Как спроектировать нужную схему ШИМ

Существует несколько различных способов управления скоростью двигателей постоянного тока. Однако одним из наиболее предпочтительных и простых способов является использование схемы широтно-импульсной модуляции (ШИМ). ШИМ (широтно-импульсная модуляция) — это метод, который долгое время использовался для управления инерционными нагрузками. Использование широтно-импульсной модуляции для управления драйверами двигателей имеет ряд преимуществ.

Но, пожалуй, самым значительным преимуществом является то, что, поскольку транзистор либо полностью «ВЫКЛ», либо «ВКЛ», потери мощности в переключающем проводнике остаются небольшими. В этой статье обсуждается, как приступить к разработке схемы ШИМ. Здесь будут обсуждаться важные вопросы, такие как эффективное разделение электрических сигналов на дискретные части как средство снижения мощности передачи электронных сигналов.

Профессиональное введение в схемы ШИМ

Широтно-импульсная модуляция (ШИМ) — это термин, используемый в описании типа цифрового сигнала. Широтно-импульсная модуляция находит применение во многих приложениях, таких как сложные схемы управления. Стандартный метод, в котором ШИМ находит широкое применение, заключается в управлении затемнением светодиодов и управлении направлением серводвигателей.

Схема широтно-импульсной модуляции работает за счет уменьшения средней мощности при передаче электрических сигналов. Он делает это путем разделения сигналов на дискретные части или образцы. Как упоминалось ранее, существует множество преимуществ и областей применения, среди прочего, в телекоммуникациях, регулировании напряжения, управлении серводвигателями, цифровых схемах и управлении скоростью двигателя.

Схемы широтно-импульсной модуляции являются лучшим выбором для многих пользователей, поскольку они не создают много шума при работе. В отличие от аналоговых сигналов, которые издают звук во время обработки, схемы широтно-импульсной модуляции невосприимчивы к помехам и очень эффективны. Более того, схемы широтно-импульсной модуляции экономичны и не требуют много места. Схемы широтно-импульсной модуляции не сложны в изготовлении. Компоненты, необходимые для изготовления этих схем, легко собираются.

Кроме того, шаги, которые необходимо выполнить при изготовлении или производстве схем широтно-импульсной модуляции, очень удобны, в отличие от дизайна других курсов. Схемы широтно-импульсной модуляции легко преобразовать обратно в аналоговые схемы с минимальным аппаратным обеспечением.

Коэффициент заполнения, частота и длительность импульса в цепи ШИМ

lРабочий цикл

Как упоминалось ранее, сигнал широтно-импульсной модуляции остается включенным в течение определенного времени, а затем отключается в остальное время. Он работает по принципу «ВКЛ» и «ВЫКЛ». Аспект, который делает ШИМ-сигнал более полезным и уникальным, заключается в том, что его можно настроить так, чтобы он оставался включенным в течение определенного времени, контролируя рабочий цикл. Процент или отношение времени, в течение которого сигнал ШИМ остается включенным или ВЫСОКИМ, называется рабочим циклом.

Если сигнал остается включенным, то он находится в 100% рабочем цикле. Но если он всегда выключен, то это 0% рабочего цикла. Формула для расчета рабочего цикла выглядит следующим образом:

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

lЧастота ШИМ

Частота схемы широтно-импульсной модуляции определяет скорость или, скорее, скорость, с которой ШИМ завершает один период. Один период — это полный или завершенный период включения и выключения сигнала широтно-импульсной модуляции. Обычно сигналы широтно-импульсной модуляции, которые генерируют многие микроконтроллеры, имеют частоту около 500 Гц. Такие частоты находят широкое применение в высокоскоростных коммутационных компонентах, таких как преобразователи и инверторы.

Однако не все приложения нуждаются в высокой частоте. Например, для управления серводвигателем вам потребуется генерировать ШИМ-сигналы с частотой около 50 Гц. Проще говоря, скорость включения и выключения сигнала широтно-импульсной модуляции определяется частотой ШИМ-сигнала.

длительность импульса в цепи ШИМ

Схема ШИМ состоит из ширины импульса (PW). Ширина импульса, по определению, представляет собой прошедшее время или время между нарастающим/высоким и спадающим/нижним фронтами одиночного импульса. Ширина импульса — это длительность другого сигнала, обычно несущего сигнала, используемого при передаче. Чтобы сделать такие измерения точными и воспроизводимыми, 50% уровня мощности используются в качестве контрольных точек.

Как собрать схему ШИМ

Само по себе создание схемы ШИМ не является сложной задачей. Ниже приведены некоторые материалы, необходимые для изготовления схемы ШИМ. Глянцевая бумага

• Плакированная медью плита
• Ацетон
• Хлорное железо
• ЛАЗЕРНЫЙ принтер
• Ножницы
• Маркер
• Пластиковый контейнер
• Наждачная бумага
• Защитные перчатки
• Пила
• Латексные перчатки

Шаг 1. Проектирование схемы

Начните с разработки принципиальной схемы в программном обеспечении для проектирования печатных плат. Вы можете использовать программное обеспечение для проектирования, такое как Kicad, Express PCB, Dip Trace, NI Multism или Altium Designer. EAGLE PCB Design Software — лучший вариант.

Шаг 2. Разработка топологии печатной платы

После того, как вы завершили разработку принципиальной схемы, пришло время разработать компоновку печатной платы, предпочтительно с помощью инструмента Eagle EDA. После того, как вы закончите, распечатайте изготовление печатных плат, высока вероятность сбоев компоновки, что может иметь большое значение для негативного влияния на функциональность конечного продукта. На глянцевой бумаге имеется несколько разводок печатных плат. Здесь используйте только ЛАЗЕРНЫЙ принтер. Необходимые компоненты включают следующее:

• Заголовок (2,54 мм)
• Печатная плата:стекловолокно FR4
• Винтовая клеммная колодка
• Конденсатор — 0,1 мкФ (104)
• Резисторы
• 1N5403 — диод (3 А)
• TLP250 — драйвер шлюза
• IRFP460 — силовой полевой МОП-транзистор

Шаг 3. Процесс пайки

Для управления мощным МОП-транзистором используйте драйвер затвора на ИС. Но опять же, микросхема TLP250 подходит для схемы драйвера затвора IGBT и силового MOSFET. Вы можете использовать ШИМ-контроллер для управления уровнями яркости светодиода или даже использовать его в качестве драйвера светодиода. ШИМ-контроллер также работает или выполняет те же функции, что и ШИМ-диммер.

Шаг 4. Расчет рассеиваемой мощности MOSFET

Четвертый шаг включает в себя расчет рассеиваемой мощности. Ниже приведена формула расчета рассеиваемой мощности:

P =R X I ²

P =R_ds (ВКЛ) X I ²

Здесь

Р =Мощность

Я =Текущий

R_дс (ON) =сопротивление сток-исток в открытом состоянии

Шаг 5. Максимальное рассеивание мощности без учета радиатора

Рассеиваемая мощность — это максимальная мощность, рассеиваемая МОП-транзистором при заданных тепловых условиях. Пятый шаг к построению схемы ШИМ включает в себя расчет максимальной рассеиваемой мощности без радиатора. Расчет рассеиваемой мощности прост. Рассеиваемая мощность рассчитывается путем вычитания температуры перехода из температуры окружающей среды и деления полученного значения на максимальное значение между переходом и окружающей средой.

Pd =Tj (макс.) – TA

РОЯ

Шаг 6. Подключение драйвера ШИМ

Это последний шаг к вашей схеме ШИМ. Для сопряжения или, скорее, завершения вашего ШИМ-драйвера вам понадобятся перемычки, ШИМ-драйвер, плата Arduino UNO, двигатель постоянного тока, SMPS и потенциометр 10k.

На что следует обратить внимание

Разработка схемы ШИМ может оказаться непростой задачей, особенно если вы не будете внимательно следовать инструкциям. Вы можете заметить, что на самом деле все будет немного отличаться от того, что вы найдете в книгах или в Интернете. Чтобы быть в безопасности, вам нужно учитывать несколько вопросов. Например, вы должны убедиться, что у вас есть все необходимые материалы.

Кроме того, вам необходимо убедиться, что вы выполнили все шаги от начала до конца, как указано. Вы также должны учитывать вопросы, связанные с безопасностью. Убедитесь, что вы работаете в чистой и безопасной среде. Кроме того, вы должны быть знакомы с вычислениями, поскольку вам, возможно, придется вычислять важные аспекты, такие как рассеиваемая мощность, мощность резистора и использование микроконтроллеров, среди прочего.

Область применения

Схемы ШИМ находят применение в самых разных приложениях. Удачные примеры использования ШИМ-контроллеров включают следующее:

• Используется для управления скоростью двигателей постоянного тока.
• Они находят применение для управления яркостью светодиодных лент и светодиодных фонарей.
• Используется для генерации тона
• Они также находят применение в нагревателях постоянного тока.
• Используется в компонентах с питанием от постоянного тока.

Хотите настроить ШИМ-контроллер? Вы можете связаться с нами

Настройка ШИМ-контроллера может оказаться сложной задачей. Большинству людей сложно настроить ШИМ-контроллеры. Вам сложно настроить ШИМ-контроллер? Не волнуйся. Мы в WellPCB здесь, чтобы помочь вам. Не страдайте молча, когда мы можем помочь. Мы разбираемся во всех аспектах, связанных с ШИМ-контроллерами двигателей. Позвольте нам настроить все для вас, пока вы сидите и отдыхаете. В зависимости от вашего использования, мы установим для вас нагрузку, подключим всю проводку, чтобы избежать коротких замыканий, и рассчитаем максимальную рассеиваемую мощность для вашего ШИМ-контроллера.

Заключение

Как отмечалось ранее, управление скоростью двигателей постоянного тока достижимо многими способами. Однако использование широтно-импульсной модуляции является лучшим и наиболее надежным методом. Существует множество преимуществ, связанных с использованием широтно-импульсной модуляции для управления скоростью двигателей постоянного тока. Некоторые из них включают небольшие потери мощности и постоянное напряжение двигателя. Сборка ШИМ-двигателя может оказаться утомительным занятием, особенно если вы не будете следовать всем инструкциям. Если вам сложно разработать и настроить ШИМ-контроллер, вы можете обратиться к нам за помощью. Мы лучшие профессиональные проектировщики ШИМ с многолетним опытом и профессионализмом.