микросхемы могут содержать сотни тысяч отдельных транзисторов на одном куске материала размером с горошину.Работать с таким количеством вакуумных трубок было бы нереально неудобно и дорого. Изобретение интегральной схемы сделало технологии информационного века осуществимыми. Микросхемы в настоящее время широко используются во всех сферах жизни, от автомобилей до тостеров, до аттракционов в парке развлечений.

Основные типы микросхем

Аналоговые или линейные схемы обычно используют только несколько компонентов и поэтому являются одними из самых простых типов микросхем. Как правило, аналоговые схемы подключаются к устройствам, которые собирают сигналы из окружающей среды или отправляют сигналы обратно в окружающую среду.Например, микрофон преобразует флуктуирующие вокальные звуки в электрический сигнал переменного напряжения. Затем аналоговая схема модифицирует сигнал некоторым полезным способом, таким как усиление или фильтрация нежелательного шума. Такой сигнал затем может быть подан обратно в громкоговоритель, который будет воспроизводить тоны, изначально улавливаемые микрофоном. Другое типичное использование аналоговой схемы - это управление некоторым устройством в ответ на постоянные изменения в окружающей среде. Например, датчик температуры посылает переменный сигнал на термостат, который можно запрограммировать на включение и выключение кондиционера, обогревателя или духовки, как только сигнал достигнет определенного значения.

Получите эксклюзивный доступ к контенту из нашего первого издания 1768 года с вашей подпиской. Подпишитесь сегодня

Цифровая схема, с другой стороны, предназначена для приема только напряжений определенных заданных значений. Схема, которая использует только два состояния, известна как двоичная схема. Схема схемы с двоичными величинами, «вкл» и «выкл», представляющими 1 и 0 (т. Е. Истина и ложь), использует логику булевой алгебры. (Арифметика также выполняется в двоичной системе счисления с использованием булевой алгебры.) Эти основные элементы объединены в конструкции ИС для цифровых компьютеров и связанных с ними устройств для выполнения желаемых функций.

Логическая схема Различные комбинации логических схем. Энциклопедия Британника, Инк. ,

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о