Шим контроллер что это такое

Что такое ШИМ-контроллер PWM и для чего он нужен

Любой радиолюбитель, начинающий телемастер или электрик рано или поздно столкнётся с такой штукой, как ШИМ-контроллер. За рубежом он маркируется как PWM. Поэтому сегодня я хочу остановиться на вопросе что такое ШИМ-контроллер, как он работает и для чего нужен. Даже если Вы не планируете заниматься ремонтом электронной техники, всё равно эта статья будет интересна для общего ознакомления.

Широтно-импульсный модулятор — принцип работы

Аббревиатура ШИМ расшифровывается, как широтно-импульсный модулятор. На английском это будет так — pulse-width modulation или PWM. В теле- и радио-технике ШИМ-контроллеры используются для преобразования напряжения, их можно встетить даже в качестве узлов системы управления скоростью электроприводов в бытовых приборах, меняя скорость электродвигателя. PWM-контроллер есть даже в обычных импульсных блоках питания.

Там постоянное напряжение на входе преобразуется в импульсы прямоугольной формы, которые формируются с определенной частотой и с определённой скважностью. На выходе, с помощью управляющих сигналов, получается регулировать работу целого транзисторного модуля большой мощности. Таким образом разработчики получили блок управления напряжением регулируемого типа, который значительно меньше и удобнее старых, которые используют понижающий трансформатор, диодный мост и фильтр помех.

Главные плюсы ШИМ:

— маленькие габариты; — отличное быстродействие; — высокая надёжность; — низкая стоимость.

В Интернете Вы можете встретить ШИМ-контроллер на Arduino или NE555. Это не совсем контроллер, а скорее уже генератор ШИМ-импульсов, в которых нет возможности подключения цепи обратной связи. Такие устройства подходят больше для регуляторов напряжения, чем для обеспечения стабильного питания приборов, ведь они могут использоваться только для регулирования выходных параметров, но не для их стабилизации.

Выходы ШИМ-контроллера

Стандартная схема ШИМ-контроллера, который используется в теле-, радио- и иной электронной аппаратуре, характеризуется наличием нескольких выходов.

Общий вывод (GND) — контакт подключается к общему проводу схемы питания контролера. Он соединен с аналогичным контактом схемы подачи питания модуля и контроллирует напряжение на выходе схемы, отключая ее при снижении значения ниже пороговой величины.

Вывод питания (VC) — этот вывод ШИМ-контроллера отвечает за энергоснабжение схемы и подключение питания. Как правило, вывод контроля питания и вывод питания располагаются рядом друг с другом. Не перепутайте его с выводом VCC.

Вывод контроля питания (VCC) — следит, чтобы напряжение питания микросхемы было выше определенного значения. Обычно этот контакт соединяют с VC. Если напряжение на этом выводе падает ниже заданного порогового значения для данного PWM-контроллера, то контроллер выключается. Если этого не делать, то при снижении напряжение на выходе схемы, то транзисторы начнут открываться не полностью и будут быстро нагреваться, что приведёт к поломке.

Выход контроллера OUT – это выходное управляющее напряжение, другими словами отсюда подаётся управляющий ШИМ-сигнал для силовых ключей. Тут надо отметить, что микросхемы бывают разные. Например, есть с друмя выходами — двухтактные, которые применяются для управления двухплечевыми каскадами. Да и сам выходной каскад может быть одно- и двухтактным. Тут главное не запутаться!

Вывод VREF — Опорное напряжение. Обеспечивает работу функции формирования стабильно опорного напряжения. Как правило, екомендуется соединять его с общим проводом конденсатором 1 мкФ для повышения качества и стабильности опорного напряжения.

Вывод ILIM — Ограничитель выходного тока. Это сигнал с датчика тока. Если напряжение на этом выводе превышает заданный порог (как правило, это 1 Вольт), то ШИМ-контроллер закрывает силовые ключи. Если же превышается ещё больший порог (обычно 1.5 Вольта), то PWM-контроллер сбрасывает напряжение на ножке мягкого старта и импульсы на выходе прекращаются.

Вывод ILIMREF — задаёт значение ограничения выходного тока на выводе ILIM.

Вывод SS — так называемый «мягкий старт». Напряжение на этом контакте ограничивает максимально возможную ширину импульсов. Сюда ШИМ-контроллер подает ток фиксированной силы.

Вывод RtCt – используется для подключения времязадающей RC-цепи, используемой для определения частоты ШИМ-сигнала.

Вывод RAMP – это ввод сравнения. Рабоает это так. На контакт подаётся пилообразное напряжение. Как только оно превышает значение напряжение на выходе усиления ошибки, вывод OUT появляется отключающий сигнал. Это основа ШИМ-регулирования.

Вывод CLOCK – тактовые импульсы. Используются для синхронизации между собой сразу нескольких ШИМ-контроллеров. В этом случае RC-цепь подключается только к ведущему контроллеру, RT ведомых соединяется с Vref, а CT ведомых соединяюся с общим.

Вывод INV — это инвертирующий вход компаратора. На нём построен усилитель ошибки. Чем больше напряжение на INV, тем длиннее выходные импульсы.

Вывод NONINV – это неинвертирующий вход компаратора. Его обычно подключают к общему проводу — GND.

Вывод EAOUT — выход усилителя ошибки — Error Amplifier Output. С этого вывода осуществляется частотная коррекция усилителя ошибки, путём подачи сигналов на INV через частотозависимые цепи. Дело в том, что PWM-контроллер достаточно медленно реагирует на воздействие через вход усилителя ошибки и потому схема может сгореть из-за возбуждения. Поэтому и применяется вывод EAOUT.

Как проверить ШИМ-контроллер

Есть несколько способов как сделать проверку ШИМ-контроллера. Можно, конечно это сделать без мультиметра, но зачем так мучаться, если можно воспользоваться нормальным прибором.

Прежде, чем проверять работу ШИМ-контроллера, необходимо выполнить базовую диагностику самого блока питания. Она выполняется так:

Шаг 1. Внимательно осмотреть в выключенном состоянии сам источник питания, в котором установлен PWM. В частности надо тщательно осмотреть электролитические конденсаторы на предмет вздутости.

Шаг 2. Провести проверку предохранителя и элементов входного фильтра блока питания на исправность.

Шаг 3. Провести проверку на короткое замыкание или обрыв диодов выпрямительного моста. Прозвонить их можно не выпаивая из платы. При этом надо быть уверенным, что проверяемая цепь не шунтируется обмотками трансформатора или резистором. Если есть на это подозрение, то всё таки придётся выпаивать элементы и проверять уже по отдельности.

Шаг 4. Провести проверку исправностм выходных цепей, а именно электролитических конденсаторов низкочастотных фильтров, выпрямительных диодов, диодных сборок и т.п.

Шаг 5. Провести проверку силовых транзисторов высокочастотного преобразователя и транзисторов каскада управления. При этом в обязательном порядке проверьте возвратные диоды, которые включенны параллельно электродам коллектор-эмиттер силовых транзисторов.

Проверка ШИМ-контроллера — видео инструкции:

Источник: https://set-os.ru/chto-takoe-shim-kontroller-pwm/

Что такое ШИМ. Широтно Импульсная Модуляция. ШИМ контроллер — МикроПрогер

Уважаемый микропрогер, будем разговаривать с вами предельно простым языком:

представим себе электрический импульс А с амплитудой напряжения от 0В до 5В, длиной 1 мс и периодом повторения 10мс (т.е.

в течение 1 мс напряжение на линии, по которой проходит импульс А составляет 5В, затем в течение 9мс составляет 0В, и так повторяется каждые 10 мс).

А теперь представим, что мы увеличиваем длительность импульса А до 2мс (пусть теперь это будет импульс Б), а повторяется он точно те же каждые 10мс. Задача изменения длительности импульса А с 1мс до импульса Б 2 мс и есть задача ШИМ.

Вообще говоря слово «Модуляция» означает изменение параметров колебания (частоты, амплитуды, фазы). Широтно-импульсная модуляция — изменение скважности импульсов при постоянной частоте. Скважность — то же самое, что протяженность, т.е. в нашем примере это изменение протяженности импульса с 1мс до 2мс.

ШИМ регулятор. Пример

ШИМ регулятор

Работа ШИМ регулятора наглядно отображена на данной картинке-графике.

На графике мы видим три сигнала. Сигналы модулируются ШИМом, который генерирует и регулирует скважность импульсов.

Скважность на графике сверху — 15%. То есть, за один период, равный 100%, 15% времени выдается логическая единица (напряжение TTL уровня +3В либо +5В). 75% времени выдается логический ноль (отсутствие напряжения в линии — 0В).

На среднем графике скважность 50% — 50% времени выдается логическая 1, 50% выдается логический 0.

На графике снизу скважность 90%. 90% -1. 10% — 0.

Если подключить светодиод к нашему ШИМ регулятору, то в случае с первым графиком светодиод будет светиться слабо. С графиком 2 свечение светодиода будет ярче чем с 1, но сам светодиод будет светиться на 50% своей мощности. В случае с 3-им графиком, яркость свечения светодиода будет настроена на 90%, близкие к максимальным.

Как видим, с помощью ШИМ очень удобно регулировать яркость свечения светодиода, а также работу шагового двигателя.

Практическое значение ШИМ

Еще раз вспомнил наши импульсы А и Б. Они бегут по проводу к потребителю электрического тока и представляют собой электрический ток с определенным напряжением(Вольты) и определенной силой(Амперы), которая зависит от потребителя. Потребители в общем случае кушают фиксированный ток (например 300мА).

То есть, если бы импульс А или Б длился все 10мс и не прерывался, то потребление тока для потребителя составило именно 300мА. Если же мы прерываем ток длительностью импульса, то потребление тока при действующем импульсе А составит 300мА * (1/10) = 30мА, при импульсе Б 300мА * (2/10) = 60мА.

Генераторы ШИМ применяются в задачах управления светодиодными светильниками. Все предельное просто: чем больше тока подаем на светодиод, тем ярче он светится. То же самое с RGB светодиодами — подаем на красный(R) импульс А(30мА), на синий импульс Б(60мА), на зеленый 0 — получаем тусклый фиолетовый свет, который получается от менее яркого красного и более яркого синего цветов.

ШИМ применяется в задачах управления вращающимися двигателями — чем больший ток подаем на контакты движка, тем быстрее он вращается. А если двигателя мы имеем три, а в придачу у нас куча идей и целая программа для последовательной подачи импульсов типа А и Б на их обмотки? Тут можно сколотить целый 3Д принтер!

ШИМ контроллер

Для микропрогерского осознания сути словосочетания «ШИМ контроллер«, достаточно понимать общее назначение опорной частоты и способах выдачи на одну ножку микросхемы последовательности логических нулей и единичек.

Допустим, у нас есть микроконтроллер или ПЛИС и все тот же вращающийся движок, который при постоянном токе 5В потребляет 300мА и при этом потреблении вертит своей осью 10 раз в секунду. Теперь нас попросили — сделайте так, чтобы я нажимал на кнопку, а движок сделал 5 оборотов с частотой 1 оборот в секунду, затем сделал еще 2 оборота за 1 секунду и выключился.

Что мы делаем?

Правильно, пишем программу для нашей любимой логической приблуды — плисины или микрика. В проге будет вход, при наличии 1 на котором запускается цикл — выдача 1 в течение 1мс, затем 0 в течение 9мс, так 5 раз подряд. Затем выдача 1 2мс два раза подряд. end module. Start Compilation.

Только перед подключением нагрузки(двигателя) к микроконтроллеру или ПЛИС не забываем прочесть вот эту короткую, по очень полезную статью, не позволяющую спалить наш новоявленный ШИМ-контроллер.

Все просто!

Остались вопросы? Напишите . Мы ответим и поможем разобраться =)

Источник: http://micro-proger.ru/2016/03/21/chto-takoe-shim/

Микросхемы ШИМ-контроллера KA3842, UC3842, UC2842

Микросхемы ШИМ-контроллера ka3842 или UC3842 (uc2842) является самой распространенной при построении блоков питания для бытовой и компьютерной техники, часто используется для управления ключевым транзистором в импульсных блоках питания.

Принцип работы микросхем ka3842, UC3842, UC2842

Микросхема 3842 или 2842 представляет собой ШИМ — Широтно-импульсная модуляция (ШИМ, англ. pulse-width modulation (PWM)) преобразователь, в основном применяется для работы в режиме DC-DC(преобразовывает постоянное напряжение одной величины в постоянное напряжение другой) преобразователя.

Рассмотрим структурную схему микросхем 3842 и 2842 серий:
На 7 вывод микросхемы подается напряжение питания в диапазоне от 16 Вольт до 34. Микросхема имеет встроенный триггер Шмидта (UVLO), который включает микросхему, если напряжение питания превышает 16 Вольт, и выключает если напряжение питания по каким-либо причинам станет ниже 10 Вольт.

Микросхемы 3842 и 2842 серий также обладает защитой от перенапряжения: если напряжение питания превысит 34 Вольта, микросхема отключится. Для стабилизации частоты генерации импульсов микросхема имеет внутри свой собственный 5 вольтовый стабилизатор напряжения выход которого подключен к выводу 8 микросхемы. Вывод 5 масса (земля). На 4 выводе задается частота импульсов.

Достигается это резистором RT и конденсатором CT подключенных к 4 выв. — смотрите типовую схему включения ниже.

6 вывод – выход ШИМ импульсов. 1 вывод микросхемы 3842 служит для обратной связи, если на 1 выв. напряжение занизить ниже 1 Вольта, то на выходе (6 выв.) микросхемы будет уменьшаться длительность импульсов, тем самым уменьшая мощность шим преобразователя. 2 вывод микросхемы, как и первый, служит для уменьшения длительности импульсов на выходе, если напряжение на выводе 2 выше +2,5 Вольт, то длительность импульсов уменьшится, что в свою очередь снизит выдаваемую мощность.

Микросхему с наименованием UC3842 кроме UNITRODE выпускают фирмы ST и TEXAS INSTRUMENTS, аналогами этой микросхемы являются: DBL3842 фирмы DAEWOO, SG3842 фирмы MICROSEMI/LINFINITY, KIA3842 фирмы КЕС, GL3842 фирмы LG, а также микросхемы других фирм с различными литерами (AS, МС, IP и др.) и цифровым индексом 3842.

Схема импульсного блок питания на базе ШИМ-контроллера UC3842

Принципиальная схема 60 Ваттного импулсного блока питания на базе ШИМ-контролера UC3842 и силовом ключе на полевом транзисторе 3N80.

Микросхема ШИМ-контроллера UC3842 — полный datasheet с возможностью скачать бесплатно в pdf формате или смотреть в онлайн справочнике по электронным компонентам на Времонт.su

Источник: http://www.xn--b1agveejs.su/m/ic/mikroshema-ka3842-uc3842-uc2842.html

Диагностирование микросхем семейства CoolSET-F2 на примере ШИМ-контроллера ICE2A0565Z

В системных блоках последних выпусков достаточно часто стали использоваться микросхемы семейства CoolSET-F2. С примером использования этой микросхемы в системном блоке питания наши читатели могли ознакомиться в предыдущих статьях, где мы рассматривали принципиальную схему блока питания PowerMan (InWin) одного из последних выпусков, а именно модель IP-P350AJ2.

ЭТО ИНТЕРЕСНО: Что такое катушка индуктивности

В том блоке питания микросхема ICE2A0565 используется для построения дежурного источника питания. А так как выход из строя дежурного источника питания является одной из самых частых проблем, то рассказ о методах диагностирования данных микросхем будет очень полезен всем, кто занимается системами электропитания.

Тем более что область применения микросхем этого семейства гораздо шире, чем только системные блоки питания персональных компьютеров.

Микросхемы семейства CoolSET представляют собой интегрированные импульсные контроллеры со встроенными силовыми ключами, т.е. микросхемы состоят из двух основных модулей: ШИМ-контроллера и полевого транзистора (CoolMOS). Применение микросхем такого типа позволяет обойтись минимальным набором электронных компонентов при построении блока питания (рис.1), что позволяет уменьшать его габариты и стоимость.

Рис.1

В семейство CoolSET-F2 входит целый ряд микросхем, отличия между которыми отражены в табл.1.

Таблица 1.

Тип контроллера	Корпус	Напряжение перехода сток-исток VDS	Частота генерации FOSC	Сопротивление открытого перехода сток-исток RDSON / Ток стока	Мощность источника питания (при 230/85-265 VAC)
ICE2A0565	DIP-8-6	650 V	100 кГц	4.7 Ом / 0.5А	23 / 13 Вт
ICE2A165	DIP-8-6	650 V	100 кГц	3.0 Ом / 1А	31 / 18 Вт
ICE2A265	DIP-8-6	650 V	100 кГц	0.9 Ом / 2А	52 / 32 Вт
ICE2A365	DIP-8-6	650 V	100 кГц	0.45 Ом / 3А	67 / 45 Вт
ICE2B0565	DIP-8-6	650 V	67 кГц	4.7 Ом / 0.5А	23 / 13 Вт
ICE2B165	DIP-8-6	650 V	67 кГц	3.0 Ом / 1А	31 / 18 Вт
ICE2B265	DIP-8-6	650 V	67 кГц	0.9 Ом / 2А	52 / 32 Вт
ICE2B365	DIP-8-6	650 V	67 кГц	0.45 Ом / 3А	67 / 45 Вт
ICE2A0565Z	DIP-7-1	650 V	100 кГц	4.7 Ом / 0.5А	23 / 13 Вт
ICE2A180Z	DIP-7-1	800 V	100 кГц	3.0 Ом / 1А	29 / 17 Вт
ICE2A280Z	DIP-7-1	800 V	100 кГц	0.8 Ом / 2А	50 / 31 Вт
ICE2A765I	TO-220-6	650 V	100 кГц	0.45 Ом / 7А	240 / 130 Вт
ICE2B765I	TO-220-6	650 V	67 кГц	0.45 Ом / 7А	240 / 130 Вт
ICE2A765P2	TO-220-6	650 V	100 кГц	0.45 Ом / 7А	240 / 130 Вт
ICE2B765P2	TO-220-6	650 V	67 кГц	0.45 Ом / 7А	240 / 130 Вт

В последней колонке этой таблицы указывается рекомендуемое значение максимальной мощности источников питания, созданных на основе соответствующей микросхемы семейства. В этой колонке представлены два значения:

— первое – для источников питания с фиксированным входным переменным напряжением 230В;

— второе – для источников питания с широким диапазоном входного переменного напряжения (от 85В до 265 В).

Особенностями импульсных контроллеров семейства CoolSET является:

— высокое значение пробивного напряжения: 650В и 800 В;

— минимальное количество внешних элементов, необходимых для работы контроллера;

— наличие внутренней схемы блокировки при снижении входного питающего напряжения;

— частота переключения равна 67 кГц или 100 кГц;

— максимальное значение рабочего цикла составляет 72%;

— полное соответствие европейским требованиям режима малого энергопотребления;

— наличие схемы термической блокировки с последующим автоматическим стартом;

— наличие встроенной защиты от перегрузки (при коротком замыкании);

— наличие встроенной защиты от работы без нагрузки;

— наличие встроенной защиты от превышения напряжения во время автоматического рестарта;

— возможность регулировки порога токового ограничения с помощью внешнего резистора;

— допустимое отклонение от порога токового ограничения не превышает 5%;

— наличие внутренней схемы гашения по переднему краю импульса;

— наличие настраиваемой схемы мягкого старта, обеспечивающей низкий уровень электромагнитных помех.

Таким образом, контроллеры второго поколения семейства CoolSET-F2 обладают целым рядом возможностей, необходимых для построения маломощных дежурных источников питания со всеми необходимыми защитами.

В режиме малого энергопотребления (в режиме Standby) контроллеры уменьшают рабочую частоту, что позволяет снизить потребляемую мощность, поддерживая при этом стабильность выходных напряжений. В режиме Standby частота уменьшается до значения 20/21.5 кГц. Такое значение частоты позволяет избежать образования акустических шумов.

При возникновении различных аварийных ситуаций, например таких как: обрыв цепи нагрузки, превышение выходного напряжения или перегрузка, вызванная коротким замыканием в нагрузке, контроллер переключается в режим авто-рестарта, который управляется внутренним модулем защиты.

За счет того, что контроллер имеет внутренний прецизионный ограничитель тока размеры импульсного трансформатора и вторичных выпрямительных диодов могут быть значительно снижены, что также положительно сказывается на стоимости источников питания.

Микросхемы контролеров семейства CoolSET-F2 могут выпускаться в корпусах различных типов (см. рис.2), но то, что пока приходилось встречать в системных блоках питания – это корпуса типа DIP (DIP-8-6 и DIP-7-1).

Рис.2

Эти микросхемы используются, как правило, для построения маломощных источников питания, и, в первую очередь, для дежурных источников и различных зарядных устройств. Корпус типа TO-220, как видно из таблицы 1, предназначен для мощных контроллеров, применяемых для построения источников питания с выходной мощностью до 240 Вт.

Так как диагностику микросхемы невозможно представить себе без точного знания назначения ее контактов, то в табл.2 приводим детальное описание сигналов микросхем семейства CoolSET-F2.

Таблица 2.

Обознач.

Описание

Источник: http://www.mirpu.ru/power/182-coolset-f2.html

Микросхемы ШИМ-контроллеров ON Semi для сетевых источников питания

Заказать этот номер

2010№7

В статье приводится обзор ШИМ-контроллеров компании ON Semiconductor, которые являются прекрасной основой для построения современных сетевых импульсных источников питания.

Известный производитель и мировой эксперт в области электропитания и энергосбережения, компания ON Semiconductor предлагает широкую номенклатуру микросхем ШИМ-контроллеров для выбора.

Микросхемы характеризует невысокая стоимость, высокая эффективность преобразования, экономичность за счет понижения энергопотребления в дежурном режиме, высокая надежность, обеспечиваемая наличием комплекса встроенных защит, а также низкий уровень ЭМИ.

Введение

Сетевой источник питания — один из самых ответственных узлов в структуре электронной аппаратуры. Наиболее важные параметры сетевого преобразователя: рабочий диапазон входного напряжения, потребляемая мощность в дежурном режиме, габаритные размеры, надежность, электромагнитная совместимость и себестоимость.

Подавляющее большинство современной аппаратуры с питанием от сети использует импульсные источники питания. Сетевой импульсный источник питания обеспечивает гальваническую развязку выходных цепей от сетевого напряжения.

Развязка обеспечивается за счет использования импульсного трансформатора в силовой цепи и оптрона в цепи обратной связи.

Ключевым элементом импульсного сетевого источника питания является микросхема ШИМ-контроллера. Основная функция ШИМ-контроллера — управление силовым транзистором (транзисторами), стоящим в первичной цепи импульсного трансформатора, и поддержание выходного напряжения на заданном уровне, используя сигнал обратной связи. Структура современных ШИМ-контроллеров обеспечивает и дополнительные функции, повышающие эффективность и надежность источника питания:

ограничение тока и скважности импульсов в цепи управления силовыми транзисторами;
плавный запуск преобразователя после подачи питания (Soft Start);
встроенный динамический источник питания от высоковольтного входного напряжения;
контроль уровня входного напряжения с устранением «провалов» и «выбросов»;
защита от КЗ в цепи силового трансформатора и выходных цепей выходного выпрямителя;
температурная защита контроллера, а также ключевого элемента;
блокировка работы преобразователя при пониженном и повышенном входном напряжении;
оптимизация управления для дежурного режима и режима с пониженным током в нагрузке (пропуск циклов или переход на пониженную частоту преобразования);
оптимизация уровня ЭМИ.

Рассматриваемые в статье ШИМ-контроллеры не имеют встроенного силового транзистора, управляющего током в первичной цепи силового трансформатора.

Базовые параметры режима управления силовым каскадом

В зависимости от требований конкретного применения в контроллере могут использоваться разные схемы выходного каскада управления силовым ключом, тип управления по цепи обратной связи (по току или по напряжению), а также различный частотный режим преобразования. Тип выходного каскада ШИМ-контроллера определяет и топологию преобразователя.

Типы топологии сетевых преобразователей:

обратноходовой;
прямоходовой;
двухтактный;
полумостовой;
мостовой;
квазирезонансный.

В таблице 1 показаны характеристики базовых топологий схем, используемых при построении импульсных сетевых источников питания.

Таблица 1. Базовые топологии схем, применяемые при построении импульсных источников питания

Обратноходовой преобразователь

Основная схема, по который выполнены многие маломощные импульсные источники питания, — это обратноходовой преобразователь (рис. 1). Эта схема преобразует одно постоянное напряжение в другое, регулируя выходное напряжение посредством широтно-импульсной модуляции (ШИМ) либо частотно-импульсной модуляции (ЧИМ).

Модуляция ширины импульса — это метод управления, основанный на изменении отношения длительности включенного состояния ключа к выключенному при постоянной частоте.

В обратноходовом преобразователе длительность включенного состояния ключа больше длительности выключенного состояния для того, чтобы большее количество энергии было запасено в трансформаторе и передано в нагрузку.

Рис. 1. Типовая схема Flyback-преобразователя

Прямоходовой преобразователь

Другая популярная конфигурация импульсного источника питания известна как схема прямоходового преобразователя и показана на рис. 2. Хотя эта схема очень напоминает обратноходовую схему, имеются и некоторые фундаментальные различия. Прямоходовой преобразователь накапливает энергию не в трансформаторе, а в выходной катушке индуктивности (дросселе).

Точки, обозначающие начало обмоток на трансформаторе, показывают, что, когда ключевой транзистор открыт, во вторичной обмотке появляется напряжение, и ток течет через диод VD1 в катушку индуктивности.

У этой схемы большая продолжительность включенного состояния ключа относительно выключенного состояния, более высокое среднее напряжение во вторичной обмотке и более высокий выходной ток нагрузки.

Рис. 2. Прямоходовой преобразователь напряжения сети

Двухтактный прямоходовой преобразователь

На рис. 3 показан двухтактный преобразователь, который является разновидностью прямоходового преобразователя за исключением того, что оба ключа включены в цепь первичной обмотки трансформатора.

Рис. 3. Схема двухтактного прямоходового преобразователя

В номенклатуре ШИМ-контроллеров ON Semi представлены микросхемы, имеющие различную топологию выходного каскада, тип управления, частотный режим управления, а также дополнительные встроенные функции. В таблице 2 представлены основные параметры ШИМ-контроллеров ON Semi, выпускаемых в настоящее время.

Таблица 2. Основные параметры ШИМ-контроллеров ON Semi для сетевых импульсных источников питания

Тип	Топология	Режим регулирования	Частота, кГц	Режим Stand-by	Защита от пониженного входного напряжения UVLO, В	Защита от КЗ на выходе	Блокировка	Режим Soft Start
NCL30000	Flyback	По току	До 300	—	—	—	—	—
NCL30001	Flyback	По току	До 150	—	—	—	—	—
NCP1237	Flyback	По току	65	—	—	+	+	+
NCP1238	Flyback	По току	65	—	—	+	+	+
NCP1288	Flyback	По току	65	—	10	+	+	+
NCP1379	Flyback	По току	Варьируется	+	9	+	+	+
NCP1380	Flyback	По току	Варьируется	+	9	+	+	+
NCP1252	Forward	По току	До 500	+	9-10	+	+	+
CS51221	Forward	По напряжению	До 1000	—	+	—	+	+
CS5124	Flyback	По току	400	—	+	—	—	+
MC33025

Источник: https://www.kit-e.ru/articles/chip/2010_07_88.php

Все про широтно-импульсную модуляцию (ШИМ)

Широтно-импульсная модуляция (ШИМ) – это метод преобразования сигнала, при котором изменяется длительность импульса (скважность), а частота остаётся константой. В английской терминологии обозначается как PWM (pulse-width modulation). В данной статье подробно разберемся, что такое ШИМ, где она применяется и как работает.

Область применения

С развитием микроконтроллерной техники перед ШИМ открылись новые возможности. Этот принцип стал основой для электронных устройств, требующих, как регулировки выходных параметров, так и поддержания их на заданном уровне. Метод широтно-импульсной модуляции применяется для изменения яркости света, скорости вращения двигателей, а также в управлении силовым транзистором блоков питания (БП) импульсного типа.

Широтно-импульсная (ШИ) модуляция активно используется в построении систем управления яркостью светодиодов. Благодаря низкой инерционности, светодиод успевает переключаться (вспыхивать и гаснуть) на частоте в несколько десятков кГц. Его работа в импульсном режиме воспринимается человеческим глазом как постоянное свечение. В свою очередь яркость зависит от длительности импульса (открытого состояния светодиода) в течение одного периода.

Если время импульса равно времени паузы, то есть коэффициент заполнения – 50%, то яркость светодиода будет составлять половину от номинальной величины. С популяризацией светодиодных ламп на 220В стал вопрос о повышении надёжности их работы при нестабильном входном напряжении. Решение было найдено в виде универсальной микросхемы – драйвера питания, работающего по принципу широтно-импульсной или частотно-импульсной модуляции.

Схема на базе одного из таких драйверов детально описана здесь.

Подаваемое на вход микросхемы драйвера сетевое напряжение постоянно сравнивается с внутрисхемным опорным напряжением, формируя на выходе сигнал ШИМ (ЧИМ), параметры которого задаются внешними резисторами.

Некоторые микросхемы имеют вывод для подачи аналогового или цифрового сигнала управления. Таким образом, работой импульсного драйвера можно управлять с помощью другого ШИ-преобразователя.

Интересно, что на светодиод поступают не высокочастотные импульсы, а сглаженный дросселем ток, который является обязательным элементом подобных схем.

Масштабное применение ШИМ отражено во всех LCD панелях со светодиодной подсветкой. К сожалению, в LED мониторах большая часть ШИ-преобразователей работает на частоте в сотни Герц, что негативно отражается на зрении пользователей ПК.

Микроконтроллер Ардуино тоже может функционировать в режиме ШИМ контроллера. Для этого следует вызвать функцию AnalogWrite() с указанием в скобках значения от 0 до 255. Ноль соответствует 0В, а 255 – 5В. Промежуточные значения рассчитываются пропорционально.

Повсеместное распространение устройств, работающих по принципу ШИМ, позволило человечеству уйти от трансформаторных блоков питания линейного типа. Как результат – повышение КПД и снижение в несколько раз массы и размеров источников питания.

ШИМ-контроллер является неотъемлемой частью современного импульсного блока питания. Он управляет работой силового транзистора, расположенного в первичной цепи импульсного трансформатора. За счёт наличия цепи обратной связи напряжение на выходе БП всегда остаётся стабильным.

Малейшее отклонение выходного напряжения через обратную связь фиксируется микросхемой, которая мгновенно корректирует скважность управляющих импульсов.

Кроме этого современный ШИМ-контроллер решает ряд дополнительных задач, способствующих повышению надёжности источника питания:

обеспечивает режим плавного пуска преобразователя;
ограничивает амплитуду и скважность управляющих импульсов;
контролирует уровень входного напряжения;
защищает от короткого замыкания и превышения температуры силового ключа;
при необходимости переводит устройство в дежурный режим.

ЭТО ИНТЕРЕСНО: Что такое пусковой ток

Принцип работы ШИМ контроллера

Задача ШИМ контроллера состоит в управлении силовым ключом за счёт изменения управляющих импульсов. Работая в ключевом режиме, транзистор находится в одном из двух состояний (полностью открыт, полностью закрыт). В закрытом состоянии ток через p-n-переход не превышает несколько мкА, а значит, мощность рассеивания стремится к нулю.

В открытом состоянии, несмотря на большой ток, сопротивление p-n-перехода чрезмерно мало, что также приводит к незначительным тепловым потерям. Наибольшее количество тепла выделяется в момент перехода из одного состояния в другое.

Но за счёт малого времени переходного процесса по сравнению с частотой модуляции, мощность потерь при переключении незначительна.

Широтно-импульсная модуляция разделяется на два вида: аналоговая и цифровая. Каждый из видов имеет свои преимущества и схемотехнически может реализовываться разными способами.

Аналоговая ШИМ

Принцип действия аналогового ШИ-модулятора основан на сравнении двух сигналов, частота которых отличается на несколько порядков. Элементом сравнения выступает операционный усилитель (компаратор).

На один из его входов подают пилообразное напряжение высокой постоянной частоты, а на другой – низкочастотное модулирующее напряжение с переменной амплитудой.

Компаратор сравнивает оба значения и на выходе формирует прямоугольные импульсы, длительность которых определяется текущим значением модулирующего сигнала. При этом частота ШИМ равна частоте сигнала пилообразной формы.

Цифровая ШИМ

Широтно-импульсная модуляция в цифровой интерпретации является одной из многочисленных функций микроконтроллера (МК). Оперируя исключительно цифровыми данными, МК может формировать на своих выходах либо высокий (100%), либо низкий (0%) уровень напряжения.

Однако в большинстве случаев для эффективного управления нагрузкой напряжение на выходе МК необходимо изменять. Например, регулировка скорости вращения двигателя, изменение яркости светодиода.

Что делать, чтобы получить на выходе микроконтроллера любое значение напряжения в диапазоне от 0 до 100%?

Вопрос решается применением метода широтно-импульсной модуляции и, используя явление передискретизации, когда заданная частота переключения в несколько раз превышает реакцию управляемого устройства. Изменяя скважность импульсов, меняется среднее значение выходного напряжения.

Как правило, весь процесс происходит на частоте в десятки-сотни кГц, что позволяет добиться плавной регулировки. Технически это реализуется с помощью ШИМ-контроллера – специализированной микросхемы, которая является «сердцем» любой цифровой системы управления.

Активное использование контроллеров на основе ШИМ обусловлено их неоспоримыми преимуществами:

высокой эффективности преобразования сигнала;
стабильность работы;
экономии энергии, потребляемой нагрузкой;
низкой стоимости;
высокой надёжности всего устройства.

Получить на выводах микроконтроллера ШИМ сигнал можно двумя способами: аппаратно и программно. В каждом МК имеется встроенный таймер, который способен генерировать ШИМ импульсы на определённых выводах. Так достигается аппаратная реализация. Получение ШИМ сигнала с помощью программных команд имеет больше возможностей в плане разрешающей способности и позволяет задействовать большее количество выводов. Однако программный способ ведёт к высокой загрузке МК и занимает много памяти.

Примечательно, что в цифровой ШИМ количество импульсов за период может быть различным, а сами импульсы могут быть расположены в любой части периода. Уровень выходного сигнала определяется суммарной длительностью всех импульсов за период. При этом следует понимать, что каждый дополнительный импульс – это переход силового транзистора из открытого состояния в закрытое, что ведёт к росту потерь во время переключений.

Пример использования ШИМ регулятора

Один из вариантов реализации ШИМ простого регулятора уже описывался ранее в этой статье. Он построен на базе микросхемы NE555 и имеет небольшую обвязку. Но, несмотря на простату схемы, регулятор имеет довольно широкую область применения: схемы управления яркости светодиодов, светодиодных лент, регулировка скорость вращения двигателей постоянного тока.

Источник: https://ledjournal.info/spravochnik/shirotno-impulsnaya-modulyaciya.html

Возможна ли проверка ШИМ контроллера мультиметром

Широтно–импульсные преобразователи являются конструктивной частью импульсных блоков питания электронных устройств. Разберем, как проверить ШИМ контроллер с применением мультиметра, на примере материнской платы компьютера.

Проверка на материнской плате

Итак, при включении питания платы, срабатывает защита. В первую очередь, необходимо проверить мультиметром сопротивление плеч стабилизатора.

Для этих целей также может быть использован тестер радиодеталей. Если одно из них показывает короткое замыкание, то есть, измеренное сопротивление составляет меньше 1 Ома, значит, пробит один из ключевых полевых транзисторов.

Выявление пробитого транзистора в случае, если стабилизатор однофазный, не составляет труда – неисправный прибор при проверке мультиметром показывает короткое замыкание. Если схема стабилизатора многофазная, а именно так питается процессор, имеет место параллельное включение транзисторов. В этом случае, определить поврежденный прибор можно двумя путями:

произвести демонтаж транзистора и проверить мультиметром сопротивление между его выводами на предмет пробоя;
не выпаивая транзисторы, замерить и сравнить сопротивление между затвором и истоком в каждой из фаз преобразователя. Поврежденный участок определяется по более низкому значению сопротивления.

Второй способ работает не во всех случаях. Если пробитый элемент определить не удалось, придется все же выпаять транзистор.

Далее производится замена поврежденного транзистора, а также, установка на место всех выпаянных в процессе диагностики радиоэлементов. После этого можно попытаться запустить плату.

Первое включение после ремонта лучше выполнить, сняв процессор и выставив соответствующие перемычки. Если первый запуск был успешным, можно проводить тест с нагрузкой, контролируя температуру мосфетов.

Неисправности ШИМ контроллера могут проявляться так же, как и пробой мосфетов, то есть уходом блока питания в защиту. При этом проверка самих транзисторов на пробой результата не дает.

Кроме этого, следствием нарушения функций ШИМ контроллера может быть отсутствие выходного напряжения или его несоответствие номинальной величине. Для проверки ШИМ контроллера следует вначале изучить его даташит. Наличие высокочастотного напряжения в импульсном режиме, при отсутствии осциллографа, можно определить, используя тестер кварцев на микроконтроллере.

Признаки неисправности, их устранение

Перейдем к рассмотрению конкретных признаков неисправностей ШИМ контроллера.

Остановка сразу после запуска

Импульсный модулятор запускается, но сразу останавливается. Возможные причины: разрыв цепи обратной связи; блок питания перегружен по току; неисправны фильтровые конденсаторы на выходе.

Поиск проблемы: осмотр платы, поиск видимых внешних повреждений; измерение мультиметром напряжения питания микросхемы, напряжения на ключах (на затворах и на выходе), на выходных емкостях. В режиме омметра мультиметром надо измерить нагрузку стабилизатора, сравнить с типовым значением для аналогичных схем.

Импульсный модулятор не стартует

Возможные причины: наличие запрещающего сигнала на соответствующем входе. Информацию следует искать в даташите соответствующей микросхемы. Неисправность может быть в цепи питания ШИМ контроллера, возможно внутренне повреждение в самой микросхеме.

Шаги по определению неисправности: наружный осмотр платы, визуальный поиск механических и электрических повреждений. Для проверки мультиметром делают замер напряжений на ножках микросхемы и проверку их соответствия с данными в даташит, в случае необходимости, надо заменить ШИМ контроллер.

Проблемы с напряжением

Выходное напряжение существенно отличается от номинальной величины. Это может происходить по следующим причинам: разрыв или изменение сопротивления в цепи обратной связи; неисправность внутри контроллера.

Поиск неисправности: визуальное обследование схемы; проверка уровней управляющих и выходных напряжений и сверка их значений с даташит. Если входные параметры в норме, а выход не соответствует номинальному значению – замена ШИМ контроллера.

Отключение блока питания защитой

При запуске широтно-импульсного модулятора, блок питания отключается защитой. При проверке ключевых транзисторов короткое замыкание не обнаруживается. Такие симптомы могут свидетельствовать о неисправности ШИМ контроллера или драйвера ключей.

В этом случае нужно произвести замер сопротивлений между затвором и истоком ключей в каждой фазе. Заниженное значение сопротивления может указывать на неисправность драйвера. При необходимости делается замена драйверов.

Источник: https://evosnab.ru/instrument/test/proverka-shim-kontrollera

Что такое ШИМ — широтно-импульсная модуляция?

Микропроцессоры работают исключительно с цифровыми сигналами: с логическим нулем (0В) или с логической единицей (5В или 3.3В). По этой причине на выходе микропроцессор не может сформировать промежуточное напряжение. Применение для решения таких задач внешних ЦАП нецелесообразно из-за сложности. Специально для этого разработана широтно-импульсная модуляция — определенный процесс управления мощностью, идущей к нагрузке, методом изменения скважности импульсов постоянной частотности.

Что такое шим (широтно-импульсная модуляция)?

Это современный метод управления уровнем мощности подаваемой к нагрузке, заключающийся в изменении продолжительности импульса при постоянной частоте их следования. Это технология модуляции сигнала за счет вариативного изменения ширины импульсов, а не выходного напряжения. ШИМ преобразователь может быть аналоговый, цифровой и пр.

Широтно-импульсная модуляция — важнейшие параметры:

Т -период тактирования — промежутки времени, через которые подаются импульсы.
Длительность импульса — время пока подается сигнал.
Скважность — рассчитанное по формуле соотношение длины импульса к импульсному Т периоду тактирования.
D коэффициент заполнения — показатель обратный скважности.

Шим контроллер: принцип работы

ШИМ сигналом управляет ШИМ контроллер. Он управляет силовым ключом благодаря изменениям управляющих импульсов. В ключевом режиме транзистор может быть полностью открытым или полностью открытым.

В закрытом состоянии через p-n-переход идет ток не больше нескольких мкА, то есть мощность рассеивания близка к нулю. В открытом состоянии идет большой ток, но так как сопротивление p-n-перехода мало, происходят небольшие теплопотери. Больше тепла выделяется в при переходе из одного состояния в другое.

Однако благодаря быстроте переходного процесса в сравнении с частотой модуляции, мощность этих потерь незначительна.

Все это позволило разработать высокоэффективный компактный широтно импульсный преобразователь, то есть с малыми теплопотерями. Резонансные преобразователи с переключением в 0 тока ZCS позволяют свести теплопотери к минимуму.

Принцип шим-регулятора

Работа ШИМ регулятора сложностью не отличается. ШИМ-регулятор — устройство, выполняющее такую же функцию, что и традиционный линейный регулятор мощности (то есть, меняет напряжение или ток за счёт силового транзистора, рассеивающего значительную мощность на себе). Но ШИМ-регулятор отличается намного большим КПД.

Достигается это благодаря тому, что управляющий силовой транзистор функционирует в ключевом режиме (либо включен, тогда пропускает большой ток, но мало падение напряжения, либо выключен — ток не проходит). В результате на таких силовых транзисторах мощность практически не рассеивается и энергия впустую не тратится.

После силового транзистора напряжение выходит как прямоугольные импульсы с изменяющейся скважностью в зависимости от необходимой мощности. Но сигнал нужно демодулировать (то есть, выделить среднее напряжение). Этот процесс происходит или в самой нагрузке (когда она индуктивного характера) или если между нагрузкой и силовым каскадом располагают фильтр нижних частот.

Пример использования шим регулятора

Самый простой пример использования регулятора напряжения ШИМ — ШИМ микросхема NE555, с которой знаком каждый радио-любитель. Благодаря ее универсальности можно конструировать самые разнообразные детали: от простейшего одновибратора импульсов с 2 в обвязке до модулятора, состоящего из большого числа компонентов. ШИМ регулятор напряжения имеет широкую область применения — это схемы регулировки яркости светодиодов и лент, а также регулировка скорости вращения движков.

В чем отличие между шим и шир?

На Западе понятия широтно-импульсного регулирования ШИР и ШИМ практически не различаются. Однако у нас между ними все же существует различие. Во многих микросхемах реализован принцип ШИР, однако при этом они все равно называются ШИМ контроллеры. Таким образом различий в названии этих двух способов практически нет.

Единственное отличие между ШИР и ШИМ — при ШИР время импульса и паузы постоянны. А при ШИМ их длительности изменяются, что позволяет сформировать выходной ШИМ сигнал заданной формы.

Источник: https://prosvetodiod.ru/informatsiya-ob-osveshhenii/chto-takoe-shim-shirotno-impulsnaya-modulyatsiya

ШИМ-контроллер: схема, принцип работы, управление :: SYL.ru

Что такое ШИМ?

Для получения на выходе сигнала требуемой формы силовой ключ должен открываться всего лишь на определенное время, пропорциональное вычисленным показателям выходного напряжения. В этом и заключается принцип широтно-импульсной модуляции (ШИМ, PWM). Далее сигнал такой формы, состоящий из импульсов, разнящихся по своей ширине, поступает в область фильтра на основе дросселя и конденсатора. После преобразования на выходе будет практически идеальный сигнал требуемой формы.

Область применения ШИМ не ограничивается импульсными источниками питания, стабилизаторами и преобразователями напряжения. Использование данного принципа при проектировании мощного усилителя звуковой частоты дает возможность существенно снизить потребление устройством электроэнергии, приводит к миниатюризации схемы и оптимизирует систему теплоотдачи. К недостаткам можно причислить посредственное качество сигнала на выходе.

Электроника для всех

Вот уже несколько раз я ругался странным словом ШИМ. Пора бы внести ясность и разьяснить что же это такое. Вообще, я уже расписывал этот режим работы, но все же повторюсь в рамках своего курса.

Вкратце, Широтно Импульсная Модуляция (в буржуйской нотации этот режим зовется PWM — Pulse Width Modulation) это способ задания аналогового сигнала цифровым методом, то есть из цифрового выхода, дающего только нули и единицы получить какие то плавно меняющиеся величины. Звучит как бред, но тем не менее работает. А суть в чем:

Представь себе тяжеленный маховик который ты можешь вращать двигателем. Причем двигатель ты можешь либо включить, либо выключить. Если включить его постоянно, то маховик раскрутится до максимального значения и так и будет крутиться. Если выключить, то остановится за счет сил трения.

А вот если двигатель включать на десять секунд каждую минуту, то маховик раскрутится, но далеко не на полную скорость — большая инерция сгладит рывки от включающегося двигателя, а сопротивление от трения не даст ему крутится бесконечно долго.

ЭТО ИНТЕРЕСНО: По какой формуле находится сопротивление

Чем больше продолжительность включения двигателя в минуту, тем быстрей будет крутится маховик. При ШИМ мы гоним на выход сигнал состоящий из высоких и низких уровней (применимо к нашей аналогии — включаем и выключаем двигатель), то есть нулей и единицы. А затем это все пропускается через интегрирующую цепочку (в аналогии — маховик). В результате интегрирования на выходе будет величина напряжения, равная площади под импульсами.

Меня скважность (отношение длительности периода к длительности импульса) можно плавно менять эту площадь, а значит и напряжение на выходе.

Таким образом если на выходе сплошные 1, то на выходе будет напряжение высокого уровня, в случае моего робота, на выходе из моста L293 это 12 вольт, если нули, то ноль. А если 50% времени будет высокий уровень, а 50% низкий то 6 вольт.

Интегрирующей цепочкой тут будет служить масса якоря двигателя, обладающего довольно большой инерцией.

А что будет если взять и гнать ШИМ сигнал не от нуля до максимума, а от минуса до плюса. Скажем от +12 до -12. А можно задавать переменный сигнал! Когда на входе ноль, то на выходе -12В, когда один, то +12В. Если скважность 50% то на выходе 0В. Если скважность менять по синусоидальному закону от максимума к минимуму, то получим правильно! Переменное напряжение.

А если взять три таких ШИМ генератора и гнать через них синусоиды сдвинутые на 120 градусов между собой, то получим самое обычное трехфазное напряжение, а значит привет бесколлекторные асинхронные и синхронные двигатели — фетиш всех авиамоделистов. На этом принципе построены все современные промышленные привода переменного тока.

Всякие Unidrive и Omron Jxx В качестве сглаживающей интегрирующей цепи в ШИМ может быть применена обычная RC цепочка:

Так, принцип понятен, приступаем к реализации. ШИМ сигнал можно сварганить и на операционных усилителях и на микроконтроллере. Причем последние умеют это делать просто мастерски, благо все у них для этого уже есть.

Аппаратный ШИМ В случае ATMega16 проще всего сделать на его ШИМ генераторе, который встроен в таймеры. Причем в первом таймере у нас целых два канала. Так что без особого напряга ATmega16 может реализовать одновременно четыре канала ШИМ.

Как это реализовано У таймера есть особый регистр сравнения OCR**

. Когда значение в счётном регистре таймера достигнает значения находящегося в регистре сравнения, то могут возникнуть следующие аппаратные события:

Прерывание по совпадению
Изменение состояния внешнего выхода сравнения OC**.

Выходы сравнения выведены наружу, на выводы микроконтроллера

На демоплате Pinboard к этим выводам как раз подключены светодиоды. А если поставить джамперы вдоль, в сторону надписи RC то к выводу ШИМ будет подключена интегрирующая цепочка.

Для Pinboard II разница в подключении невелика. Джамперы тут сгруппированы в один блок. А светодиоды и RC цепочки сгруппированы в левом верхнем углу платы.

Предположим, что мы настроили наш ШИМ генератор так, чтобы когда значение в счетном регистре больше чем в регистре сравнения, то на выходе у нас 1, а когда меньше, то 0. Что при этом произойдет? Таймер будет считать как ему и положено, от нуля до 256, с частотой которую мы настроим битами предделителя таймера. После переполнения сбрасывается в 0 и продолжает заново.

Как видишь, на выходе появляются импульсы. А если мы попробуем увеличить значение в регистре сравнения, то ширина импульсов станет уже.

Так что меняя значение в регистре сравнения можно менять скважность ШИМ сигнала. А если пропустить этот ШИМ сигнал через сглаживающую RC цепочку (интегратор) то получим аналоговый сигнал. У таймера может быть сколько угодно регистров сравнения. Зависит от модели МК и типа таймера. Например, у Атмега16

Timer0 — один регистр сравнения
Timer1 — два регистра сравнения (16ти разрядных!)
Timer2 — один регистр сравнения

Итого — четыре канала. В новых AVR бывает и по три регистра сравнения на таймер, что позволяет одним МК организовать просто прорву независимых ШИМ каналов. Самих режимов ШИМ существует несколько: Fast PWM

В этом режиме счетчик считает от нуля до
255, после достижения переполнения сбрасывается в нуль и счет начинается снова. Когда значение в счетчике достигает значения регистра сравнения, то соответствующий ему вывод ОСхх сбрасыватся в ноль. При обнулении счетчика этот вывод устанавливается в 1.

И все! Частота получившегося ШИМ сигнала определяется просто: Частота процесора 8Мгц, таймер тикает до 256 с тактовой частотой. Значит один период ШИМ будет равен 8000 000/256 = 31250Гц. Вполне недурно. Быстрей не получится — это максимальная скорость на внутреннем 8Мгц тактовом генераторе.

Но если переключить FUSE биты на внешний кварц то можно раскачать МК на 16Мгц. Еще есть возможность повысить разрешение, сделав счет 8, 9, 10 разрядным (если разрядность таймера позволяет), но надо учитывать, что повышение разрядности, вместе с повышением дискретности выходного аналогового сигнала, резко снижает частоту ШИМ.

Phase Correct PWM

ШИМ с точной фазой. Работает похоже, но тут счетчик считает несколько по другому. Сначала от 0 до 255, потом от 255 до 0. Вывод OCxx при первом совпадении сбрасывается, при втором устанавливается.

Но частота
ШИМ при этом падает вдвое, изза большего периода. Основное его предназначение, делать многофазные ШИМ сигналы, например, трехфазную синусоиду. Чтобы при изменении скважности не сбивался угол фазового сдвига между двумя ШИМ сигналами. Т.е.

центры импульсов в разных каналах и на разной скважности будут совпадать.

Еще одна тонкость:

Чтобы не было кривых импульсов, то в регистр сравнения любое значение попадает через буфферный регистр и заносится только тогда, когда значение в счетчике достигнет максимума. Т.е. к началу нового периода
ШИМ импульса.

Clear Timer On Compare
Сброс при сравнении. Это уже скорей ЧИМ — частотно-импульсно моделированный сигнал. Тут работает несколько иначе, чем при других режимах.

Тут счетный таймер тикает не от 0 до предела, а от 0 до регистра сравнения! А после чего сбрасывается.

В результате, на выходе получаются импульсы всегда одинаковой скважности, но разной частоты. А чаще всего этот режим применяется когда надо таймером отсчитывать периоды (и генерить прерывание) с заданной точностью. Например, надо нам прерывание каждую миллисекунду. И чтобы вот точно. Как это реализовать проще? Через Режим СТС! Пусть у нас частота 8Мгц. Прескалер будет равен 64, таким образом, частота тиков таймера составит 125000 Гц.

А нам надо прерывание с частотой 1000Гц. Поэтому настраиваем прерывание по совпадению с числом 125. Дотикал до 125 — дал прерывание, обнулился. Дотикал до 125 — дал прерывание, обнулился. И так бесконечно, пока не выключим. Вот вам и точная тикалка. Нет, конечно, можно и вручную. Через переполнение, т.е. дотикал до переполнения, загрузил в обработчике прерывания заново нужные значение TCNTх=255-125, сделал нужные полезные дела и снова тикать до переполнения.

Но ведь через СТС красивей!

Аппаратура

Источник: https://instanko.ru/elektroinstrument/shim-kontroller-chto-eto-takoe.html

ШИМ-контроллеры Texas Instruments

28 ноября 2007

За прошедшие три десятилетия ШИМ-контроллеры прошли большой путь развития от выпуска в 1975 году первой интегральной схемы, ставшей основой для построения импульсных источников питания, до создания целого промышленного направления интегральных схем для источников питания и преобразователей питания, объем рынка которых в настоящее время измеряется миллиардами долларов с ежегодным темпом прироста порядка 9%.

На современное многообразие ШИМ-контроллеров в немалой степени повлияло бурное развитие телекоммуникационных и компьютерных технологий, а также портативной электронной техники с батарейным питанием. Например, под влиянием коммуникационной технологии Ethernet появилось целое направление интегральных контроллеров источников питания через сеть Ethernet (технология Power-Over-Ethernet или PoE).

Широкое применение ШИМ-контроллеры также получили в светотехнике (особенно с появлением светодиодных ламп), автоматизированном электроприводе и прочих исполнительных механизмах с электрическим приводом.

В настоящее время ШИМ-контроллеры выпускаются не только в виде отдельных интегральных схем, они также входят в состав разнообразной продукции для источников питания (ИС и модули DC/DC-преобразователей, контроллеры батарейных источников питания, специализированные ИС источников питания и т.п.), а также микроконтроллеров и программируемой логики.

Одним из безусловных лидеров в области разработки и производства ИС ШИМ-контроллеров является компания Texas Instruments, спектр предложения которой охватывает более двухсот интегральных схем. Они различаются по поддерживаемым способам управления (по напряжению и/или току) и топологиям преобразования (однотактные, двухтактные, прямоходовые, обратноходовые, повышающие, понижающие), по уровню мощности, конструктивному исполнению и многим другим признакам.

Рис. 1. Пример изолированного сетевого источника питания на основе ШИМ-контроллера UCC38C44

Микромощные шим-контроллеры и сетевые стабилизаторы

В данную группу TI отнесла продукцию, ориентированную на приложения, критичные к уровню собственного потребления ШИМ-контроллера. К числу таких применений относятся сетевые источники питания (UCC1888/UCC2888/UCC3888), в т.ч. с поддержкой «Green Mode» (UCC28600), питание от абонентских телефонных линий (UCC1581, UCC2581, UCC3581) и др.

Под «Green Mode» понимаются стандартизованные требования к сетевым источникам питания по уровню потребления мощности от сети при работе в дежурном режиме. В Европе данные требования непрерывно ужесточаются. Если в 2001 году предел потребляемой мощности в дежурном режиме составлял 1 Вт, то в 2007 году в большинстве применений уровень потребления не должен превышать 0,5 Вт.

Для примера приведем характеристики микромощного ШИМ-контроллера UCC3581, предназначенного для построения изолированных преобразователей постоянного напряжения, поддерживающих возможность запуска при питании от линии ограниченной мощности (например, телефонная линия).

Это стало возможным благодаря таким характеристикам, как малый пусковой ток (85 мкА), малый рабочий ток (300 мкА), автоматическое отключение предварительного пускового стабилизатора, программируемый плавный старт и др. Кроме того, поддержка UCC3581 такой функции как пропуск импульсов при малом нагружении позволяет еще больше повысить эффективность преобразования.

Однотактные шим-контроллеры общего назначения

Данная группа является наиболее обширной среди всех ШИМ-контроллеров TI. В нее входят контроллеры, которые могут использоваться в изолированных и неизолированных топологиях импульсных преобразователей мощностью от 10 до 800 Вт, в которых используется один ключевой элемент. К числу поддерживаемых топологий относятся неизолированные повышающая и понижающая, изолированные прямоходовая и обратноходовая.

Рис. 2. Типичное применение UCC38083/4/5/6 в изолированном двухтактном преобразователе со средней точкой трансформатора

Большинство контроллеров данной группы поддерживают оба способа управления: по напряжению или току. Управление по напряжению является более простым и малошумящим способом управления, который отвечает широким требованиям по входному и выходному напряжению. Управление в токовом режиме отличается более высоким быстродействием и встроенной поддержкой ограничения тока.

Контроллеры также различаются степенью интеграции. Некоторые из них поддерживают возможность программируемого плавного старта, который делает прогнозируемым запуск преобразователя, и подавления импульсных скачков напряжения, вызванных включением МОП-транзистора.

В приложениях, где требуется незамедлительное реагирование на изменение входного напряжения, рекомендуется использовать контроллеры с управлением по напряжению и прямой связью по напряжению.

Некоторые контроллеры содержат мощные драйверы, что позволяет избавиться от необходимости применения внешних драйверов МОП-транзисторов.

Для приложений с питанием от сети переменного напряжения разработаны специальные контроллеры с пониженным уровнем пускового тока (все контроллеры, выполненные по технологии BiCMOS, и устройства с префиксом UCC). Эти же контроллеры характеризуются малым рабочим током, что улучшает кпд преобразования при малых уровнях нагружения.

Например, 8-выводные контроллеры семейства UCC3813, предназначенные для построения сетевых стабилизаторов и DC/DC-преобразователей с фиксированной частотой преобразования и управлением в токовом режиме, характеризуются типичным пусковым и рабочими токами 100 мкА и 500 мкА, соответственно.

На рис. 1 показан пример построения изолированного сетевого источника питания на основе еще одного 8-выводного BiCMOS ШИМ-контроллера UCC38C44, входящего в состав обширного семейства высококачественных ШИМ-контроллеров с управлением в токовом режиме UCC28C4x/UCC38C4x.

Они различаются температурными диапазонами (соответственно, -40°C105°C/ 0°C70°C), максимальным заполнением импульсов (50% у C42,C43, C40 и 100% у С44, С45, С41), а также порогами блокировки/разблокировки защиты от снижения напряжения (9,0 В/14,5 В у С42, С44, 7,6 В/8,4 В у С43, С45, 6,6 В/7,0 В у С40, С41).

Совместимость по расположению выводов со стандартными семействами UC384xA и UC384x делает возможным модернизацию существующих решений путем прямой замены на представителей семейств UCC28C4x/UCC38C4x, которые несут в себе преимущества повышенных до 1 МГц частот преобразования (снижение габаритов емкостных и индуктивных компонентов), улучшения КПД преобразования при малом нагружении и др.

Добиться еще меньших размеров преобразователя позволяют контроллеры с функцией плавного старта, которая позволяет существенно снизить требования к входному конденсатору. Данная функция поддерживается, например, семейством 8-выводных ШИМ-контроллеров UCC3800/1/2/3/4/5.

Представители данного семейства, наравне с предыдущим, поддерживают цифровую фильтрацию на входе контроля тока (leading edge blanking), которая заключается в блокировке токового сигнала на заданное время (100 нс) после нарастающего фронта ШИМ-сигнала.

Такая цифровая фильтрация позволяет исключить RC-компоненты цепи аналоговой фильтрации на входе контроля тока (CS).

ШИМ-КОНТРОЛЛЕРЫ С УПРАВЛЕНИЕМ ПО НАПРЯЖЕНИЮ И ШИРОКИМ ДИАПАЗОНОМ ВХОДНОГО НАПРЯЖЕНИЯ

К данной группе относятся контроллеры с управлением по напряжению и прямой связью по напряжению, которая обеспечивает быстроту переходных процессов при скачкообразном изменении входного напряжения в диапазоне 4:1.

Применение таких контроллеров идеально для построения источников питания систем с распределенным питанием и источников питания телекоммуникационного оборудования. В качестве примера можно привести семейство UCC35701/UCC35702, на основе представителей которого можно реализовать DC/DC-преобразователь с входным диапазоном 5:1.

Они характеризуются преобразованием на частоте до 700 кГц, точным пределом заполнения импульсов, точным ограничением скорости нарастания напряжения, наличием интерфейса оптопары и др.