Мощный шим регулятор. Мощный шим регулятор Шим регулятор напряжения на 555

Если у вас возникла необходимость в плавной регулировке скорости электродвигателя или яркости лампы, стоит посмотреть в сторону ШИМ регулирования. ШИМ – это сокращение от длинного и страшного названия «широтно-импульсная модуляция». Что это страшное название из себя представляет, вы легко поймете позже из фотографий экрана осциллографа, а пока посмотрим на схему будущего устройства (регулятора).

Схема классическая, автора найти уже, наверное, не реально. В любом случае – спасибо ему за эту надежную, проверенную годами схемотехнику! Сердцем регулятора является генератор, собранный на известном под десятком наименований . Для начала стоит взять микросхему в DIP корпусе, её легче паять на макетной плате (для примера используем безпаечную макетную плату).

Собираем элементы согласно схемы. Получилось нечто подобное:

Теперь подробней об элементах схемы:

Конденсатор С1 – основной элемент задающий частоту работы нашего ШИМ регулятора . В данном случае мы установили конденсатор емкостью 10nF или 0,001мкФ (обозначается на корпусе цифрой 102). При этом частота генератора будет около 35 кГц. Возможно, вам придется снизить частоту работы схемы, для этого нужно УВЕЛИЧИТЬ емкость конденсатора С1.

Диод D3 нужен для «сброса» обратных индуктивных выбросов напряжения, откуда они берутся – пока не задумывайтесь, курс школьной физики вспомним позже… Главное, обратите внимание – диод должен быть Шоттки!!! Простой выпрямительный диод (не fast) не способен качественно работать на таких частотах и быстро отправится в мир иной, в кремниевую долину.

По поводу mosfet транзистора… Подойдет любой транзистор, подходящий вам по величине тока. Не нужно пытаться поставить транзистор с пятикратным запасом по току, учтите, чем мощнее mosfet, тем больше емкость его затвора и соответственно, требуется большее время для зарядки затвора. При долгом заряде затвора, транзистор работает в тяжелом переходном режиме и начинает вызывать на земле глобальное потепление, впрочем, это быстро заканчивается гибелью транзистора. В этом случае, и нужно уменьшить частоту генератора, увеличив емкость С1.

Схема работоспособна при питании от 5 до 18 Вольт, для большего напряжения нужно обеспечить снижение напряжения питания микросхемы таймера, например, через интегральный .

Недавно возникла надобность в регулировки зарядного тока в зарядном устройстве, ну и как полагается в таких случаях, я немного порывшись в интернете нашёл простенькую схему шим-регулятора на таймере 555 .

Данный шим регулятор хорошо подходит для регулировки:

Оборотов двигателя

Яркости свечения светодиодов

Регулировки тока в зарядном устройстве

Схема отлично работает в диапазоне до 16В без переделки. Полевой транзистор практически не греется в нагрузке до 7А, поэтому в радиаторе не нуждается.

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.

Потребовалось мне сделать регулятор скорости для пропеллера. Чтобы дым от паяльника сдувать, да морду лица вентилировать. Ну и, для прикола, уложить все в минимальную стоимость. Проще всего маломощный двигатель постоянного тока, конечно, регулировать переменным резистором, но найти резюк на такой малый номинал, да еще нужной мощности это надо сильно постараться, да и стоить он будет явно не десять рублей. Поэтому наш выбор ШИМ + MOSFET.

Ключ я взял IRF630 . Почему именно этот MOSFET ? Да просто у меня их откуда то завелось штук десять. Вот и применяю, так то можно поставить что либо менее габаритное и маломощное. Т.к. ток тут вряд ли будет больше ампера, а IRF630 способен протащить через себя под 9А. Зато можно будет сделать целый каскад из вентиляторов, подсоединив их к одной крутилке — мощи хватит:)

Теперь пришло время подумать о том, чем мы будем делать ШИМ . Сразу напрашивается мысль — микроконтроллером. Взять какой-нибудь Tiny12 и сделать на нем. Мысль я эту отбросил мгновенно.

1. Тратить такую ценную и дорогую деталь на какой то вентилятор мне западло. Я для микроконтроллера поинтересней задачу найду
2. Еще софт под это писать, вдвойне западло.
3. Напряжение питания там 12 вольт, понижать его для питания МК до 5 вольт это вообще уже лениво
4. IRF630 не откроется от 5 вольт, поэтому тут пришлось бы еще и транзистор ставить, чтобы он подавал высокий потенциал на затвор полевика. Нафиг нафиг.

Операционные усилители можно отбросить сразу. Дело в том, что у ОУ общего назначения уже после 8-10кГц, как правило, предельное выходное напряжение начинает резко заваливаться, а нам надо полевик дрыгать. Да еще на сверхзвуковой частоте, чтобы не пищало.

Остаются компараторы, они не обладают способностью операционника плавно менять выходное напряжение, могут только сравнивать две напруги и замыкать выходной транзистор по итогам сравнения, но зато делают это быстро и без завала характеристики. Пошарил по сусекам и компараторов не нашел. Засада! Точнее был LM339 , но он был в большом корпусе, а впаивать микросхему больше чем на 8 ног на такую простую задачу мне религия не позволяет. В лабаз тащиться тоже было влом. Что делать?

И тут я вспомнил про такую замечательную вещь как аналоговый таймер — NE555 . Представляет собой своеобразный генератор, где можно комбинацией резисторов и конденсатором задавать частоту, а также длительность импульса и паузы. Сколько на этом таймере разной хрени сделали, за его более чем тридцатилетнюю историю… До сих пор эта микросхема, несмотря на почтенный возраст, штампуется миллионными тиражами и есть практически в каждом лабазе по цене в считанные рубли. У нас, например, он стоит около 5 рублей. Порылся по сусекам и нашел пару штук. О! Щас и замутим.

Как это работает
Если не вникать глубоко в структуру таймера 555, то несложно. Грубо говоря, таймер следит за напряжением на конденсаторе С1, которое снимает с вывода THR (THRESHOLD — порог). Как только оно достигнет максимума (кондер заряжен), так открывается внутренний транзистор. Который замыкает вывод DIS (DISCHARGE — разряд) на землю. При этом на выходе OUT появляется логический ноль. Конденсатор начинает разряжаться через DIS и когда напряжение на нем станет равно нулю (полный разряд) система перекинется в противоположное состояние — на выходе 1, транзистор закрыт. Конденсатор начинает снова заряжаться и все повторяется вновь.
Заряд конденсатора С1 идет по пути: «R4->верхнее плечо R1 ->D2 «, а разряд по пути: D1 -> нижнее плечо R1 -> DIS . Когда мы крутим переменный резистор R1 то 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.
Резистор R3 обеспечивает подтяжку выхода к высокому уровню — так так там выход с открытым коллектором. Который не способен самостоятельно выставить высокий уровень.

Диоды можно ставить любые совершенно, кондеры примерно такого номинала, отклонения в пределах одного порядка не влияют особо на качество работы. На 4.7нанофарадах, поставленных в С1, например, частота снижается до 18кГц, но ее почти не слышно, видать слух у меня уже не идеальный:(

Покопался в закромах, которая сама расчитывает параметры работы таймера NE555 и собрал схему оттуда, для астабильного режима со коэффициентом заполнения меньше 50%, да вкрутил там вместо R1 и R2 переменный резистор, которым у меня менялась скважность выходного сигнала. Надо только обратить внимание на то, что выход DIS (DISCHARGE) через внутренний ключ таймера подключен на землю, поэтому нельзя было его сажать напрямую к потенциометру , т.к. при закручивании регулятора в крайнее положение этот вывод бы сажался на Vcc. А когда транзистор откроется, то будет натуральное КЗ и таймер с красивым пшиком испустит волшебный дым, на котором, как известно, работает вся электроника. Как только дым покидает микросхему — она перестает работать. Вот так то. Посему берем и добавляем еще один резистор на один килоом. Погоды в регулировании он не сделает, а от перегорания защитит.

Сказано — сделано. Вытравил плату, впаял компоненты:

Снизу все просто.
Вот и печатку прилагаю, в родимом Sprint Layout —

А это напряжение на движке. Видно небольшой переходный процесс. Надо кондерчик поставить в параллель на пол микрофарады и его сгладит.

Как видно, частота плывет — оно и понятно, у нас ведь частота работы зависит от резисторов и конденсатора, а раз они меняются, то и частота уплывает, но это не беда. Во всем диапазоне регулирования она ни разу не влазит в слышимый диапазон. А вся конструкция обошлась в 35 рублей, не считая корпуса. Так что — Profit!

Схема интегрального таймера NE555 (отечественный аналог КР1006ВИ1) нашла широкое применение в устройствах регулирования и в частности в вШИМ - регуляторах оборотов двигателей постоянного тока.

Существует несколько способов регулирования скорости двигателей постоянного тока (ДПТ):
1. Реостатное регулирование.
2. Импульсное регулирование.
Применение реостатного регулирования скорости ДПТ приводит к необходимости установки мощных реостатов, выделяющих большое количество тепла. Наиболее экономичным способом можно считать ШИМ-регулирование скорости ДПТ (рисунок 1).

Рисунок 1.

Основой схемы импульсного регулирования скорости двигателя служит мультивибратор на таймере NE555. Приведенная схема позволяет регулировать скважность импульсов, определяемую соотношением времени заряда и разряда конденсатора С1.

Заряд конденсатора С1 осуществляется по следующей цепи: +12V - R1 - D1 - левая часть резистора P1 - C1 – GND. Цепь разряда конденсатора: : верхняя обкладка C1 - правая часть резистора P1 - D2 - вывод 7 таймера - нижняя обкладка C1. Время заряда и разряда определяется величиной активного сопротивления Р1 в цепи (положения движка переменного резистора).

Еще один вариант реализации схемы регулирования скорости двигателя постоянного тока приведен на рисунке 2. Отличительной особенностью данной схемы является наличие диода D4, предотвращающий разряд времязадающего конденсатора через нагрузку (двигатель).

Рисунок 2.

Изменение скважности управляющего импульса приводит к изменению величины напряжения на якоре двигателя постоянного тока (рисунок 3).

Рисунок 3.

Внешний вид ШИМ-регулятора скорости двигателя постоянного тока на базе микросхемы интегрального таймера NE555 приведен на рисунке 4.

Рисунок 4.

Еще одним вариантом реализации рассмотренного ранее принципа управления ДПТ может служить следующая схема:

Рисунок 5.

В приведенной выше схеме транзисторный ключ подключается в разрыв «плюсового провода» источника питания. Открытие транзистора в выходном каскаде схемы потребует дополнительного источника питания. В приведенной схеме его функцию выполняет конденсатор С1. Открытие транзистора VT1 осуществляется только при открытом транзисторе VT2 через цепь конденсатора С2. Отключение выходного транзистора происходит при соединении его затвора с истоком (открыт транзистор VT3). Включение и отключение выходного транзистора приводит к шунтированию оптрона OP1 и отключению/включению нагрузки.