Thuis-Hoe een bestand te openen-Beschrijving van de werking van de PWM-controller. Aanbevelingen voor het kiezen van een voeding

Beschrijving van de werking van de PWM-controller. Aanbevelingen voor het kiezen van een voeding

:: Hulp

PWM (PWM)-controller - werkingsprincipe

Een typische pulsbreedtemodulatiecontroller-IC heeft de volgende pinnen.

Gemeenschappelijke pin (GND). Er valt hier niets te zeggen. Dit is een poot die wordt aangesloten op de gemeenschappelijke draad van het voedingscircuit van de controller.

Helaas worden er periodiek fouten gevonden in artikelen; ze worden gecorrigeerd, artikelen aangevuld, ontwikkeld en er worden nieuwe voorbereid. Abonneer u op het nieuws om op de hoogte te blijven.

Als er iets onduidelijk is, vraag het gerust!
Stel een vraag. Bespreking van het artikel. berichten.

Wat is de minimaal mogelijke pulslengte bij PWM-controllers (minimale duty-cycle)? In de praktijk blijkt dat bijvoorbeeld sg3525 begint met een minimale breedte van ongeveer 1 microseconde. Is er een methode om deze parameter te berekenen? Dit is van groot belang bij de ontwikkeling van schakelende voedingen met spanningsregeling vanaf nul volt.
Werkingsprincipe, montage en afstelling van de omvormer eenfasige spanning op drie...


Herziening van transformatorloze voedingscircuits...

Voorwaartse single-ended schakelspanningsomvormer, bron...
Hoe een voorwaartse pulsomzetter te ontwerpen In welke situaties...


Werkingsprincipe eigen productie en het opzetten van een gepulseerde stroomtransmissie...


Pulsbreedtemodulatie (PWM) is een signaalconversiemethode waarbij de pulsduur (dutyfactor) verandert, maar de frequentie constant blijft. In de Engelse terminologie wordt dit PWM (pulsbreedtemodulatie) genoemd. In dit artikel gaan we uitgebreid in op wat PWM is, waar het wordt gebruikt en hoe het werkt.

Toepassingsgebied

Met de ontwikkeling van microcontrollertechnologie zijn er nieuwe mogelijkheden ontstaan ​​voor PWM. Dit principe werd de basis voor elektronische apparaten, waarbij zowel aanpassing van de uitvoerparameters vereist is als deze op een bepaald niveau wordt gehouden. De pulsbreedtemodulatiemethode wordt gebruikt om de helderheid van het licht, de rotatiesnelheid van motoren te veranderen, en om de vermogenstransistor van pulsvoedingen (PSU's) te besturen.

Pulsbreedte (PW) modulatie wordt actief gebruikt bij de constructie van LED-helderheidsregelsystemen. Door de lage traagheid heeft de LED de tijd om te schakelen (knipperen en uitgaan) op een frequentie van enkele tientallen kHz. Zijn werk binnen pulsmodus door het menselijk oog waargenomen als een constante gloed. De helderheid is op zijn beurt afhankelijk van de duur van de puls (open toestand van de LED) gedurende één periode. Als de pulstijd gelijk is aan de pauzetijd, dat wil zeggen de inschakelduur 50%, dan zal de helderheid van de LED de helft van de nominale waarde zijn. Met popularisering LED-lampen bij 220V rees de vraag over het vergroten van de betrouwbaarheid van hun werking met een onstabiele ingangsspanning. De oplossing werd gevonden in de vorm van een universele microschakeling: een krachtige driver die werkt volgens het principe van pulsbreedte- of pulsfrequentiemodulatie. Een schakeling gebaseerd op een van deze stuurprogramma's wordt in detail beschreven.

De netspanning die aan de ingang van de driverchip wordt geleverd, wordt voortdurend vergeleken met de referentiespanning in het circuit, waardoor aan de uitgang een PWM (PWM) -signaal wordt gegenereerd, waarvan de parameters worden ingesteld door externe weerstanden. Sommige microschakelingen hebben een pin voor het voeden van analoge of digitaal signaal beheer. De werking van de pulsdriver kan dus worden bestuurd met behulp van een andere PHI-omzetter. Interessant is dat de LED geen hoogfrequente pulsen ontvangt, maar een stroom die wordt afgevlakt door de inductor. verplicht onderdeel soortgelijke schema's.

Het grootschalige gebruik van PWM is in alles terug te zien LCD-panelen met LED-achtergrondverlichting. Helaas, binnen LED-monitoren meest PHI-converters werken op frequenties van honderden Hertz, wat het zicht van pc-gebruikers negatief beïnvloedt.

De Arduino-microcontroller kan ook in de PWM-controllermodus werken. Roep hiervoor de functie AnalogWrite() aan, waarbij tussen haakjes de waarde van 0 tot 255 wordt aangegeven. Nul komt overeen met 0V en 255 met 5V. Tussenliggende waarden worden proportioneel berekend.

De wijdverspreide verspreiding van apparaten die werken volgens het PWM-principe heeft de mensheid in staat gesteld afstand te nemen van lineaire transformatorvoedingen. Het resultaat is een toename van de efficiëntie en een meervoudige vermindering van het gewicht en de omvang van voedingen.

Een PWM-controller is een integraal onderdeel van een moderne schakelende voeding. Het regelt de werking van de vermogenstransistor die zich in de behuizing bevindt primair circuit pulstransformator. Vanwege de aanwezigheid van een ketting feedback De spanning aan de uitgang van de voeding blijft altijd stabiel. De kleinste afwijking De uitgangsspanning wordt vastgelegd door middel van feedback door een microschakeling, die onmiddellijk de duty-cycle van de stuurpulsen corrigeert. Bovendien lost een moderne PWM-controller een aantal problemen op extra taken, waardoor de betrouwbaarheid van de stroombron wordt vergroot:

  • biedt een zachte startmodus voor de converter;
  • beperkt de amplitude en werkcyclus van stuurpulsen;
  • regelt het ingangsspanningsniveau;
  • beschermt tegen kortsluiting en te hoge temperatuur van de aan/uit-schakelaar;
  • schakelt het apparaat indien nodig in de stand-bymodus.

Werkingsprincipe van een PWM-controller

De taak van de PWM-controller is om de aan/uit-schakelaar te besturen door de stuurpulsen te wijzigen. Bij werking in de schakelmodus bevindt de transistor zich in een van twee toestanden (volledig open, volledig gesloten). IN gesloten staat de stroom door de pn-overgang is niet groter dan enkele μA, wat betekent dat de vermogensdissipatie naar nul neigt. In de open staat, ondanks hoge stroom, de weerstand van de pn-overgang is buitensporig laag, wat ook tot onbeduidende thermische verliezen leidt. Nai meer warmte komt vrij op het moment van de overgang van de ene toestand naar de andere. Maar vanwege de korte overgangstijd in vergelijking met de modulatiefrequentie zijn de vermogensverliezen tijdens het schakelen onbeduidend.

Pulsbreedtemodulatie is verdeeld in twee typen: analoog en digitaal. Elk type heeft zijn eigen voordelen en kan op verschillende manieren worden geïmplementeerd in het circuitontwerp.

Analoge PWM

Het werkingsprincipe van een analoge PWM-modulator is gebaseerd op het vergelijken van twee signalen waarvan de frequenties verschillende ordes van grootte verschillen. Het vergelijkingselement is operationele versterker(comparator). Aan een van de ingangen wordt een zaagtandspanning met een hoge constante frequentie geleverd, en aan de andere ingang een laagfrequente modulerende spanning met variabele amplitude. De comparator vergelijkt beide waarden en genereert rechthoekige pulsen aan de uitgang, waarvan de duur wordt bepaald door de huidige waarde van het modulerende signaal. In dit geval is de PWM-frequentie gelijk aan de frequentie van het zaagtandsignaal.

Digitale PWM

Pulsbreedtemodulatie bij digitale interpretatie is een van de vele functies van een microcontroller (MCU). Omdat de MK uitsluitend met digitale gegevens werkt, kan hij een hoog (100%) of laag (0%) spanningsniveau aan zijn uitgangen genereren. Om de belasting effectief te kunnen regelen, moet in de meeste gevallen echter de spanning aan de MC-uitgang worden gewijzigd. Bijvoorbeeld het aanpassen van het motortoerental, het veranderen van de helderheid van de LED. Wat moet ik doen om een ​​spanningswaarde in het bereik van 0 tot 100% aan de uitgang van de microcontroller te krijgen?

Het probleem wordt opgelost door gebruik te maken van de pulsbreedtemodulatiemethode en door gebruik te maken van het fenomeen van oversampling, wanneer de gespecificeerde schakelfrequentie meerdere malen hoger is dan de respons van het bestuurde apparaat. Door de duty-cycle van de pulsen te veranderen, verandert de gemiddelde waarde van de uitgangsspanning. In de regel vindt het hele proces plaats met een frequentie van tientallen tot honderden kHz, wat een soepele aanpassing mogelijk maakt. Technisch gezien wordt dit geïmplementeerd met behulp van een PWM-controller - een gespecialiseerde microschakeling die het 'hart' van iedereen is digitaal systeem beheer. Actief gebruik Op PWM gebaseerde controllers zijn te danken aan hun onmiskenbare voordelen:

  • hoge signaalconversie-efficiëntie;
  • stabiliteit van het werk;
  • het besparen van energie die door de belasting wordt verbruikt;
  • lage kosten;
  • hoge betrouwbaarheid van het hele apparaat.

U kunt op twee manieren een PWM-signaal op de pinnen van de microcontroller ontvangen: hardware en software. Elke MK heeft een ingebouwde timer die op bepaalde pinnen PWM-pulsen kan genereren. Dit is hoe hardware-implementatie wordt bereikt. Een PWM-signaal ontvangen met behulp van programma commando's heeft meer mogelijkheden qua resolutie en stelt je in staat een groter aantal pinnen te gebruiken. Echter programmatische methode leidt tot hoge belasting MK neemt veel geheugen in beslag.

Het is opmerkelijk dat bij digitale PWM het aantal pulsen per periode verschillend kan zijn, en dat de pulsen zelf zich in elk deel van de periode kunnen bevinden. Het uitgangssignaalniveau wordt bepaald door de totale duur van alle pulsen per periode. Het moet duidelijk zijn dat elke extra puls een overgang is van de vermogenstransistor van een open toestand naar een gesloten toestand, wat leidt tot een toename van de verliezen tijdens het schakelen.

Voorbeeld van het gebruik van een PWM-regelaar

Een van de opties voor het implementeren van PWM eenvoudige regelaar al eerder beschreven in . Het is gebouwd op een microschakeling en heeft een klein harnas. Maar ondanks de eenvoud van het circuit heeft de regelaar een vrij breed scala aan toepassingen: LED-helderheidsregelcircuits, LED-strips, aanpassing van de rotatiesnelheid van DC-motoren.

Lees ook

Voorheen gebruikten ze om apparaten van stroom te voorzien een circuit met een step-down (of step-up of multi-winding) transformator, een diodebrug en een filter om rimpelingen glad te strijken. Voor stabilisatie werden lineaire circuits gebruikt die gebruik maakten van parametrische of geïntegreerde stabilisatoren. Het grootste nadeel was het lage rendement en het grote gewicht en de grote afmetingen van krachtige voedingen.

In alles modern huishoudelijke elektrische apparaten Er worden schakelende voedingen gebruikt (UPS, IPS - hetzelfde). De meeste van deze voedingen gebruiken een PWM-controller als belangrijkste bedieningselement. In dit artikel zullen we kijken naar de structuur en het doel ervan.

Definitie en belangrijkste voordelen

Een PWM-controller is een apparaat dat een aantal circuitoplossingen bevat voor het aansturen van stroomschakelaars. In dit geval vindt de besturing plaats op basis van informatie die wordt ontvangen via feedbackcircuits voor stroom of spanning - dit is nodig om de uitgangsparameters te stabiliseren.

Soms worden PWM-pulsgeneratoren PWM-controllers genoemd, maar ze hebben niet de mogelijkheid om feedbackcircuits aan te sluiten en zijn meer geschikt voor spanningsregelaars dan voor het leveren van stabiele stroom aan apparaten. In de literatuur en op internetportals kun je echter vaak namen vinden als "PWM-controller, op NE555" of "... op Arduino" - dit is om de bovenstaande redenen niet helemaal waar, ze kunnen alleen worden gebruikt om uitgangsparameters te regelen, maar niet om ze te stabiliseren.

De afkorting "PWM" staat voor pulsbreedtemodulatie - dit is een van de methoden om een ​​signaal te moduleren, niet vanwege de uitgangsspanning, maar juist door de pulsbreedte te veranderen.

Hierdoor wordt een gesimuleerd signaal gevormd door het integreren van pulsen met behulp van C- of LC-circuits, oftewel door afvlakking.

Conclusie: Een PWM-controller is een apparaat dat een PWM-signaal aanstuurt.

Belangrijkste kenmerken

Voor een PWM-signaal kunnen twee hoofdkenmerken worden onderscheiden: 1. Pulsfrequentie - het hangt hiervan af werkfrequentie

omvormer Typische frequenties liggen boven de 20 kHz, in feite 40-100 kHz.

2. Inschakelduur en inschakelduur. Dit zijn twee aangrenzende grootheden die hetzelfde karakteriseren. De duty-cycle kan worden aangegeven met de letter S, en de duty-cycle met D.

waarbij T de signaalperiode is,

Het tijdsgedeelte vanaf de periode waarin een stuursignaal wordt gegenereerd aan de controlleruitgang is altijd kleiner dan 1. De duty-cycle is altijd groter dan 1. Bij een frequentie van 100 kHz is de signaalperiode 10 μs en is de schakelaar open gedurende 2,5 μs, dan is de inschakelduur 0,25, als percentage - 25%, en de inschakelduur is 4.

Het is ook belangrijk om rekening te houden met het interne ontwerp en het doel van het aantal beheerde sleutels.

Verschillen met lineaire verliesregelingen Zoals reeds vermeld is het voordeel voorbij lineaire circuits

Laten we zeggen dat de afgevlakte spanning na de diodebrug 15V is, en de belastingsstroom 1A. Je hebt een gestabiliseerde 12V-voeding nodig. In feite is een lineaire stabilisator een weerstand waarvan de waarde verandert afhankelijk van de waarde van de ingangsspanning om een ​​nominaal uitgangsvermogen te verkrijgen - met kleine afwijkingen (fracties van volt) wanneer de ingang verandert (eenheden en tientallen volts).

Op weerstanden, zoals bekend, wanneer ze er doorheen stromen elektrische stroom valt op thermische energie. Hetzelfde proces vindt plaats bij lineaire stabilisatoren. Het toegewezen vermogen is gelijk aan:

Ploss=(Uin-Uuit)*I

Omdat in het beschouwde voorbeeld de belastingsstroom 1A is, de ingangsspanning 15V en de uitgangsspanning 12V, zullen we de verliezen en efficiëntie van de lineaire stabilisator (KRENK of type L7812) berekenen:

Ploss=(15V-12V)*1A = 3V*1A = 3W

Dan is het rendement gelijk aan:

n=Puseful/Pconsumed

n=((12V*1A)/(15V*1A))*100%=(12W/15W)*100%=80%

Het belangrijkste kenmerk van PWM is dat het vermogenselement, laat het een MOSFET zijn, volledig open of volledig gesloten is en er geen stroom doorheen vloeit. Daarom zijn efficiëntieverliezen alleen te wijten aan geleidbaarheidsverliezen

En schakelverliezen. Dit is een onderwerp voor een apart artikel, dus we zullen hier niet verder op ingaan. Ook treden er voedingsverliezen op (invoer en uitvoer, als de voeding via het netwerk wordt gevoed), evenals op geleiders, passieve filterelementen, enz.

Algemene structuur

Laten we eens overwegen algemene structuur abstracte PWM-controller. Ik heb het woord ‘abstract’ gebruikt omdat ze over het algemeen allemaal op elkaar lijken, maar hun functionaliteit kan binnen bepaalde grenzen nog steeds verschillen, en de structuur en conclusies zullen dienovereenkomstig verschillen.

Binnenin de PWM-controller bevindt zich, net als bij elke andere IC, een halfgeleiderkristal waarop de complexe schakeling. De controller bevat de volgende functionele eenheden:

1. Pulsgenerator.

2. Referentiespanningsbron. (ION)

3. Circuits voor het verwerken van het feedbacksignaal (OS): foutversterker, comparator.

4. Bedieningselementen pulsgenerator ingebouwde transistoren, die zijn ontworpen om een ​​aan/uit-toets of -toetsen te bedienen.

Het aantal stroomschakelaars dat een PWM-controller kan besturen, hangt af van het doel ervan. De eenvoudigste flyback-converters in hun circuit bevatten 1 aan / uit-schakelaar, halve brugcircuits (push-pull) - 2 schakelaars, brugcircuits - 4.

De keuze voor de PWM-controller is ook afhankelijk van het type sleutel. Voor beheer bipolaire transistor de belangrijkste vereiste is dat de uitgangsstuurstroom van de PWM-controller niet lager mag zijn dan de transistorstroom gedeeld door H21e, zodat deze eenvoudigweg kan worden in- en uitgeschakeld door pulsen naar de basis te sturen. In dit geval zullen de meeste controllers het doen.

In het geval van management zijn er bepaalde nuances. Voor snelle afsluiting je moet de poortcapaciteit ontladen. Om dit te doen, bestaat het poortuitgangscircuit uit twee schakelaars - een ervan is verbonden met een stroombron IC-uitgang en bestuurt de poort (schakelt de transistor in), en de tweede wordt geïnstalleerd tussen de uitgang en aarde, wanneer je de vermogenstransistor moet uitschakelen - de eerste sleutel sluit, de tweede gaat open, sluit de poort naar aarde en ontlaadt deze.

Interessant:

Sommige PWM-controllers voor voedingen met laag vermogen (tot 50 W) maken geen gebruik van ingebouwde of externe stroomschakelaars. Voorbeeld - 5l0830R

Algemeen gesproken kan een PWM-controller worden weergegeven als een comparator, waarvan één ingang wordt voorzien van een signaal van het feedbackcircuit (FC), en een zaagtandwisselsignaal wordt geleverd aan de tweede ingang. Wanneer het zaagtandsignaal het OS-signaal in omvang bereikt of overschrijdt, verschijnt er een puls aan de uitgang van de comparator.

Wanneer de signalen aan de ingangen veranderen, verandert de pulsbreedte. Laten we zeggen dat u een krachtige consument op de voeding hebt aangesloten en de spanning aan de uitgang daalt, dan zal de OS-spanning ook dalen. Vervolgens zal het zaagtandsignaal gedurende het grootste deel van de periode het feedbacksignaal overschrijden en zal de pulsbreedte toenemen. Al het bovenstaande komt tot op zekere hoogte terug in de grafieken.

Functioneel diagram van een PWM-controller met de TL494 als voorbeeld; we zullen er later meer in detail naar kijken. Het doel van de pinnen en individuele knooppunten wordt beschreven in de volgende subkop.

Pintoewijzing

PWM-controllers zijn verkrijgbaar in verschillende pakketten. Ze kunnen drie tot zestien of meer conclusies hebben. Dienovereenkomstig hangt de flexibiliteit van het gebruik van de controller af van het aantal pinnen, of beter gezegd hun doel. Een populaire microschakeling heeft bijvoorbeeld meestal 8 pinnen, en een nog iconischer exemplaar TL494- 16 of 24.

Laten we daarom eens kijken naar typische pinnamen en hun doel:

    GND- de gemeenschappelijke klem is verbonden met de min van het circuit of met aarde.

    Uc(Vc)- voeding van de microschakeling.

    Ucc (Vss, Vcc)- Uitgang voor vermogensregeling. Als de stroom uitvalt, bestaat de mogelijkheid dat de aan / uit-schakelaars niet volledig worden geopend, waardoor ze opwarmen en doorbranden. De uitgang is nodig om de controller in een dergelijke situatie uit te schakelen.

    UIT- zoals de naam al doet vermoeden, is dit de uitvoer van de controller. Hier wordt het besturings-PWM-signaal voor vermogensschakelaars uitgevoerd. We hebben hierboven vermeld dat converters met verschillende topologieën een verschillend aantal sleutels hebben. Afhankelijk hiervan kan de naam van de pin verschillen. Bij halfbrugcontrollers kan dit bijvoorbeeld HO en LO worden genoemd voor respectievelijk de hoge en lage schakelaars. In dit geval kan de uitgang single-ended of push-pull zijn (met één schakelaar en twee) - om veldeffecttransistors te besturen (zie uitleg hierboven). Maar de controller zelf kan voor single-cycle- en push-pull-circuits zijn - met respectievelijk één en twee uitgangspinnen. Dit is belangrijk.

    Vref- referentiespanning, meestal verbonden met aarde via een kleine condensator (eenheden van microfarads).

    ILIM- signaal van de stroomsensor. Nodig om de uitgangsstroom te beperken. Wordt aangesloten op feedbackcircuits.

    ILIMREF- hierop wordt de activeringsspanning van de ILIM-poot ingesteld

    SS- er wordt een signaal gegenereerd zacht begin controleur. Ontworpen voor een soepele overgang naar de nominale modus. Tussen de draad en de gemeenschappelijke draad is een condensator geïnstalleerd om een ​​soepele start te garanderen.

    RtCt- aansluitingen voor het aansluiten van een RC-timingcircuit, dat de frequentie van het PWM-signaal bepaalt.

    KLOK- klokpulsen om verschillende PWM-controllers met elkaar te synchroniseren, dan is het RC-circuit alleen verbonden met de mastercontroller, en de RT-slaves met Vref, de CT-slaves zijn verbonden met de gemeenschappelijke.

    HELLING is de vergelijkingsinvoer. Er wordt een zaagtandspanning op toegepast, bijvoorbeeld vanaf de Ct-pin. Wanneer deze de spanningswaarde aan de foutversterkingsuitgang overschrijdt, verschijnt er een uitschakelpuls op OUT - de basis voor PWM-regeling.

    INV en NONINV- dit zijn de inverterende en niet-inverterende ingangen van de comparator waarop de foutversterker is gebouwd. In eenvoudige woorden: hoe hoger de spanning op INV, hoe langer de uitgangspulsen en omgekeerd. Het signaal van de spanningsdeler in het feedbackcircuit van de uitgang is hierop aangesloten. Vervolgens wordt de niet-inverterende ingang NONINV verbonden met de gemeenschappelijke draad - GND.

    EAOUT of fout versterkeruitgang Rus. Fout versterkeruitgang. Ondanks het feit dat er foutversterkeringangen zijn en met hun hulp kun je in principe de uitgangsparameters aanpassen, maar de controller reageert hier nogal traag op. Als gevolg van een trage reactie kan het circuit opgewonden raken en uitvallen. Daarom worden vanaf deze pin signalen via frequentieafhankelijke circuits aan de INV geleverd. Dit wordt ook wel fgenoemd.

Voorbeelden van echte apparaten

Laten we, om de informatie te consolideren, eens kijken naar een paar voorbeelden van typische PWM-controllers en hun verbindingscircuits. We zullen dit doen aan de hand van het voorbeeld van twee microcircuits:

    TL494 (zijn analogen: KA7500B, KR1114EU4, Sharp IR3M02, UA494, Fujitsu MB3759);

Ze worden actief gebruikt. Deze voedingen hebben overigens een behoorlijk vermogen (100 W of meer op de 12V-bus). Vaak gebruikt als donor voor renovatie laboratorium blok voeding of universeel krachtig oplader, bijvoorbeeld voor autoaccu's.

TL494 - recensie

Laten we beginnen met de 494e chip. Zijn technische kenmerken:

Hierin specifiek voorbeeld je kunt de meeste van de hierboven beschreven conclusies zien:

1. Niet-inverterende ingang van de eerste foutvergelijker

2. Inverterende ingang van de eerste foutvergelijker

3. Feedbackinvoer

4. Ingang voor aanpassing dode tijd

5. Aansluiting voor het aansluiten van een externe timingcondensator

6. Uitgang voor het aansluiten van een tijdweerstand

7. Gemeenschappelijke pin van de microschakeling, minus voeding

8. Collectoraansluiting van de eerste uitgangstransistor

9. Emitteraansluiting van de eerste uitgangstransistor

10. Emitteraansluiting van de tweede uitgangstransistor

11. Collectoraansluiting van de tweede uitgangstransistor

12. Voedingsspanningsingang

13. Ingang voor het selecteren van de werkingsmodus van de microschakeling met één cyclus of push-pull

14. Ingebouwde 5 volt referentie-uitgang

15. Inverterende ingang van de tweede foutvergelijker

16. Niet-inverterende ingang van de tweede foutvergelijker

Op de onderstaande afbeelding ziet u een voorbeeld computereenheid voeding op deze chip.

UC3843 - recensie

Een andere populaire PWM is de 3843-chip - er zijn ook computers en andere voedingen op gebouwd. De pinout bevindt zich lager, zoals je kunt zien, hij heeft slechts 8 pinnen, maar hij vervult dezelfde functies als de vorige IC.

Interessant:

Er zijn UC3843 in een koffer met 14 poten, maar ze komen veel minder vaak voor. Let op de markeringen - aanvullende conclusies gedupliceerd of niet gebruikt (NC).

Laten we het doel van de conclusies ontcijferen:

1. Comparator (foutversterker) ingang.

2. Feedbackspanningsingang. Deze spanning wordt vergeleken met de referentiespanning in het IC.

3. Stroomsensor. Het is verbonden met een weerstand die zich tussen de vermogenstransistor en de gemeenschappelijke draad bevindt. Nodig voor bescherming tegen overbelasting.

4. Timing RC-circuit. Met zijn hulp wordt de werkfrequentie van het IC ingesteld.

6. Afsluiten. Stuurspanning. Verbonden met de poort van de transistor, is hier een push-pull-uitgangstrap om een ​​single-ended converter (één transistor) te besturen, zoals te zien is in de onderstaande afbeelding.

Buck-, Boost- en Buck-Boost-types.

Misschien wel een van de meest succesvolle voorbeelden er zal een gemeenschappelijke LM2596-microschakeling zijn, op basis waarvan je veel converters op de markt kunt vinden, zoals hieronder weergegeven.

Zo'n microschakeling bevat al het bovenstaande technische oplossingen, en in plaats van een eindtrap op schakelaars met laag vermogen, heeft het ook een ingebouwde aan / uit-schakelaar die stroom tot 3A kan weerstaan. De interne structuur van een dergelijke converter wordt hieronder weergegeven.

In wezen kunt u er zeker van zijn bijzondere verschillen van degenen die erin worden overwogen, nee.

Maar hier is een voorbeeld van zo'n controller, zoals je kunt zien, er is geen aan / uit-schakelaar, maar alleen een 5L0380R-microschakeling met vier pinnen. Hieruit volgt dat bij bepaalde taken de complexe circuits en flexibiliteit van de TL494 eenvoudigweg niet nodig zijn. Dit geldt voor voedingen met een laag vermogen, waarbij er geen speciale vereisten zijn voor ruis en interferentie, en de uitgangsrimpel kan worden onderdrukt met een LC-filter. Dit is een voeding voor LED-strips, laptops, dvd-spelers etc.

Conclusie

Aan het begin van het artikel werd gezegd dat een PWM-controller een apparaat is dat de gemiddelde spanningswaarde simuleert door de pulsbreedte te veranderen op basis van het signaal van het feedbackcircuit. Ik merk op dat de namen en classificaties vaak per auteur verschillen; soms wordt een PWM-controller een eenvoudige PWM-spanningsregelaar genoemd, en de familie die in dit artikel wordt beschreven elektronische chips genaamd "Integraal subsysteem voor gepulseerde gestabiliseerde converters." De naam verandert niets aan de essentie, maar er ontstaan ​​geschillen en misverstanden.

Onder bepaalde omstandigheden is installatie noodzakelijk autonome systemen voeding Een integraal onderdeel daarvan zijn modules met oplaadbare batterijen. Dergelijke eenheden kunnen worden opgeladen via verschillende stroombronnen, die niet altijd stabiele invoerparameters bieden.

De optimale situatie in dergelijke omstandigheden is het gebruik van apparaten of elementen die de controle kunnen overnemen dit proces opladen. In een dergelijk geval wordt de hoofdrol gespeeld door de PWM-controller in het circuit.

Actieve processen

Deze controllers worden meestal gebruikt om met alternatieve energiebronnen te werken, waaronder:

  • windturbines;
  • modules met zonnepanelen;
  • blokken met hydraulische turbines;
  • dieselvoedingen.

Dit maakt ze populair in moderne huizen en bedrijven.

In de mondiale wetenschappelijke gemeenschap staat PWM voor pulse-width modulation (PWM), wat in vertaling betekent: pulsbreedtemodulatie. In feite is dit een handeling waarbij het vermogen dat de consument nadert wordt geregeld door de werkcyclus van pulsen met een constante frequentie te corrigeren.

Er zijn verschillende soorten PWM-vermogensregelaars:

  • digitaal;
  • analoog;
  • met twee niveaus;
  • met drie niveaus.

VIDEO: Werkingsprincipe van de UC3843 PWM-controller puls blok voeding

Installatie vereist

Voor circuits die loodzuuraccu's bevatten, zijn controllers vereist. Dit komt door het feit dat dergelijke batterijen zowel overladen als aanzienlijke ontlading negatief waarnemen. In het eerste geval kan een snelle uitval van de batterij optreden als gevolg van het koken van de elektrolyt of zelfs het ontploffen van blikjes ermee. In het tweede geval leidt het proces tot de vernietiging van de platen.

De PWM-controller helpt ook alkalische batterijen door het overladen ervan te blokkeren. Dit artikel verbreekt het circuit en ontkoppelt de belasting van de stroombron.

Vaak voor puls bronnen voeding of bronnen ononderbroken stroomvoorziening PWM-elementen zijn ingebouwd. Ze zitten ook in omvormers.

Normaal gesproken vindt de ontkoppeling plaats wanneer de accu van twaalf volt 10,5 of 11 V bereikt. In dit geval binnen 10 uur continu bedrijf De capaciteitsdaling zal van 100% naar ongeveer 20% bedragen. Bij een snellere ontlading zal de capaciteit afnemen.

Onder bepaalde omstandigheden is het mogelijk om de uitschakelspanning tijdens het fabricage- of afstemmingsproces aan te passen. Wat de schappen echter domineert, is niet de spanningsregelaar, maar een apparaat met een standaard niveau aan uitgangsparameters.

U moet niet bezuinigen op kwaliteitsapparatuur voor uw eigen zonne-energie of windpark, raden wij aan uitsluitend merkapparatuur aan te schaffen lange termijn acties.

De tabel helpt u bij het navigeren door de kosten:

Op basis van de kostenverhoudingen is het duidelijk dat PWM-elementen geen grote kostenpost in het circuit vormen. Tegelijkertijd spelen ze belangrijke rol waarbij de systeemefficiëntie wordt gewaarborgd en de levensduur van andere apparatuur wordt verlengd.

Soorten controllers

Verschillende soorten van dergelijke elementen zijn gebruikelijk in fotovoltaïsche circuits. Ze onderscheiden zich niet alleen door de kosten, maar ook door operationele algoritmen, methoden voor het instellen van huidige parameters, enz.

De eenvoudigste in ontwerp onderbreken alleen het circuit en blokkeren de bron ervan wanneer deze bereikt bepaalde spanning Het niveau is bijvoorbeeld 14,4 V. Wanneer het daalt naar een niveau van 12-13 V, stelt de voeding het circuit opnieuw samen om te worden opgeladen. Tijdens deze cyclus is het laadniveau van de batterij ongeveer 60%. Stabiele onderlading leidt tot de vorming van sulfatering op de loden platen en al snel tot uitval van de stroombron.

Dit type wordt praktisch niet in massa geproduceerd, maar wordt aangetroffen bij zelfgemaakte ambachtslieden. Ze produceren besparingselementen tegen spotprijzen, hoewel de besparingen uiteindelijk een illusie blijken te zijn vanwege het dreigende defect van de batterij.

PWM-regelaars zijn een geavanceerdere technologie waarmee u de batterij tot 100% kunt opladen. Het proces omvat verschillende fasen van het opladen van de batterij:

  • de maximale stroom wordt geleverd aan de terminals, waardoor de batterij alle stroom kan verbruiken die op een gegeven moment door de zon naar de modules wordt geleverd;
  • bij PWM-laden wordt het spanningsniveau bereikt parameter instellen en de parameter wordt constant gehandhaafd om gasvorming in de oevers te voorkomen (de stroom neemt langzaam af);
  • egalisatie vindt plaats, omdat het voor de meeste batterijen normaal is om een ​​lading te ontvangen tot het niveau van gasvorming wanneer de spanning op alle containers met elektrolyt gelijk wordt gemaakt (de platen worden schoongemaakt en de vloeistof erin wordt gemengd);
  • stabilisatie en geleidelijke verlaging van de spanning worden uitgevoerd wanneer de batterij ontvangt volledige lading zonder oververhitting toe te staan.

Fabrikanten bieden hun controllers zelfs aan met speciale informatieve elementen:

  • lichte indicatie;
  • schermen met vloeibare kristallen;
  • multifunctionele monitoren.

IN bepaalde modellen Er is een functionaliteit waarmee u het laadniveau van de batterij kunt bepalen. Met deze optie kunt u de werking voor een specifieke batterij aanpassen, waardoor de levensduur ervan wordt verlengd.

Voor sommige producten staat er op het certificaat een indicatie dat het mogelijk is om het laadniveau in % (laadstatus SOC) aan te geven, maar niet altijd deze optie werkt correct.

Om de SOC zo betrouwbaar mogelijk te monitoren, is het noodzakelijk om verschillende oplaadcycli van de batterij te monitoren en onafhankelijke berekeningen uit te voeren met behulp van nogal omslachtige formules.

Populaire merken

IN budget modellen percentages zijn bij benadering. Dit geldt voor modellen van het merk EPSolar. Fabrikanten van Morningstar hebben SOC volledig verlaten en geven informatie aan de gebruiker over de accuspanning in volt. Percentagemetingen van de volgende merken worden als betrouwbaarder beschouwd:

  • Steca PR1010-3030;
  • Tarom;
  • Macht Tarom.

Chinese fabrikanten van EPSolar zijn het populairst op de markt voor deze elektronica. Hun producten zijn optimaal qua kosten en kwaliteit, terwijl hun arsenaal modellen omvat die zijn geabsorbeerd maximale hoeveelheid functionaliteit. Hoge kwaliteit componenten en assemblage onderscheiden het merk van concurrenten zoals Steca Solar. Er zijn modellen met timers voor het in- en uitschakelen van verschillende nachtverlichting.

Het Duitse merk Steca is duurder. De Europese kwaliteit is gekoppeld aan de waarde van de munt, dus niet iedereen kan voor dergelijke modellen kiezen.

Het kiezen van de juiste besturing

Tijdens het selectieproces moet u letten op de invoerparameters. Het wordt gereguleerd door fabrikanten. De parameter wordt aangegeven in de technische gegevens van het apparaat. Deze waarde moet overeenkomen met de XX-spanning van de accu of met de som van de XX-spanningen van meerdere zonne-energie-eenheden seriële verbinding. Het wordt aanbevolen om een ​​marge van 20% toe te voegen.

Het totale ontwerpvermogen van de batterij is zo gekozen dat het niet meer bedraagt ​​dan de vermenigvuldigde waarde van de systeemspanning en uitgangsstroom. Ook in dit geval hanteren wij een marge van 20%. Als het niet mogelijk is om zelf berekeningen uit te voeren, neem dan contact op met specialisten in elektrotechniek.

VIDEO: Hoe u een PWM (PWM)-controller kunt testen

De afgelopen tien jaar hebben we een versnelde ontwikkeling van elektronische apparaten gezien. Tegelijkertijd groeien ook de eisen aan het voedingsapparaat. Lineaire spanningsregelaars hebben een laag rendement en kunnen niet altijd aan de eisen van het apparaat voldoen. Circuits met synchrone gelijkrichters zijn tegenwoordig wijdverspreid. Nomenclatuur van geproduceerde IP diverse fabrikanten, heel groot. In dit artikel we zullen praten over de kenmerken van het gebruik van een synchrone schakelaar in een synchrone gelijkrichter en verschillende soorten PWM-controllers van International Rectifier zullen worden overwogen.

Het synchrone gelijkrichtercircuit is heel lang geleden ontwikkeld. Om het te bouwen, worden gewone n-kanaals veldeffecttransistors gebruikt, alleen werken ze in voedingen met een lage uitgangsspanning en vervangen ze gelijkrichtdiodes. De drain-source-spanning van dergelijke transistors is gewoonlijk klein, maar de capaciteiten tussen de drain-source en gate-drain zijn zeer, zeer significant. Karakteristiek kenmerk werk veldeffecttransistors als synchrone gelijkrichters is hun werking in het vierde kwadrant van hun stroom-spanningskarakteristiek, dat wil zeggen dat de stroom er in de tegenovergestelde richting doorheen stroomt - van bron naar afvoer. In afb. Figuur 1 toont een diagram van de constructie van een synchrone gelijkrichter.


Figuur 1 Schematisch diagram van een synchrone gelijkrichter

Figuur 2 Blokdiagram van typen apparaten voor het construeren van synchrone regelaars geproduceerd door International Rectifier

De vereisten voor de selectie van circuitelementen bij het construeren van een synchrone gelijkrichter zijn als volgt:

Om de selectie van elementen samen te vatten, merken we op dat het bedrijf bij het kiezen van transistors ontwikkelaars aanbeveelt om synchrone schakelaars te kiezen minimale waarde weerstand. Voor de schakelschakelaar is het noodzakelijk een transistor met een minimale poortladingswaarde te selecteren.


International Rectifier presenteert een breed scala aan PWM-controller-IC's met verschillende functionaliteit(zie afbeelding 2). De familie van pulssynchrone regelaars omvat geïntegreerde assemblages in monolithische pakketten (SupIRBuck, IPower) en PWM-controllers zonder interne schakelaars. Tweekanaalsassemblages worden in het eerste geval weergegeven door monolithische geïntegreerde schakelingen en PWM-controllers met of zonder interne lineaire referentieomzetter. Meerfasige systemen worden vertegenwoordigd door IC's van de X-Phase- en I-Power-families.

De IR3651SPBF synchrone PWM-controller-geïntegreerde schakeling is ontworpen voor zeer efficiënte synchrone step-down DC/DC-converters met ingangsspanningen tot 150 V. Programmeerbare werkfrequenties in het bereik tot 400 kHz maken het mogelijk dat de chip wordt gebruikt in voedingen voor telecommunicatie uitrusting en basisstations, netwerkservers, in auto- en industriële besturingseenheden. Bij gebruik van de chip in apparaten met een laag vermogen kan het uitgangsspanningsniveau nauwkeurig worden aangepast dankzij de ingebouwde referentiespanningsbron (1,25 V). Het IR3651S PWM-controller-IC in combinatie met een paar DirectFET-transistors biedt een conversie-efficiëntie van meer dan 88% bij een voedingsspanning van 48 V en een uitgangsspanning van 3,3 V bij een stroomsterkte van 6 A, zonder het gebruik van koellichamen of luchtstroom. Een ander voordeel van dit IC ten opzichte van analogen die momenteel op de markt zijn, is de verhoogde maximale voedingsspanning. Het IC is ontworpen met behulp van 160V HVIC-technologie. Hiermee kunt u de betrouwbaarheidsparameters van de ontwikkeling als geheel verhogen. De IR3651S PWM-controller-IC is ontworpen om twee externe N-kanaal MOSFET's aan te sturen met stuurstromen tot 25 A en heeft verschillende beveiligingsopties: programmeerbare zachte start, stroombeveiliging en vergrendeling bij lage spanning. Het IC heeft ook een synchronisatiefunctie voor zijn gecoördineerde werking op een gemeenschappelijke fase. Deze chip kan dus worden gebruikt voor zowel laagvermogen (minder dan 60 W) niet-geïsoleerde DC/DC-converters netwerkapparatuur, en voor krachtige (meer dan 200 W) voorregeltrappen in gecontroleerde geïsoleerde converters. In afb. Figuur 3 toont het aansluitschema voor de IR3651S IC.

Figuur 3 Aansluitschema van de IR3651S-controller

Het driefasige PWM-controllercircuit voor de synchrone DC-DC-omzetter IR3094MPbF, samen met het gebruik van MOSFET-transistors in een DirectFET-pakket, maakt het mogelijk om de grootte van het bord met 40% te verkleinen in vergelijking met de huidige analogen. Het kleine formaat van de IR3094-controller is ideaal voor het bouwen van compacte synchrone omvormers voor systemen met hoge dichtheid installatie Normaal gesproken vereisen oplossingen voor synchrone converters met drie uitgangsspanningen 14 elementen: 3 controllers, 6 schakelaars, 3 smoorspoelen, componenten die externe activering bieden, plus feedbackcomponenten. Converters die zijn samengesteld met behulp van de IR3094-controller en MOSFET-transistors in een DirectFET-pakket, IRF6637 en IRF6678 verminderen het aantal converterelementen tot 7 eenheden.

Drie paar DirectFET-transistors kunnen in de nabijheid van de IR3094 worden geplaatst, waardoor een oplossing ontstaat die de PCB- en verpakkingsgrootte minimaliseert. De ingebouwde krachtige drivers van de IR3094, gecombineerd met een paar DirectFET-transistors in elke fase, creëren een vermogensregelingsoplossing met hoge stroomdichtheid voor POL-converters (point-to-load). De IR3094M-controller is ontworpen voor toepassingen die voedingsspanningen van 0,85 tot 5,1 V vereisen. Hij is gehuisvest in een compact 7 mm MLPQ-pakket? 7 mm en bevat een ingebouwde 3 A sleutelbesturingsdriver, 1% referentiespanningsbron, uitgangsspanningsinstelling voor elke fase, programmeerbare schakelfrequentie tot 540 kHz.

De controller biedt de volgende soorten bescherming:

  • programmeerbare zachte start;
  • kortsluitbeveiliging in de vorm van haperende stroom aan de uitgang van elke fase;
  • overspanningsbeveiliging;
  • uitgang die de huidige status van de controller aangeeft - “power good”.

In combinatie met dit type controller wordt aanbevolen om de IRF6678-transistor te gebruiken, een ideale synchrone MOSFET die een lage weerstandswaarde van 1,7 mOhm -10 V vertoont. De IRF6637-transistor heeft een lage gate-laadwaarde (4 nC) en is minder gevoelig voor het Miller-effect, de junctieweerstand is 5,7 mOhm bij 10 V.

Om een ​​nauwkeurige uitgangsspanning te verkrijgen binnen een afwijking van 1% Internationaal bedrijf Gelijkrichter geeft het IR3637 IC vrij. Het wordt gebruikt waar hoogwaardige voedingsspanning vereist is. Met dit IC kan de gebruiker werken in het ingangsspanningsbereik van 4,5 tot 16 V. Het belangrijkste voordeel van deze PWM-controller is het vereenvoudigde ontwerp en de grotere compactheid van de DC-DC-omzetter. Het IC is gehuisvest in een compact SO-8-pakket en beschikt over beveiligingen zoals kortsluitbeveiliging en lock-out lage spanning voeding, softstartfunctie met externe programmering.

De controller biedt een PWM-signaaltaakcyclus van maximaal 85% bij 400 kHz, waardoor kleinere inductorgroottes en verbeterde dynamische kenmerken omvormer In afb. Figuur 4 toont het aansluitschema van de IR3637 PWM-controller-IC.
Voorheen in 12V-toepassingen ingangsspanning ontwikkelaars hadden onvoldoende keuze aan mogelijkheden en concentreerden zich vooral op het gebruik van geïntegreerde, niet-geïsoleerde DC-DC-converters, die een aanzienlijk groter gebied beslaat. Sollicitatie alternatieve oplossing op discrete componenten (nieuwe PWM-controllers en MOSFET's) kunt u profiteren van de integratie van het convertercircuit in het bord.

Bij het ontwikkelen van een synchroon gelijkrichtcircuit wordt de ontwerper aangeraden aandacht te besteden aan drie hoofdpunten in de bedrading van het aardcircuit van de PWM-controller:

Het assortiment PWM-controllers en de daarop gebaseerde geïntegreerde assemblages van International Rectifier omvat meer dan 100 artikelen. In tabel 1 toont de belangrijkste parameters van enkele PWM-controllers. Om de ontwikkeling van een synchrone spanningsomvormer te versnellen, presenteert International Rectifier een project voor My-Power-ontwikkelaars op de online website - /engine/api/go.php?go=https://www.irf. com/design-center/mypower/index.html. Hier kan de ontwikkelaar niet alleen de circuitparameters berekenen en oscillogrammen van de werking van het apparaat bekijken, maar ook aanbevelingen krijgen over het type transistors en hun belangrijkste parameters bekijken.



Gerelateerde publicaties: