Электрификация

Справочник домашнего мастера

Шим регулятор на 555

alex-day ›
Блог ›
Широтно Импульсная Модуляция (ШИМ, PWM)

Все микропроцессоры работают с цифровыми сигналами, т.е. с логическим нулем (0 В), или логической единицей (5 В или 3.3 В). Поэтому микропроцессор не может сформировать на выходе промежуточное напряжение. Использование для этих целей внешних ЦАП (www.drive2.ru/b/2558751/) — сложно и задействует сразу много ножек микропроцессора, что неудобно. В этих случаях применяют Широтно-импульсную модуляцию (ШИМ, англ. pulse-width modulation (PWM)) — процесс управления мощностью, подводимой к нагрузке, путём изменения скважности импульсов, при постоянной частоте. Широтно-импульсная модуляция представляет собой периодический импульсный сигнал.
Существуют цифровые и аналоговые ШИМ. Принцип их работы остается одинаковым вне зависимости от исполнения и заключается в сравнении двух видов сигналов:
Uоп – опорное (пилообразное, треугольное) напряжение;
Uупр – входное постоянное напряжение.
Cигналы поступают на компаратор, где они сравниваются, а при их пересечении возникает / исчезает (или становится отрицательным) сигнал на выходе ШИМ.
Выходное напряжение Uвых ШИМ имеет вид импульсов, изменяя их длительность, мы регулируем среднее значение напряжения (Ud) на выходе ШИМ:

Скважность сигнала при однополярной ШИМ
Однополярная модуляция означает, что происходит формирование импульсов только положительной величины и имеет место нулевое значение напряжения
Скважность импульсов
Если сформированный таким образом сигнал подать на объект, обладающий фильтрующими свойствами, например, на двигатель постоянного тока или лампу накаливания, то объект будет использовать среднюю мощность сигнала.
Т.е. мощность, потребляемая объектом управления, пропорциональна скважности сигнала ШИМ, при условии, что период импульсов ШИМ на порядок меньше минимальной постоянной времени объекта.
ШИМ может быть встроенным выходом микропроцессора, может быть организована отдельно на выходе микропроцессора с обычным цифровым выходом.
Преимущество использования ШИМ — это легкость изменения величины напряжения при минимальных потерях.

Параметры ШИМ

Период тактирования T определяет через какие промежутки времени подаются импульсы.

Длительность импульса — величина показівающая время в течении которого подается сигнал t, с;

Скважность — Соотношение длины импульса (τ) к периоду тактирования (T); пропорционально модулирующей величине. Коэффициент заполнения обычно отображают в процентах (%).

Коэффициент заполнения D – величина обратная скважности.
Несмотря на то, что скважность и коэффициент заполнения могут использоваться в одинаковом контексте, физический смысл их отличается.
Эти величины безразмерны.

PS ШИМ может быть реализован не только при помощи микроконтроллеров, но и на аналоговой базе. Например, простейший ШИМ на основе мультивибратора из двух транзисторов:

описание его работы здесь — cxem.net/house/1-277.php
Моя версия этого регулятора — www.drive2.ru/b/456409476786815382/

СХЕМА ШИМ РЕГУЛЯТОРА

Регулировка оборотов электродвигателей в современной электронной технике достигается не изменением питающего напряжения, как это делалось раньше, а подачей на электромотор импульсов тока, разной длительности. Для этих целей и служат, ставшие в последнее время очень популярными — ШИМ (широтно-импульсно модулируемые) регуляторы. Схема универсальная — она же и регулятор оборотов мотора, и яркости ламп, и силы тока в зарядном устройстве.

Схема ШИМ регулятора

Указанная схема отлично работает, печатная плата прилагается.

Без переделки схемы напряжение можно поднимать до 16 вольт. Транзистор ставить в зависимости от мощности нагрузки.

Можно собрать ШИМ регулятор и по такой электрической схеме, с обычным биполярным транзистором:

А при необходимости, вместо составного транзистора КТ827 поставить полевой IRFZ44N, с резистором R1 — 47к. Полевик без радиатора, при нагрузке до 7 ампер, не греется.

Работа ШИМ регулятора

Таймер на микросхеме NE555 следит за напряжением на конденсаторе С1, которое снимает с вывода THR. Как только оно достигнет максимума — открывается внутренний транзистор. Который замыкает вывод DIS на землю. При этом на выходе OUT появляется логический ноль. Конденсатор начинает разряжаться через DIS и когда напряжение на нем станет равно нулю — система перекинется в противоположное состояние — на выходе 1, транзистор закрыт. Конденсатор начинает снова заряжаться и все повторяется вновь.

Заряд конденсатора С1 идет по пути: «R2->верхнее плечо R1 ->D2», а разряд по пути: D1 -> нижнее плечо R1 -> DIS. Когда вращаем переменный резистор R1, у нас меняются соотношения сопротивлений верхнего и нижнего плеча. Что, соответственно, меняет отношение длины импульса к паузе. Частота задается в основном конденсатором С1 и еще немного зависит от величины сопротивления R1. Меняя отношение сопротивлений заряда/разряда — меняем скважность. Резистор R3 обеспечивает подтяжку выхода к высокому уровню — так так там выход с открытым коллектором. Который не способен самостоятельно выставить высокий уровень.

Рекомендации по сборке и настройке

Диоды можно ставить любые, конденсаторы примерно такого номинала, как на схеме. Отклонения в пределах одного порядка не влияют существенно на работу устройства. На 4.7 нанофарадах, поставленных в С1, например, частота снижается до 18кГц, но ее почти не слышно.
Если после сборки схемы греется ключевой управляющий транзистор, то скорее всего он полностью не открывается. То есть на транзисторе большое падение напряжения (он частично открыт) и через него течет ток. В результате рассеивается большая мощность, на нагрев. Желательно схему параллелить по выходу конденсаторами большой емкости, иначе будет петь и плохо регулировать. Чтобы не свистел — подбирайте С1, свист часто идет от него. В общем область применения очень широкая, особенно перспективным будет её использование в качестве регулятора яркости мощных светодиодных ламп, LED лент и прожекторов, но про это в следующий раз. Статья написана при поддержке ear, ur5rnp, stalker68.
Форум по широтно-импульсным регуляторам

Обсудить статью СХЕМА ШИМ РЕГУЛЯТОРА

Шим На Ne555

Доброго дня всем. Помогите новичку пожалуйста. Занедорого достались фары от гибридного авто в которых светодиоды вместо галогеновых ламп. Достались без блоков-драйверов. Купить их не предлагайте ( дорого (. Очень хочу их правильно запитать, чтоб долго прослужили. Питать от бортовой сети авто 12 вольт (при заведенной машине 13,4-14,1 вольт). Вскрыв фару обнаружил что светодиоды (их 3 штуки) соединены последовательно. Имею в арсенале два блока питания регулируемых. Один до 12 (14 мах) вольт, второй до 36 (39 мах). Сначала подключил к 12 вольтовому — реакции 0. Потом к 36и вольтовому — тоже 0. Отцепил один светодиод и оставшиеся 2 последовательно зажглись примерно на 36 вольт (ток больше 0,8 ампера не давал) И включал их кратковременно чтоб не деградировали. Как светят — фото ниже прилагаю. Светодиод определить не могу — надписей на нем нету. Измерил падение напряжения на одном светодиоде — примерно 10,5 вольт. Включил его через резистор 620 ом (0,125 Вт) подавал напряжение и следил за током. Примерно с 14 вольт на светодиоде стало 10,4 вольта и крутил БП до 18-19 вольт — на светодиоде осталось 10,5 Вольт. Ток опять же больше 0,8 Ампера не давал (этот ток примерно на 19 вольтах через резистор). Читал на китайском сайте nichia храктеристики примерно таких светодиодов — там напряжение питания и 7,3 вольта и 9,8 ( мах 10,5 по таблице) и ток 1 ампер — а я про свои ничего не знаю. Может на моих тоже ток 1 ампер можно подать? Импульсным током? Или сколько надо? Как опредилить? Поставил маленький радиатор на светодиод временно чтоб контролировать нагрев — на 0,8 ампера уже достаточно теплым становится но это при постоянном токе от БП.
Вопросы:
1 При импульсном токе светодиоды не так сильно греются?
2 Как определить светодиод? Может есть какие сайты?
3 Слышал что паралельно подключать светодиоды нельзя только последовательно? Чтоб равномерно ток распределился?
4 Если запитывать последовательно то нужно делать преобразователь напряжения? Китайский DC-DC не подойдет?
5 Хочу в каждой фаре запитать диоды отдельно импульсным током ( два последовательно — те что в линзах стоят и один отдельно — что в боковой подсветке) Если светодиод уже питается от 10,5 вольта — можно отдельно на каждый сделать шим драйвер или как лучше?
6 Есть в арсенале ардуино нано и обычная. Можно с нее пускать импульсы для открывания ключей (и какие лучше ставить). Например едешь на машине прямо — горят два светодиода в линзах, начинаешь поворачивать — включается третий светик — который в боковой подсветке (горят все три)
7 Если 5 и 6 возможно — какой частотой импульсов питать светодиоды? И какая скважность импульса должна быть хоть примерно? Хватит ли частоты ардуинки для этого? Или это лишнее и достаточно на NE555 сделать с ключем ШИМ?
Голова уже кипит от моих «знаний» — подскажите кому не сложно? Отблагодарю $ на номер телефона закину. Заранее спасибо. С Уважением, Санечек )

В этой инструкции я покажу, как создать простой ШИМ регулятор (широтно-импульсную модуляцию) из чипа 555, таймера и некоторых других компонентов. Всё очень просто, и схема включения NE555 хорошо работает для контроля светодиодов, лампочек, сервомоторов или двигателей постоянного тока.

Мой ШИМ регулятор на 555 может лишь изменять коэффициент заполнения с 10% до 90%.

Шаг 1: Что такое ШИМ

Широтно-импульсная модуляция (ШИМ) сигнала или источника питания включает в себя модуляцию его рабочего цикла, чтобы либо передавать информацию по каналу связи, либо управлять посылаемой мощностью. Самый простой способ генерации сигнала ШИМ требует только пилообразного или треугольного сигнала (легко генерируемого с использованием простого осциллятора) и компаратора.

Когда значение опорного сигнала (зеленый синусоидальной волны на рисунке 2) больше, чем сигнал модуляции (синий), ШИМ сигнал (пурпурный) находится в высоком состоянии, в противном случае она находится в низком состоянии. Но в моем ШИМ я не буду использовать компаратор.

Шаг 2: Типы ШИМ

Существует три типа ШИМ:

  1. Центр пульсации может быть зафиксирован в середине временного окна, и оба края импульса перемещаются для сжатия или расширения ширины.
  2. Передняя кромка пульсации может удерживаться у передней кромки временного окна, а хвостовая кромка будет модулироваться.
  3. Хвостовая кромка пульсации может быть зафиксирована, а передняя кромка будет модулироваться.

Три типа сигналов ШИМ (синий): модуляция передней кромки (верхняя строка), модуляция задней кромки (средняя строка) и пульсация в середине (обе кромки модулируются, нижняя строка). Зеленые линии — это пилообразные сигналы, используемые для генерации сигналов ШИМ с использованием метода пересечения.

Шаг 3: Как нам поможет ШИМ?

Питание:
Шим может использоваться для уменьшения общего количества энергии, подаваемой на LOAD, без потерь, обычно возникающих при ограничении источника питания резистивным средством. Это связано с тем, что средняя подаваемая мощность пропорциональна циклу модуляции.

При достаточно высокой скорости модуляции пассивные электронные фильтры могут использоваться для сглаживания последовательности импульсов и восстановления среднего аналогового сигнала.

Высокочастотные системы управления мощностью при помощи ШИМ легко реализуются с использованием полупроводниковых переключателей. Дискретные состояния включения/выключения модуляции используются для управления состоянием переключателя (переключателей), которые соответственно управляют напряжением. Основным преимуществом этой системы является то, что переключатели либо выключены и не имеют ток, либо включены и (в идеале) не имеют потерь напряжения вокруг них. Произведение тока и напряжение в любое заданное время определяет мощноость, рассеиваемую переключателем, таким образом (в идеале), мощность вообще не рассеивается.

На самом деле, полупроводниковые переключатели не являются идеальными, но на них все же возможно построить контроллеры высокой эффективности.

ШИМ также часто используется для управления подачи электроэнергии на другое устройство, например, при управлении скоростью электродвигателей, регулирования громкости аудиоусилителей класса D или регулировании яркости источников света и многих других приложений силовой электроники. Например, световые диммеры для домашнего использования используют определенный тип управления ШИМ.

Домашние световые диммеры обычно включают в себя электронные схемы, которые подавляют ток в определенных частях каждого цикла напряжения сети переменного тока. Регулировка яркости света, испускаемого источником света, — это просто вопрос настройки напряжения (или фазы) в цикле переменного тока, в котором диммер начинает подавать электрический ток на источник света (например, с помощью электронного переключателя, такого как симистор ). В этом случае рабочий цикл ШИМ определяется частотой сетевого напряжения (50 Гц или 60 Гц в зависимости от страны). Эти довольно простые типы диммеров могут эффективно использоваться с инертными (или относительно медленно реагирующими) источниками света, такими как лампы накаливания, например, для которых дополнительная модуляция в подаваемой электрической энергии, вызванная диммером, вызывает лишь незначительные дополнительные колебания в испускаемый свет.

Однако некоторые другие источники света, такие как светодиоды, очень быстро включаются и выключаются и, по-видимому, мерцают, если они поставляются с низким напряжением. Воспроизводимые эффекты мерцания от таких источников быстрого реагирования могут быть уменьшены за счет увеличения частоты ШИМ. Если флуктуации света достаточно быстры, зрительная система человека больше не может их фиксировать, и глаз воспринимает среднюю интенсивность времени без мерцания (см. Порог слияния фликкера).

Регулирование напряжения:
ШИМ также используется в эффективных регуляторах напряжения. Путем переключения напряжения на нагрузку с соответствующим рабочим циклом выход будет приближать напряжение на желаемом уровне. Шум переключения обычно фильтруется индуктором и конденсатором.

Один метод измеряет выходное напряжение. Когда он ниже желаемого напряжения, он включает переключатель. Когда выходное напряжение выше желаемого напряжения, оно отключает переключатель.

Регуляторы частоты вращения вентиляторов для компьютеров обычно используют ШИМ, так как она намного эффективнее по сравнению с потенциометром.

ШИМ иногда используется в синтезе звука, в частности в субтрактивном синтезе, поскольку она дает звуковой эффект, подобный хору или слегка расстроенным осцилляторам, которые играют вместе. (На самом деле PWM эквивалентна разности двух пилообразных волн.) Отношение между высоким и низким уровнем обычно модулируется низкочастотным генератором или LFO.

Популярным стал новый класс аудиоусилителей, основанный на принципе ШИМ. Называемые «усилители класса D», эти усилители создают эквивалент ШИМ аналогового входного сигнала, который подается на громкоговоритель через подходящую фильтрующую сеть для блокировки несущей и восстановления исходного аудиосигнала. Эти усилители характеризуются очень хорошими показателями эффективности (около 90%) и компактными размерами / малым весом для больших выходных мощностей.

Исторически сложилось, что грубая форма ШИМ используется для воспроизведения цифрового звука PCM на динамике ПК, который способен воспроизводить только два уровня звука. Тщательно определяя длительность импульсов и полагаясь на физические свойства фильтрации динамика (ограниченный частотный отклик, самоиндуктивность и т. д.), можно получить приблизительное воспроизведение образцов моно PCM, хотя и при очень низком качестве, и с очень разными результатами между реализациями.

В более поздние времена был введен метод цифрового кодирования прямого потока Digital Stream, который использует обобщенную форму широтно-импульсной модуляции, называемую модуляцией плотности импульса, при достаточно высокой частоте дискретизации (как правило, порядка МГц) для покрытия всех акустических частот с достаточной точностью. Этот метод используется в формате SACD, а воспроизведение кодированного аудиосигнала по существу аналогично методу, используемому в усилителях класса D.

Динамик: Используя ШИМ, можно модулировать дугу (плазму), и если она находится в диапазоне слуха, ее можно использовать в качестве динамика. Такой динамик используется в звуковой системе Hi-Fi в качестве высокочастотного динамика.

Круто, не так ли?

Шаг 4: Необходимые компоненты

Это простая схема с одним чипом, поэтому вам не понадобится много компонентов

  • NE555, LM555 или 7555 (cmos)
  • Рекомендую использовать два диода 1n4148, но подойдут и диоды серии 1n40xx
  • Потенциометр 100К
  • Зеленый конденсатор 100nf
  • Керамический конденсатор 220pf
  • Печатная плата
  • Полупроводниковый транзистор

Шаг 5: Построение устройства

Просто следуйте диаграмме и поместите все детали на макет. Проверьте дважды расположение каждого компонента перед тем, как включить устройство. Если вы хотите эффективно управлять и контролировать яркость источника света или двигатель, вы можете поставить на его выход только силовой транзистор, но если вы хотите лишь управлять источником света или двигателем, тогда рекомендуется поставить ёмкий конденсатор, например, 2200uf. Если поставить этот конденсатор и включить мотор на нагрузке в 40%, то двигатель будет на 60% эффективнее на той же скорости и крутящем моменте.

Здесь есть два видео, на которых показано, как работает моя ШИМ. На первом вы можете видеть, что вентилятор начинает вращаться на 90% рабочем цикле. На втором вы можете видеть, что светодиоды мигают, а вентилятор работает на 80%.

Файлы

ШИМ УПРАВЛЕНИЕ КУЛЕРОМ С ТЕРМИСТОРОМ

Поскольку радиолюбителям часто нужен вентилятор для охлаждения мощных усилителей, зарядок и блоков питания, решено было создать небольшой проект для этого дела. Никто не любит шум от работы кулера, поэтому нужно использовать вентилятор, который будет отключаться когда он не нужен (температура радиатора невелика). Используя широтно-импульсную модуляцию (ШИМ), а не плавно меняющееся напряжение, можно точно контролировать скорость вращения вентилятора и увеличивать её при необходимости. Для реализации этого и соберем такую схему:

Тут использован преобразователь постоянного тока, а не линейный стабилизатор, чтобы снизить 24 В до 5 В, потому что линейный LM7805 слишком нагрелся бы, гася избыточное напряжение.

Используется компаратор с гистерезисом, чтобы определить начальную точку включения вентилятора, основываясь на показаниях температуры (в омах) термистора, который установлен на радиаторе. Данный термистор меняет сопротивление от 10К при комнатной температуре до примерно 5К, когда радиатор сильно нагревается.

Хитрость этой схемы заключается в том, что управляющее напряжение (CV) от таймера 555 используется для управления ШИМ. 555 генерирует импульсы и ширина импульса, а также частота, варьируются путем подачи напряжения на вход CV. Выход 555 идет на FET, который приводит в движение кулер.

Все работает очень хорошо, но от вентилятора немного слышна низкая частота следования импульсов, поэтому нужно было использовать C4 и C5, чтобы убрать этот звук. Правда у этой конструкции есть два недостатка:

  1. Во-первых, нельзя регулировать на 100% ширину импульса. Минимум — около 30%, вентилятор вращается очень медленно, но максимум — около 70%.
  2. Другим недостатком является то, что нельзя увеличить частоту импульсов выше частоты слышимости 20 кГц, потому что тогда влияние термистора на диапазон ШИМ значительно уменьшается.

Существуют специальные контроллеры двигателей, которые позволяют решить это, на их основе сделаны две разные схемы. Один для вентилятора на 12 В и один для вентилятора на 5 В постоянного тока. Микросхема TC648 работает очень хорошо и такой ШИМ-кулер является хорошим дополнением к мощному блоку питания.

После экспериментов решено было внести несколько изменений в схему. Сначала задействовать контакт VAS. В объяснении говорится, что для него необходимо установить порог автоматического выключения, но он также устанавливает порог включения.

Во-вторых, удалим резистор, который стоял параллельно термистору NTC. Также экспериментировали с C7, который устанавливает частоту и удаляет слышимые шумы на более низких скоростях. Это работало только с ограничением 10 нФ, но тогда ограничено регулируется скорость. Поэтому остановимся на использовании значения 1 мкФ.

И вот последняя версия схемы управления вентилятором:

В самом простейшем варианте можно задействовать такую схему, но её возможности конечно сильно ограничены.

Форум

Обсудить статью ШИМ УПРАВЛЕНИЕ КУЛЕРОМ С ТЕРМИСТОРОМ

ШИМ – регулятор оборотов вентилятора

ШИМ – управление очень часто применяется для управления двигателями постоянного тока, от детских электромобилей до регулировки оборотов кулера. В нашей схеме задающим звеном является таймер 555, который подключен по схеме генератора прямоугольных импульсов.

Управление производится с помощью мощного полевого транзистора, который в схеме не критичен и можно заменять в довольно широких пределах – IRFZ24, IRFZ40, IRFZ44, IRFZ46, IRFZ48, IRF3205, IRL3710, IRL3705, IRF1404 и им подобные, в общем аналогов куча.

Регулировка оборотов вентилятора происходит довольно плавно, благодаря принципу ШИМ-управления, для увеличения/уменьшения оборотов просто нужно крутить переменный резистор.

Полевой транзистор нужно установить на теплоотвод, которым может являться и кузов автомобиля, но в таком случае транзистор изолируется от кузова с помощью слюдяной изолирующей прокладки.

Переменный резистор с номиналом 10 килоом с мощностью 0,5 ватт, можно 0,25-1 ватт. Номинал этого резистора (сопротивление) может отклоняться в ту или иную сторону в районе 50-70% – от 4,7кОм и вплоть до 20 кОм.

При желании схему можно собрать и поверхностным монтажом, хотя из-за минимального количества комплектующих элементов размеры самой схемы могут быть не более спичечного коробка.

Для удобного монтажа таймер желательно установить на специализированную пластмассовую петлю – для быстрой замены без использования припоя и паяльника.

Автор; АКА КАСЬЯН

Представляю вашему вниманию схему пропорционального управления оборотами вентилятора охлаждения автомобиля в зависимости от температуры охлаждающей жидкости.
Потребность данной схемы возникла во время перехода от механической термомуфты на электрический вентилятор.
Схема состоит из 3-х блоков. Блок управления питанием, блок контроля температуры и регулирования ШИМ, блок силового управления.
Блок управления питанием.
На автомобиле устанавливался достаточно мощный вентилятор (потребление порядка 20А при максимальных оборотах) поэтому было важно обеспечить стабильную и безопасную работу схемы по питанию учитывая работу ШИМ регулирования, которая дает жесткую, динамическую нагрузку с резкими фронтами. В схеме по питанию установлены достаточно емкие сглаживающие конденсаторы. В момент подачи напряжения, при заряде конденсаторов возникают очень большие токи, нужно было осуществить схему плавной зарядки сглаживающих конденсаторов. Я принципиально не хотел ставит механические реле. Выбор пал на доступный по цене и наличию интеллектуальный ключ U4 IR3310
При отсутствии напряжения на контакте ЗАЖИГАНИЕ, схема находится не в активном состоянии, ключ U4 выключен (максимальный ток утечки ничтожно мал, 15 µA, что практически никак не сказывается на состоянии аккумуляторной батареи при длительным простое автомобиля).
При подаче напряжения на контакт ЗАЖИГАНИЕ, через резистор R13 начинают заряжаться конденсаторы С12 – С17. При достижении напряжения на конденсаторах Vаккум. -2.4V срабатывает тригер шимитта на U5.1 который открывает ключ U4. Одновременно с этим, закрывается оптопара VO1, начинается заряд конднсатора C9 и мягкий старт генерации ШИМ U2 на TL494 (сразу при включении оптопара VO1 находиться в активном состоянии и не дает начать генерацию ШИМ до момента включения интеллектуального ключа U4).
Блок контроля температуры и регулирования ШИМ.
Собран на U2, популярной специализированной микросхеме ШИМ TL494. В качестве датчика температуры использован датчик U1 LM235 с линейной зависимостью напряжения от температуры. На C9 и R7 собрана схема мягкого старта, что обеспечивает плавный запуск оборотов вентилятора во всех режимах. Величина заполнения ШИМ сигнала (обороты электродвигателя) регулируются внутренним усилителем ошибки IN_1. Второй усилитель ошибки отключен. Резистором R2 задается порог температуры, при котором начинается вращение вентилятора. Резистором R5 задается коэффициент усиления усилителя ошибки, т.е. этим резистором мы настраиваем второй порог, температуру при которой обороты вентилятора достигнут максимума. Частота генерации ШИМ лежит вне диапазона человеческого слуха, 19.64кГц
Блок силового управления.
Используется достаточно мощный MOSFET транзистор Q1 IRFP064N, который с запасом по току и по мощности управляет 20-ти амперным электомотором. Т.к. транзистор Q1 имеет достаточно “тяжелый” затвор, поэтому используется специализированный драйвер U3 TC4420. При использовании N-канального Mosfet транзистора, подключение электромотора вентилятора получается двух проводным, без подключения к общей массе автомобиля. Для меня это было некритично, штатной системы охлаждения не было, поэтому делать совместимость по обшей массе не нужно было. К тому-же по N-канальные MOSFET транзисторы имеют существенно лучшие характеристики, цену и доступнее на рынке.
Детали и конструкция.
Термодатчик U1 LM235 устанавливается на силиконовой герметике в глухое отверстие болта М12, который в свою очередь вкручивается (на фум ленте) в нержавеющую трубку, вставленную на хомутах в разрыв тепловой магистрали на выходе из термостата. Трубку можно сделать самому или есть уже готовые трубки на автрынке. Можно придумать и иной вариант крепления термодатчика. Я сначала думал вкрутить болт с термодатчиком прямо в корпус термостата, просверлив и нарезав соответствующую резьбу. Но потом передумал, решил, что проще шланг разрезать и вставить вставку.
Конденсаторы C12 – C17 на напряжение минимум 25В и температурным диапазоном до +105°C
Резистор R15 5Вт
Резисторы R2 и R5 многооборотные.
Особое внимание нужно обратить на диод D3, он должен быть ультрабыстрым, отлично подходит BYV27-200 и на диодную сборку D1. При Работе ШИМ на достаточно мощную индуктивную нагрузку, которой является электромотор, возникают сильные обратные выбросы ЭДС самоиндукции электромотора. Для гашения обратных выбросов я использовал диодную сборку из двух диодов Шоттки, которые используются в компьютерных блоках питания. Но с диодами Шоттки нужно быть аккуратным, они очень хороши, достаточно быстрые и имеют маленькое падение напряжение на переходе, но очень легко пробиваются при превышении обратного напряжения! Я использовал достаточно высоковольтные диоды Шоттки VS-60CPQ150PBF.
Если подобных диодов нет, то вполне можно использовать более доступные ультрабыстрые диоды на ток порядка 15А (они обычно достаточно высоковольтные, на несколько сотен вольт и более). При выборе диода стараться подобрать с минимальным временем восстановления и меньшим прямым напряжение на переходе. Такой диод тоже будет отлично работать, только будет немного больше нагреваться чем диод Шоттки.
Печатная плата из двухстороннего стеклотекстолита. U4, Q1 и D1 установлены на общий радиатор через теплопроводящие прокладки. Радиатор использовал в виде алюминиевого уголка, на одной грани которого установлены элементы, а второй гранью уголок крепиться к металлическому шасси автомобиля для отвода тепла. При правильной топологии платы, особого нагрева элементов не происходит. Подключение силовых проводов от аккумулятора и к эекторомотору я использовал винтовые клеммы на плате под винты M4. Провода желательно делать как можно короче и достаточного сечения, особенно это касается проводов подключения самого электромотора. Я использовал провода по 7.5мм2 (по три провода 2.5мм2 в паралель).
При разводке платы нужно обязательно обратить внимание на правильное разделение сигнальных и силовых линий. Как питания так и земли. В одну точку делается подвод и с этой точки идет силовая линия на силовые элементы и с этой же точки идет отдельная линия на питание сигнальной части (питание ШИМ и т.п.). Если снимать питание на сигнальные части с какой-либо части силовой линии- то будет очень большая “грязь” по питанию в сигнальной части, что отобразиться на стабильности работы схемы. При правильной разводке платы, схема позволяет вывести диапазон ШИМ на частоту порядка 20кГц при сохранении крутизны фронтов управляющих импульсов и без существенного нагрева деталей. Больше всего нагревается интеллектуальный ключ на U4. На нем при максимальных оборотах вентилятора рассеивается до 3Вт. Q1 и D1 греются существенно меньше. Также нужно обратить внимание на достаточную толщину дорожек питания к драйверу U3, конденсатор C7 нужно располагать как можно ближе к U3 и блокировочные конденсаторы C8 и C11 должны подключаться как можно ближе к соотв. выводам микросхемы. Также важно затвор транзистора Q1 располагать как можно ближе к выходу драйвера U3, в идеале по прямой кратчайшей линии через резистор R6. Все это приводит к тому, что получается минимизировать возможные просадки по питанию и отсутствие больших паразитных емкостей в цепях затвора силового транзистора. И как результат хороший фронт импульса и отсутствие паразитных потерь.
Первое включение.
Первое включение желательно проводить через автомобильную лампочку мощностью 40-60Вт (от фар) включенную вместо предохранителя F1. Это защитит от перегорания силовых цепей в случае если вдруг будут ошибки в монтаже. Электромотор и термодатчик пока не подключаем. Подключаем питание от аккумулятора и вывод ЗАЖИГАНИЕ подключаем к плюсовой схеме аккумулятора. Если лампа не загорелась (может кратковременно и незначительно загореться в момент включения), тогда ошибок в монтаже нету, можно лампочку убрать и поставить предохранитель.
Далее вместо нагрузки- электромотора, подключаем автомобильную лампочку-нагрузку от габаритов, 5Вт (можно любую другую, не сильно мощную). Движки резисторов R2 и R5 ставим примерно в среднее положение. Подключаем питание от аккумулятора и на вывод ЗАЖИГАНИЕ подключаем к плюсовой схеме. Примерно через секунду должен загореться светодиод D5 Питание. Должна загореться лампочка-нагрузка в полный накал (при обрыве или отсутствии датчика температуры ШИМ переходит на максимальное заполнение). Если лампочка загорелась, тогда подключаем датчик температуры. Лампочка как может продолжать гореть, так может и перестать гореть. Вращая построечный резистор R2 добиваемся того, чтобы лампочка начала гореть в пол накала. Если после этого взять в руку датчик температуры или поднести паяльник, то интенсивность свечения лампы начнет увеличиваться. В таком случае ШИМ регулятор собран и отслеживает температуру датчика.
Настройка температурных порогов.
Для настройки понадобится или хороший цифровой вольтметр или термометр.
У меня обычный атмосферный дизель и температура открытия термостата составляет 86 °C. За нижний порог я взял именно эту температуру. Температуру, при которой вентилятор будет работать на максимальных оборотах я взял равной 94 °C. У вашего автомобиля эти значения могут отличаться. Это для примера.
Я предпочел настраивать пороги дома на стенде, хотя можно настроить и сразу на автомобиле.
Берем термодатчик, вставляем его в небольшой кусочек пенопласта и бросаем его в кастрюлю с водой с таким расчетом чтобы пенопласт плавал на поверхности, а часть датчика была погружена в воду. Начинаем нагревать воду. При 86 °C вентилятор должен начать уверенно вращаться на небольших оборотах. Это настраиваем резистором R2
Далее нагреваем воду до 94 °C и с помощью R5 добиваемся чтобы при этой температуре обороты достигли максимальных. Это можно отследить по потребляемому току амперметром (ток перестанет увеличиваться) или осциллографом по максимальному заполнению ШИМ (95%).
В моем случае стартовая точка 86 °C + диапазон усиления настроен таким образом, что максимальные обороты при 94 °C. При изменении температуры на 8°C обороты изменяются от минимальных до максимальных. Если я теперь изменю положения R2 к примеру, на 80°C не трогая R5, то у меня получится рабочий диапазон от 80+8=88 °C
Таким образом можно без проблем настроить нужную нам стартовую температуру и нужный диапазон.
Можно настроить диапазон без термометра, просто имея цифровой вольтметр.
Термодатчик LM235 имеет линейную зависимость напряжения от температуры и напряжение на датчике легко просчитывается по формуле 273.15 +t = напряжение в милливольтах.
Можно просто измерять напряжение на датчике вольтметром.
при 86°C
273.15-86=187.15мВ=1.8715В
при 94°C
273.15-94=179.15мВ=1.7915В
Несколько слов про частоту ШИМ.
При частоте ШИМ 1-2кГц выяснилось, что сам электромотор превращается в некоторое подобие электроизлучателя, начинает достаточно сильно и противно пищать. Учитывая, что у меня микроавтобус и мотор находиться под сиденьем водителя, то перспектива поставить себе под сиденье такого себе сверчка особо не радовала). Решил выводить диапазон ШИМ вне звукового. На форумах высказываются различные мнения касательно того, какая частота ШИМ оптимальна. Есть мнения что на высоких частотах электродвигатель уже может нормально не работать, сильно теряет тягу и прочее. Задал частоту порядка 20кГц, то никакого писка уже совершенно нету. И что меня удивило, что электромотор достаточно неплохо себя чувствует при работе на этой частоте. Делал замеры, если использовать частоту 20кГц, то тяга электромотора становиться совсем незначительно меньше (примерно до 10%) по отношению к тому, если используется частота ШИМ 1кГц.
На автомобиле данное устройство отработало сезон. Нареканий никаких нет. Даже в самую сильную жару стрелка термометра стоит стабильно в середине температурного диапазона. Что меня радует, существенно снизился шум, как результат снятого ненужного ремня и массивной термомуфты.
Спасибо за внимание, с уважением Виталий

admin

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Наверх