Приветствую, радиолюбители-самоделкины!
Аббревиатура «ШИМ» довольно часто встречается в технической среде, расшифровывается она как «широтно-импульсная модуляция». Шим-сигнал представляет собой непрерывную последовательность из прямоугольных импульсов, ключевыми параметрами такого сигнала будут являться длительность самого импульса (широта), и частота сигнала. Отношение длительности импульса и длительности паузы между импульсами называется скважностью, она может варьироваться от 0 до 100%, если скважность равна 0 %, сигнал будет полностью отсутствовать. Если начать понемногу увеличивать длительность, то импульсы будут выглядеть как тонкие иголки, если увеличить ещё — один станут похожи на прямоугольники. В случае, когда скважность равна 50%, длительность паузы становится равно длительности самого импульса, если же увеличить скважность до 100%, то сигнал просто превратится в некое постоянное напряжение — паузы между импульсами просто будут отсутствовать. Если же проинтегрировать такую непрерывную последовательность импульсов, то получится некое постоянное напряжение, амплитуда которого будет меньше размаха самих импульсов, причём будет строго зависеть от скважности.
Чем больше процент скважности — тем соответственно будет амплитуда постоянного напряжения после интегрирования. Именно это интересное свойство используется в ШИМ-регуляторах — устройство, мощность которого нужно регулировать, питают не постоянным напряжением, а вот таким сигналом из прямоугольных импульсов, то есть регулируя скважность меняется и напряжение на нагрузке. Интегрирование происходит «автоматически» за счёт присутствия на выходе конденсатора, а также паразитных сопротивлений и индуктивностей. Кроме того, некоторым устройствам, например, нагревателям, совершенно неважно, какая форма у питающего напряжения, импульсы это или постоянный ток. Огромным преимуществом ШИМ-регуляторов является большой КПД — именно по этой причине они и получили такое широкое распространение в электронике. Дело в том, что для создания прямоугольных импульсов на нагрузке управляющий транзистор работает в ключевом режиме — то есть находится всегда в одном из двух состояний, либо полностью закрыт, либо полностью открыт. В первом случае ток через него не протекает вообще, соответственно не выделяется никакого тепла, во втором же случае он представляет из себя перемычку с очень малым падением напряжения — тепло также практически не выделяется, особенно если применять транзисторы с максимально низким сопротивлением открытого канала. Тепловыделение на транзисторе обусловлено, в первую очередь, потерями при переключении транзистора, ведь переключает своё состояние он несколько тысяч раз в секунду.
Таким образом, при коммутировании маломощной нагрузки радиатор не потребуется вообще, а для мощной же (при токе от 5-7А) небольшой радиатор может потребоваться. Схем различных ШИМ-регуляторов в интернете представлено достаточно много, в том числе и на микроконтроллерах с различными дополнительными опциями и наворотами. Представленная же ниже схема является самой типовой и простейшей — она имеет всего один орган управления (переменный резистор), которым будет регулироваться мощность на нагрузке, контакты для подключения самой нагрузки и питающего напряжения, ничего лишнего.
Как можно увидеть, ключевым звеном схемы является микросхема-таймер NE555, которая работает в роли генератора прямоугольных импульсов. Подобный генератор также можно собрать и на паре отдельных транзисторов, но микросхема же обеспечивает большую надёжность работы и стабильность в зависимости от температуры. Резистор R1 — потенциометр, который и будет регулировать мощность. В одном его положении напряжение на нагрузке будет практически равно нуля, а во втором — напряжению питания, так, как будто нагрузка просто подключена напрямую. Этот орган управления можно установить на плате в виде подстроечного резистора, либо вывести на проводах и установить на корпусе с ручкой. Использовать здесь можно практически любой переменный резистор с сопротивлением от 10 до 50 кОм, характеристика должна быть линейной. Резистор R2 задаёт крайнее положение регулировки, установленный на схеме номинал в 1 кОм практически не влияет на границу регулировки. Диоды D1 и D2 — любые кремниевые диоды, например, подойдут дешёвые 1N4148, либо 1N4007. Особое внимание стоит обратить на конденсатор С1, ведь именно от его ёмкости будет зависеть частота работы ШИМ-регулятора. Эта частота может лежать в звуковом диапазоне, то есть быть менее 20 кГц — в этом случае возможно появление высокочастотного свиста от нагрузки. Если после запуска схемы слышен свист — можно уменьшить ёмкость этого конденсатора, в этом случае частота работы схемы просто выйдет за пределы слышимости человеческого уха. Также в этом случае не мешает поставить параллельно выходу схемы конденсатор, ёмкостью 100 нФ, а параллельно с ним электролитический на 100-220 мкФ для подавления пульсаций, то есть интегрирования прямоугольых импульсов. Конденсатор С1 можно использовать керамический, но более предпочтительным вариантом будет плёночный, так как здесь важна термостабильность и изменение ёмкости от температуры может стать критичным. С2 — керамический на 1 нФ.
Q1 на схеме — транзистор, который коммутирует нагрузку, особое внимание стоит уделить выбору этого транзистора, особенно если планирует использование регулятора с мощной нагрузкой. Стандартными вариантами будут распространённые и довольно дешёвые полевые транзисторы IRF740, IRF640, а также более низковольтные IRF3205, IRFZ55. Ключевыми параметрами транзисторов являются максимальный ток, максимальное напряжение (оно должно быть раза в два выше напряжения питания), а также сопротивление открытого канала. Резистор R4 на схеме ограничивает зарядный ток затвора транзистора, а R3 подтягивает затвор к плюсу питания. В данном регуляторе можно применить и биполярный транзистор, хоть он и будет обладать большими потерями и большим нагревом, по сравнению с полевым. Хорошим вариантом будет составной транзистор КТ827, схема с его использованием показана ниже.
А также печатная плата для данной схемы.
Обозначением N в кружке на схеме показана нагрузка, мощность на которой нужно регулировать, это может быть, например, лампочка накаливания, мощные светодиоды, какой-либо нагреватель, электродвигатель, зарядное устройство аккумулятора — практически любая нагрузка постоянного тока. Диод D3 служит для защиты транзистора от выбросов самоиндукции, которые могут возникать при коммутировании нагрузки индуктивного типа. Сюда подойдёт диод 1N4007.
Вся схема выполняется на довольно миниатюрной печатной плате, которая имеет по два контакта с каждой стороны — для подключения нагрузки и питающего напряжения. Также плата имеет посадочное место для установки подстроечного резистора — если используемый вами тип не совпадает с посадочным местом на плате, то можно открыть печатную плату в программе Sprint Layout и подредактировать, файл приложен в архиве в конце статьи. Транзистор можно оставить на плате, если на него не крепится радиатор, в противном же случае его также можно вывести на проводах и посадить на радиатор. Обратите внимание, что все провода для подключения мощной нагрузки нужно брать соответствующего сечения. Ниже показан собранный вариант платы с биполярным транзистором.
Напряжения питания регулятора составляет 9 — 15В, сама схема питается от того же источника, что и коммутируемая нагрузка. Удачной сборки!
shim-reguljator-2-1.rar
[6,9 Kb] (скачиваний: 32)
Источник (Source)
Подборки: Регулятор Схема Плата Электроника Микросхема NE555
Источник: