Радиосхемы Схемы электрические принципиальные. Регулятор напряжения микросхема

ШИМ-регулятор. Широтно-импульсная модуляция. Схема :: SYL.ru

При работе с множеством различных технологий часто стоит вопрос: как управлять мощностью, которая доступна? Что делать, если её необходимо понизить или повысить? Ответом на эти вопросы служит ШИМ-регулятор. Что он собой представляет? Где применяется? И как самому собрать такой прибор?

Что такое широтно-импульсная модуляция?

Без выяснения значения этого термина продолжать не имеет смысла. Итак, широтно-импульсная модуляция — это процесс управления мощностью, которая подводится к нагрузке, осуществляемая путём видоизменения скважности импульсов, которая делается при постоянной частоте. Существует несколько типов широтно-импульсной модуляции:

1. Аналоговый.

2. Цифровой.

3. Двоичный (двухуровневый).

4. Троичный (трехуровневый).

Что такое ШИМ-регулятор?

Теперь, когда мы знаем, что такое широтно-импульсная модуляция, можно поговорить и о главной теме статьи. Используется ШИМ-регулятор для того, чтобы регулировать напряжение питания и для недопущения мощных инерционных нагрузок в авто- и мототехнике. Это может звучать слишком сложно и лучше всего пояснить на примере. Допустим, необходимо сделать, чтобы лампы освещения салона меняли свою яркость не сразу, а постепенно. Это же относится к габаритным огням, автомобильным фарам или вентиляторам. Воплотить такое желание можно путём установки транзисторного регулятора напряжения (параметрический или компенсационный). Но при большом токе на нём будет выделяться чрезвычайно большая мощность и потребуется установка дополнительных больших радиаторов или дополнение в виде системы принудительного охлаждения с использованием маленького вентилятора, снятого с компьютерного устройства. Как видите, данный путь влечёт за собой много последствий, которые необходимо будет преодолеть.

Настоящим спасением из данной ситуации стал ШИМ-регулятор, который работает на мощных полевых силовых транзисторах. Они могут коммутировать большие токи (которые достигают 160 Ампер) при напряжении всего в 12-15В на затворе. Следует отметить, что сопротивление у открытого транзистора довольное мало, и благодаря этому можно заметно снизить уровень рассеиваемой мощности. Чтобы создать свой собственный ШИМ-регулятор, понадобится схема управления, которая сможет обеспечить разность напряжения между истоком и затвором в границах 12-15В. Если этого не получится достичь, то сопротивление канала будет сильно увеличиваться и значительно возрастёт рассеиваемая мощность. А это, в свою очередь, может привести к тому, что транзистор перегреется и выйдет из строя.

Выпускается целый ряд микросхем для ШИМ-регуляторов, которые смогут выдержать повышение входного напряжения до уровня 25-30В, при том, что питание будет всего 7-14В. Это позволит включать выходной транзистор в схеме вместе с общим стоком. Это, в свою очередь, необходимо для подключения нагрузки с общим минусом. В качестве примеров можно привести такие образцы: L9610, L9611, U6080B ... U6084B. Большинство нагрузок не потребляет ток больше 10 ампер, поэтому они не могут вызвать просадку напряжения. И как результат – использовать можно и простые схемы без доработки в виде дополнительного узла, который будет повышать напряжение. И именно такие образцы ШИМ-регуляторов и будут рассмотрены в статье. Они могут быть построены на основе несимметрического или ждущего мультивибратора. Стоит поговорить про ШИМ-регулятор оборотов двигателя. Об этом далее.

Схема №1

Эта схема ШИМ-регулятора собиралась на инверторах КМОП-микросхемы. Она является генератором прямоугольных импульсов, который действует на 2-х логических элементах. Благодаря диодам здесь отдельно изменяется постоянная времени разряда и заряда частотозадающего конденсатора. Это позволяет менять скважность, которую имеют выходные импульсы, и как результат – значение эффективного напряжения, которое есть на нагрузке. В данной схеме возможно использование любых инвертирующих КМОП-элементов, а также ИЛИ-НЕ и И. В качестве примеров подойдут К176ПУ2, К561ЛН1, К561ЛА7, К561ЛЕ5. Можно использовать и другие виды, но перед этим придётся хорошо подумать о том, как правильно сгруппировать их входы, чтобы они могли выполнять возложенный функционал. Преимущества схемы – доступность и простота элементов. Недостатки – сложность (практически невозможность) доработки и несовершенство относительно изменения диапазона выходного напряжения.

Схема №2

Обладает лучшими характеристиками, нежели первый образец, но сложнее в выполнении. Может регулировать эффективное напряжение на нагрузке в диапазоне 0-12В, до которого изменяется с начального значения 8-12В. Максимальный ток зависит от типа полевого транзистора и может достигать значительных значений. Учитывая, что выходное напряжение является пропорциональным входному управляющему, данную схему можно использовать как часть системы регулирования (для поддержки уровня температуры).

Причины распространения

Чем привлекает автолюбителей ШИМ-регулятор? Следует отметить стремление к увеличению КПД, когда проводится построение вторичных источников питания для электронной аппаратуры. Благодаря данному свойству можно данную технологию найти также при изготовлении компьютерных мониторов, дисплеев в телефонах, ноутбуках, планшетах и подобной техники, а не только в автомобилях. Также следует отметить значительную дешевизну, которой отличается данная технология при своём использовании. Также, если решите не покупать, а собирать ШИМ-регулятор собственноручно, то можно сэкономить деньги при усовершенствовании своего собственного автомобиля.

Заключение

Что ж, вы теперь знаете, что собой представляет ШИМ-регулятор мощности, как он работает, и даже можете сами собрать подобные устройства. Поэтому, если есть желание поэкспериментировать с возможностями своего автомобиля, можно сказать по этому поводу только одно – делайте. Причем можете не просто воспользоваться представленными здесь схемами, но и существенно доработать их при наличии соответствующих знаний и опыта. Но даже если всё не получится с первого раза, то вы сможете получить очень ценную вещь – опыт. Кто знает, где он может в следующий раз пригодиться и насколько важным будет его наличие.

www.syl.ru

Радиосхемы. - ШИМ-регулятор на простой логике

Схемы источников питания

материалы в категории

Необходимость регулировки постоянного напряжения для питания мощных инерционных нагрузок чаще всего возникает у владельцев автомобилей и другой авто-мото техники. Например, появилось желание плавно менять яркость ламп освещения салона, габаритных огней, автомобильных фар или вышел из строя узел регулирования оборотов вентилятора автомобильного кондиционера, а замены нет. Осуществить такое желание иногда нет возможности из-за большого тока потребления этими устройствами - если устанавливать транзисторный регулятор напряжения, компенсационный или параметрический, на регулирующем транзисторе будет выделяться очень большая мощность, что потребует установки больших радиаторов или введения принудительного охлаждения с помощью малогабаритного вентилятора от компьютерных устройств.

Выходом из положения является применение широтно - импульсных схем, управляющих мощными полевыми силовыми транзисторами MOSFET. Эти транзисторы могут коммутировать очень большие токи ( до 160А и более) при напряжении на затворе 12 - 15 В. Сопротивление открытого транзистора очень мало, что позволяет заметно снизить рассеиваемую мощность. Схемы управления должны обеспечивать разность напряжений между затвором и истоком не менее 12 ... 15 В, в противном случае сопротивление канала сильно увеличивается и рассеиваемая мощность значительно возрастает, что может привести перегреву транзистора и выходу его из строя. Для широтно - импульсных автомобильных низковольтных регуляторов выпускаются специализированные микросхемы , например U6080B ... U6084B, L9610, L9611, которые содержат узел повышения выходного напряжения до 25 -30 В при напряжении питания 7 -14 В, что позволяет включать выходной транзистор по схеме с общим стоком, чтобы можно было подключать нагрузку с общим минусом, но достать их практически невозможно. Для большинства нагрузок, которые потребляют ток не более 10А и не могут вызвать просадку бортового напряжения можно использовать простые схемы без дополнительного узла повышения напряжения.

Первый ШИМ регулятор собран на инверторах логической КМОП микросхемы. Схема представляет собой генератор прямоугольных импульсов на двух логических элементах, в котором за счёт диодов раздельно меняется постоянная времени заряда и разряда частотозадающего конденсатора, что позволяет изменять скважность выходных импульсов и значение эффективного напряжения на нагрузке.

ШИМ-регулятор на простой логике схема

В схеме можно использовать любые инвертирующие КМОП элементы, например К176ПУ2, К561ЛН1, а также любые элементы И, ИЛИ-НЕ, например К561ЛА7, К561ЛЕ5 и подобные, соответственно сгруппировав их входы. Полевой транзистор может быть любым изMOSFET, которые выдерживают максимальный ток нагрузки, но желательно использовать транзистор с как можно большим максимальным током, т.к. у него меньшее сопротивление открытого канала, что уменьшает рассеиваемую мощность и позволяет использовать радиатор меньшей площади. Достоинство ШИМ-регулятора на микросхеме К561ЛН2 - простота и доступность элементов, недостатки - диапазон изменения выходного напряжения чуть меньше 100% и невозможно доработать схему с целью введения дополнительных режимов, например плавного автоматического увеличения или понижения напряжения на нагрузке, т.к. регулирование производится путём изменения сопротивления переменного резистора , а не изменением уровня управляющего напряжения.

Гораздо лучшими характеристиками обладает вторая схема, но количество элементов в ней чуть больше.

ШИМ-регулятор напряжения на простой логике схема

Регулировка эффективного значения напряжения на нагрузке от 0 до 12 В производится изменением напряжения на управляющем входе от 8 до 12 В. Диапазон регулировки напряжения практически 100%. Максимальный ток нагрузки полностью определяется типом силового полевого транзистора и может быть очень значительным. Так как выходное напряжение пропорционально входному управляющему напряжению, схема может использоваться как составная часть системы регулирования , например системы поддержания заданной температуры, если в качестве нагрузки использовать нагреватель, а датчик температуры подключить к простейшему пропорциональному регулятору, выход которого подключается к управляющему входу устройства. Описанные устройства имеют в основе несимметричный мультивибратор, но ШИМ регулятор можно построить на микросхеме ждущего мультивибратора

Автор Кравцов В.Н. http://kravitnik.narod.ruОбсудить на форуме

radio-uchebnik.ru

Регуляторы постоянного напряжения на таймере 555

Схемы источников питания

материалы в категории

Две простенькие схемы регуляторов постоянного напряжения на основе ШИМ-контроллеров.

В первой схеме применена микросхема MC34063A или MC33063A

регулятор постоянного напряжения схема

Во второй схеме применен распространенная микросхема-таймер NE555 ( отечественный аналог КР1006ВИ1).

регулятор постоянного напряжения на таймере 555 схема

Обе схемы содержат микросхемы с большим выходным током, что позволяет использовать практически любые полевые транзисторы с любой паразитной ёмкостью затвора. При токе нагрузки до 0,1А нагрузку можно включать непосредственно на выходы микросхем, не используя полевые транзисторы.

Для полного открытия канала силового полевого транзистора на его затворе должно быть напряжение не менее 12 ... 15 В, поэтому напряжение питания всех ранее рассмотренных схем не должно быть меньше 12 ... 15 В. Если требуется регулировать меньшее напряжение, например 0 ... 6 В для регулировки яркости переносных фонарей, вместо полевых транзисторов можно использовать биполярные NPN транзисторы, предназначенные для работы в ключевых схемах и имеющие очень малое падение напряжения в открытом состоянии.

При токах нагрузки до 1А хорошо подходит транзистор КТ630А, а при больших токах ( до 10А, 30В) просто идеален КТ863А, В. В цепь базы транзисторов необходимо включить токоограничительный резистор сопротивлением 150 ... 510 Ом. Все схемы , описанные в разделе, позволяют регулировать напряжение значительно большее 12 В. Для этого требуется обеспечить напряжение 12 ... 15 В для питания ШИМ схемы регулирования, а полевой транзистор выбрать соответственно требуемому напряжению и току нагрузки.

Автор Кравцов В.Н. http://kravitnik.narod.ru/Обсудить на форуме

Похожий материал: Схема для регулировки яркости фар

radio-uchebnik.ru

Регулятор напряжения на микросхемах. Часы для мягкого пробуждения. Автоматика в быту. Электронные устройства автоматики.

Фазовые регуляторы напряжения на цифровых микросхемах

Ранее рассмотренные фазовые регуляторы являются самостоятельными устройствами, не предполагающими их использование в качестве составной части более сложных устройств. Если требуется осуществлять регулирование напряжения дистанционно, с помощью компьютера по определённому алгоритму или в составе устройств автоматики - удобнее использовать цифровые фазовые регуляторы, не содержащие переменного резистора. Предложенный цифровой фазовый регулятор изменяет напряжение на нагрузке в зависимости от веса двоичного кода на входе. Код может формироваться как специальным переключателем, так и цифровыми устройствами, например реверсивным счётчиком, который позволит увеличивать и уменьшать напряжение с помощью двух кнопок "больше"/"меньше".

Принцип работы схемы основан на использовании четырёхразрядного двоичного реверсивного счётчика D2, на тактовый вход которого поступают импульсы с вспомогательного генератора (на элементе D1.3) частотой 1600 Гц. На вход SE разрешения установки параллельного кода с входов S1, S2, S4, S8 непрерывно, с частотой 100 Гц, поступают короткие импульсы с формирователя импульсов перехода через ноль полуволн сетевого напряжения ( элементы D1.1, D1.2). Генератор должен иметь фазовую привязку к началу полуволны сетевого напряжения, что достигается с помощью диода с вывода 4 МС D1.2 на вход генератора. Каждые 10 мс происходит запись установленного кода на входах S1-S8, а счётчик суммирует импульсы с генератора 1600 Гц с числом , записанным в счётчик и после переполнения (сумма достигает 16) на выходе переноса P появляется импульс, открывающий выходной транзистор, что приводит к появлению импульса отрицательной полярности на управляющем входе симистора. Время запаздывания импульса запуска относительно начала полупериода сетевого напряжения полностью зависит от установленного на входах S1-S8 кода. Если во всех разрядах входного кода "0", то до появления импульса запуска на выходе счётчик посчитает 16 импульсов частотой 1600 Гц за 10 мс, симистор будет запускаться в конце полупериода, а на нагрузке напряжение будет близко к нулю. Если на всех входах будут сигналы "1", то счётчик сразу после появления импульса перехода сетевой полуволны через ноль включит симистор и на нагрузке появится полное напряжение сети. Т.к. входной код может принимать 16 значений, приращение кода на единицу вызывает приращение фазового сдвига на 0,625 мс, соответственно меняется напряжение на нагрузке. При необходимости получения обратной зависимости выходного напряжения от веса кода на входах S1-S8 вход +/- счётчика (вывод 10) подключают к цепи -12В.

Чаще всего требуется регулировать напряжение на нагрузке не с нуля, а с определённого значения. Например, регулируется яркость свечения ламп накаливания на 220В, видимое свечение которых появляется при напряжении свыше 70В. Для смещения регулировочной характеристики увеличивают частоту генератора, что приводит к появлению определённого напряжения при нулевом значении кода на входах предварительной записи счётчика.

Действующее значение выходного напряжения не пропорционально фазовому сдвигу импульса запуска из-за синусоидальной формы входного напряжения. Оно определяется интегрированием кривой напряжения за период 10 мс (площадь под кривой). Приращение площади под кривой при равномерном приращении фазового сдвига не является равномерным, что приводит к нелинейности зависимости величины выходного напряжения от веса кода. Эта особенность присуща всем фазовым регуляторам переменного напряжения и должна учитываться при построении всех схем фазовых регуляторов.

Ниже представлена одна из конструкций на основе цифрового фазового регулятора - устройство для постепенного, в течении 30 мин, увеличения яркости ламп накаливания, предназначенная для будильника "мягкого пробуждения". В основе устройства лежит схема, подобная выше описанной.

Устройство посредством шнура от компьютерной мышки подключается к радиочасам. Вход пуска подсоединяется к выходу микросхемы часов, включающему радиоприёмник, стопа - к кнопке отключения сигнала на радиочасах, а выход устройства в цепь включения радиоприёмника. К выходным розеткам подключаются светильники - бра , торшеры и т.д., обеспечивающие постепенное нарастание освещения в комнате. Т.к. видимое свечение ламп накаливания появляется только при напряжении около 70 - 80В, частота генератора в схеме несколько выше 1600 Гц, чтобы обеспечить слабое свечение уже при коде "0000" на входе реверсивного счётчика. Из-за нелинейной зависимости изменения яркости ламп от кода счётчика, количество ступеней регулирования яркости в схеме ограничено до 10. Диоды на выходе счётчика D2 обеспечивают нарастание яркости ламп в течении 30 мин, а диоды, подключенные к выводу 1 МС D1.1 ограничивают до 10 число ступеней регулирования яркости. На последней ступени, на выходе D1.1, появляется сигнал логического "0", транзистор, подключенный к выходному оптрону открывается, обеспечивая включение радиоприёмника. Включенное состояние радиоприёмника и ламп накаливания сохраняется сколь угодно долго, пока владелец не нажмёт кнопку "Стоп" на радиочасах или на устройстве.

Конструктивно устройство собрано на печатной плате размером 78 х 65 мм и размещена в корпусе подходящего "Пилота" APC Surge Arrest E25. На корпусе "Пилота" установлена розетка для компьютерной мыши от несправной материнской платы компьютера, а шнур со штекером подключен напрямую к радиочасам. Точки подключения устройства к радиочасам полностью зависят от конкретного устройства и здесь не приводятся. Так как элементы схемы находятся под фазным напряжением сети, для исключения поражения электрическим током подключение к радиочасам осуществляется через оптроны.

Смотри далее:

1. Схемы фазовых регуляторов сетевого напряжения. Главная страница раздела.

2. Схемы регуляторов с использованием ждущего мультивибратора.

2. Фазовый регулятор на компараторе

Уважаемые посетители! Все материалы сайта в случае их некоммерческого использования предоставляются бесплатно, хотя автор затрачивает достаточно большие средства на их обновление расширение и размещение. Если Вы хотите, чтобы автор отвечал на Ваши письма, обновлял и добавлял новые материалы - активней используйте контекстную рекламу, размещённую на страницах - для себя Вы узнаете много нового и полезного, а автору позволит частично компенсировать собственные затраты чтобы уделять Вам больше внимания.

Разработка сайтов на заказ (от домашней странички, до корпоративного сайта), быстро, качественно, недорого.
Гарантируется профессиональный подход к решению поставленных задач. Регистрация и размещение сайтов (хостинг).
Администрирование и техническая поддержка веб-сайтов. Редизайн существующих сайтов. Подготовка текстов.
Регистрация сайтов в поисковых системах и интернет-каталогах. Обучение работе с программой

ВНИМАНИЕ!

Вам нужно разработать сложное электронное устройство?

Тогда Вам сюда...

kravitnik.narod.ru

Каталог товаров