Regulátor PWM: schéma, princip činnosti, řízení

Jedním z přístupů, používaných k významnému snížení tepelných ztrát napájecích prvků radiového obvodu, je použití přepínání provozních režimů instalací. U takových systémů je komponent elektrického proudu otevřený - v tomto okamžiku je skutečně nulový pokles napětí, nebo je otevřený - v tomto okamžiku se na něj aplikuje nulový proud. Rozptýlený výkon lze vypočítat vynásobením hodnot proudu a napětí. V tomto režimu se ukazuje, že dosahuje účinnosti přibližně 75-80% nebo více.

Co je PWM?

Pro získání výstupního signálu požadované formy musí být vypínač napájení otevřen pouze po určitou dobu, která je úměrná vypočítaným ukazatelům výstupního napětí. To je princip pulzní šířkové modulace (PWM). Dále, signál této formy, sestávající z impulsů různé šířky, vstupuje do oblasti filtru na základě tlumivky a kondenzátoru. Po konverzi bude výstup téměř dokonalým signálem požadovaného tvaru.

Rozsah PWM není omezen na impulsní zdroje energie stabilizátory a měniče napětí. Použití tohoto principu při konstrukci výkonného zesilovače zvukových frekvencí umožňuje významně snížit spotřebu energie zařízení, vede k miniaturizaci okruhu a optimalizuje systém přenosu tepla. Nevýhodám lze přiřadit špatnou kvalitu signálu na výstupu.

Tvorba signálů PWM

Vytvoření signálů PWM požadovaného tvaru je poměrně obtížné. Nicméně průmysl dnes může potěšit nádherné speciální obvody, známé jako regulátory PWM. Jsou levná a zcela vyřešit problém vytvoření signálu šířky impulsu. Orientace v zařízeních takových regulátorů a jejich použití pomůže seznámit se s jejich typickým designem.

Standardní obvod regulátoru PWM předpokládá následující výstupy:

• Obecný závěr (GND). Je realizován ve formě nohy, která je připojena ke společnému vodiči napájecího obvodu zařízení.
• Napájení (VC). Odpovídá za napájecí obvod. Je důležité nezaměňovat ji se sousedem s podobným názvem - výstupem VCC.
• Výkon řízení výkonu (VCC). Čip regulátoru PWM zpravidla přebírá řízení výkonových tranzistorů (bipolární nebo pole). Pokud se výstupní napětí sníží, tranzistory se otevírají jen částečně a ne úplně. Rychle vyhřívané, brzy se nezdaří, nemohou se vypořádat s nákladem. Aby se taková možnost vyloučila, je nutné sledovat indikátory napájecího napětí na vstupu mikroobvodu a zabránit překročení návrhové značky. Pokud napětí na tomto kolíku klesne pod regulátor nainstalovaný speciálně pro tento regulátor, řídící zařízení je vypnuto. Tato noha je zpravidla připojena přímo k kolíku VC.

Výstupní řídící napětí (OUT)

Počet závěrů čipu je určen jeho konstrukcí a zásadou provozu. Není vždy možné okamžitě pochopit složité pojmy, ale pokusíme se zdůraznit podstatu. Existují mikroobvody na 2 výstupech řídících dvoudobé kaskády (příklady: most, polovičný most, dvojtaktní inverzní převodník). Existují také analogy řadičů PWM pro ovládání kaskád s jedním koncem (příklady: dopředu / dozadu, zvýšení / snížení, invertování).

Výstupní stupeň může být navíc jedno- a dvoudobý ve struktuře. Push-pull se používá hlavně k ovládání tranzistorů s efektem pole v závislosti na napětí. Pro rychlé uzavření je nutné dosáhnout rychlého vypouštění kapacit "uzávěru - zdroj" a "uzávěr - vypouštění". K tomuto účelu se používá push-pull výstupní stupeň regulátoru, jehož úkolem je zajistit, aby byl výstup zkratován na společný kabel, pokud má být uzavřen tranzistor s efektem pole.

Ovládat bipolární tranzistor push-pull kaskáda se nepoužívá, protože ovládání je prováděno proudem, nikoliv napětím. Chcete-li uzavřít bipolární tranzistor, stačí pouze zastavit proud, který proudí skrz základnu. V tomto případě je uzávěr základny na společném vodiči volitelný.

Další informace o funkcích řadiče PWM

Poté, co jste se rozhodli navrhnout řadič PWM se svými vlastními rukama, je třeba přemýšlet o všech podrobnostech jeho implementace. To je jediný způsob, jak vytvořit pracovní zařízení. Kromě výše uvedených výstupů funguje ovládání PWM následující funkce:

• Referenční napětí (VREF). Výrobky pro pohodlí jsou obvykle doplněny o stabilní funkci generování referenčního napětí. Odborníci od výrobců doporučují připojit tento kolík společným kabelem o kapacitě nejméně 1 mikrofaradu, aby se zlepšila kvalita a možnost stabilizace referenčního napětí.

• Limit proudu (ILIM). Pokud napětí na tomto kolíku výrazně překročí hodnotu (obvykle kolem 1 V), regulátor automaticky uzavře spínače napájení. V případech, kdy indikátor napětí překročí druhou prahovou hodnotu (v rozmezí 1,5-2 V), přístroj okamžitě vynuluje napětí na připojení k softstartu.
• Měkký start (SS). Hodnota napětí na tomto výstupu určuje maximální přípustnou šířku budoucích modulovaných impulzů. Na tomto čepu je uvedena aktuální nastavená hodnota. Je-li mezi ním a univerzálním kabelem namontována další kapacita, bude se nabíjet pomalu, ale jistě, což povede k postupnému rozšíření každého impulsu z minimální na konečnou vypočtenou hodnotu. Kvůli tomu je možné zajistit obecné schéma přístroje, spíše než rychlý nárůst hodnot proudu a napětí, díky čemuž si takový systém zaslouží jeho jméno "soft start". Současně, pokud konkrétně nastavíme omezení napětí na tomto kolíku, řekněme, připojením děliče napětí a systému diod je možné zcela omezit impulsy tak, aby přesáhly určitou specifikovanou šířku.

Frekvence zařízení, synchronizace

Řídicí čipy PWM mohou být použity pro různé účely. Aby bylo možné ladit spolupráci s dalšími prvky zařízení, je třeba zjistit, jak nastavit určité parametry regulátoru a jaké komponenty obvodu jsou za ně odpovědné.

• Rezistor a kapacita, která nastavuje frekvenci provozu celého zařízení (RT, CT). Každý regulátor může pracovat pouze s určitou frekvencí. Každý z impulsů následuje pouze s touto frekvencí. Přístroj může měnit trvání impulzů, jejich tvar a délku, ale ne frekvenci. V praxi to znamená, že čím menší je délka impulsu, tím delší je pauza mezi ním a dalším. V tomto případě je opakovací frekvence vždy stejná. Kapacita propojená mezi patkou CT a společným kabelem a odpor připojený k výstupu RT a společného kabelu mohou v kombinaci nastavovat frekvenci, při které bude regulátor pracovat.

• Hodiny impulsy (CLOCK). Velmi časté případy, kdy chcete ladit práci několika řadičů tak, aby výstupní signály byly vytvořeny synchronně. K tomu je zapotřebí jeden z regulátorů (zpravidla master) pro připojení kapacitní kapacity a odporu. Na výstupu CLOCK regulátoru se okamžitě objeví krátké impulsy odpovídající napětí, které jsou přivedeny na analogové výstupy celé skupiny zařízení. Jsou nazýváni otroky. Výstupy RT těchto regulátorů by měly být kombinovány s nožičkami VREF a CT společným kabelem.
• Porovnávací napětí (RAMP). Tento výstup by měl mít signál pilového drátu (napětí). Při synchronizačním impulzu se na výstupu zařízení generuje otvírací testovací napětí. Poté, co se indikátor napětí na RAMP stane několikrát větším než je velikost výstupního napětí na chybovém zesilovači, mohou být na výstupu pozorovány impulsy odpovídající uzavíracímu napětí. Doba trvání impulsu může být počítána od okamžiku výskytu synchronizačního impulzu až do okamžiku vícenásobného přebytku indikátoru napětí na RAMP nad hodnotou výstupního napětí chybového zesilovače.

Regulátory PWM v napájecích zdrojích

Napájecí zdroj je nedílnou součástí nejmodernějších zařízení. Doba provozu je prakticky neomezená, ale bezpečnost provozu zařízení je závislá na jeho použitelnosti. Můžete si naplánovat napájení sami, když jste studovali princip fungování. Hlavním cílem - vytvoření požadované hodnoty napájecího napětí zajišťující jeho stabilitu. Pro nejsilnější galvanické oddělovací zařízení založené na akci transformátoru to nestačí a zvolený prvek bude uživatelům jasně překvapovat rozměry.

Zvýšení frekvence napájecího proudu může významně snížit velikost použitých součástí, což zajišťuje popularitu napájecích jednotek pracujících na frekvenční měniče. Jednou z nejjednodušších možností provedení prvků napájecího zdroje je bloková schéma sestávající z přímých a zpětných měničů, generátoru a transformátoru. Navzdory zjevně jednoduché implementaci těchto systémů, v praxi vykazují více nedostatků než výhody. Většina získaných indikátorů se rychle mění pod vlivem napájecích výbojů, při naplnění výstupu měniče a dokonce i při zvyšující se okolní teplotě. Řídicí jednotky PWM pro napájecí zdroje poskytují příležitost stabilizovat obvod a také implementovat mnoho dalších funkcí.

Součásti napájecích obvodů s řídicí jednotkou PWM

Typický obvod se skládá z generátoru impulsů, který je založen na regulátoru PWM. Modulace šířky impulsu umožňuje osobně řídit amplitudu signálu na výstupu nízkoprůchodového filtru, v případě potřeby měnit šířku impulsu nebo jeho pracovní cyklus. Silným bodem PWM je vysoká účinnost výkonových zesilovačů, zejména zvuk, který obecně poskytuje zařízení s poměrně širokým spektrem aplikací.

Řídicí jednotky PWM pro napájení mohou být použity v obvodech s různými kapacitami. K realizaci relativně nízkopříkonových obvodů není nutné zahrnout do kompozice velké množství prvků - obvyklým klíčem může být klíč pole tranzistoru.

Řídicí jednotky PWM pro zdroje s vysokým výkonem mohou mít také ovladače výstupů (ovladače). Tranzistory IGBT se doporučují jako výstupní klíče.

Hlavní problémy převodníků PWM

Pokud je nějaké zařízení v provozu, není možné zcela vyloučit pravděpodobnost porušení a to platí i pro převodníky. Komplexnost návrhu nezáleží, ani známý řadič TL494 PWM může způsobit problémy v provozu. Poruchy mají jinou povahu - někteří z nich mohou být identifikováni okem a pro zjištění dalších je potřeba speciální měřicí zařízení.

Chcete-li zjistit, jak kontrolovat řadič PWM, měli byste se seznámit se seznamem hlavních poruch přístrojů a později s možnostmi jejich odstranění.

Poruchová diagnostika

Jedním z nejčastějších problémů je rozpad klíčových tranzistorů. Výsledky lze vidět nejen při pokusu o spuštění přístroje, ale i při jeho zkoumání pomocí multimetru.

Kromě toho existují i ​​jiné poruchy, které jsou poněkud obtížnější zjistit. Před kontrolou regulátoru PWM přímo můžete zvážit nejběžnější případy poruch. Například:

• Regulátor se po startu stává - porucha OS je přerušena, aktuální rozdíl, problémy s kondenzátorem na výstupu filtru (pokud existuje), ovladačem; snad kontrola řadiče PWM se pokazila. Je nutné přístroj zkontrolovat na čipy a deformace, měřit ukazatele zatížení a porovnat je s typickými.
• Regulátor PWM se nespustí - jedno chybné vstupní napětí chybí nebo je zařízení vadné. Kontrola a měření výstupního napětí může pomoci jako poslední možnost nahradit záměrně pracující analog.
• Výstupní napětí se liší od jmenovitých - problémů se smyčkou OOS nebo s regulátorem.
• Po spuštění PWM na napájecím zdroji dochází k ochraně při nepřítomnosti zkratů na klíčích - nesprávné ovládání PWM nebo ovladačů.
• Nestabilní fungování desky, přítomnost zvláštních zvuků - přerušení smyčky řetězu OOS nebo RC, zhoršení kapacity filtru.

Na závěr

Univerzální a multifunkční řadiče PWM lze nyní najít téměř všude. Slouží nejen jako nedílná součást napájecích zdrojů nejmodernějších zařízení - typických počítačů a dalších běžných zařízení. Na základě řídících pracovníků se vyvíjejí nové technologie, které umožňují výrazně snížit spotřebu zdrojů v mnoha odvětvích lidské činnosti. Majitelé soukromých domů budou využívat regulátory nabíjení fotovoltaických baterií na základě principu impulzní šířky modulace nabíjecího proudu.

Vysoká účinnost činí vývoj nových zařízení, jejichž činnost je založena na principu PWM, velmi slibná. Vedlejší zdroje energie nejsou jedinou činností.