Ano ang isang PWM controller, paano ito nakaayos at gumagana, uri at scheme

Noong nakaraan, isang circuit na may isang step-down (o step-up, o multi-winding) transpormer, isang tulay ng diode, isang filter upang makinis ang mga ripples ay ginamit upang mabigyan ng kapangyarihan ang mga aparato. Para sa stabilization, ang mga linear circuit ay ginamit sa parametric o integrated stabilizer. Ang pangunahing disbentaha ay ang mababang kahusayan at mataas na timbang at sukat ng malakas na mga power supply.

Ang lahat ng mga modernong gamit na de-koryenteng sambahayan ay gumagamit ng mga switch ng power switch (UPS, UPS - ang parehong bagay). Karamihan sa mga power supply na ito ay gumagamit ng isang PWM controller bilang pangunahing elemento ng control. Sa artikulong ito isasaalang-alang natin ang istraktura at layunin nito.

Kahulugan at pangunahing bentahe

Ang isang PWM controller ay isang aparato na naglalaman ng isang bilang ng mga circuitry solution para sa pamamahala ng mga key key. Sa kasong ito, ang kontrol ay batay sa impormasyong nakuha sa pamamagitan ng mga feedback circuit para sa kasalukuyan o boltahe - ito ay kinakailangan upang patatagin ang mga parameter ng output.

Minsan, ang mga kontrol ng PWM ay tinatawag na PWM pulse generators, ngunit walang paraan upang ikonekta ang mga circuit circuit ng puna, at mas angkop sila para sa mga regulator ng boltahe kaysa upang matiyak ang isang matatag na supply ng kuryente sa mga aparato. Gayunpaman, sa mga portal ng literatura at Internet maaari kang madalas na makahanap ng mga pangalan tulad ng "PWM controller, sa NE555" o "... sa arduino" - hindi ito ganap na totoo para sa mga nabanggit na dahilan, maaari lamang silang magamit upang makontrol ang mga parameter ng output, ngunit hindi upang ma-stabilize ang mga ito.

Ang pagdadaglat na "PWM" ay nangangahulugang Ang modyul na lapad ng pulso ay isa sa mga pamamaraan ng pag-modulate ng signal hindi dahil sa kadakilaan ng output boltahe, ngunit sa halip dahil sa isang pagbabago sa lapad ng mga pulso. Bilang isang resulta, isang simulated signal ang nabuo dahil sa pagsasama ng mga pulses gamit ang C-o LC-chain, sa madaling salita - dahil sa pagpapapawi.

Konklusyon: PWM controller - isang aparato na kumokontrol sa signal ng PWM.

Mga Pangunahing Tampok

Para sa isang signal ng PWM, ang dalawang pangunahing katangian ay maaaring makilala:

1. Kadalasan ng pulso - ang dalas ng operating ng converter ay nakasalalay dito. Karaniwan ay mga dalas sa itaas ng 20 kHz, sa katunayan 40-100 kHz.

2. cycle ng tungkulin at cycle ng tungkulin. Ito ang dalawang katabing dami na nagpapakilala sa parehong bagay. Ang kadahilanan ng punan ay maaaring isinasaalang-alang ng titik S, at ang duty cycle D.

S = 1 / T,

kung saan ang T ay ang panahon ng signal,

T = 1 / f

D = T / 1 = 1 / S

Mahalaga:

Punan ng kadahilanan - bahagi ng oras mula sa panahon na ang isang control signal ay nabuo sa output ng controller, palaging mas mababa sa 1. Ang duty cycle ay palaging mas malaki kaysa sa 1. Sa isang dalas ng 100 kHz, ang panahon ng signal ay 10 μs at ang susi ay bukas para sa 2.5 μs, kung gayon ang takbo ng tungkulin ay 0.25, sa porsyento - 25%, at ang duty cycle ay 4.

Mahalaga rin na isaalang-alang ang panloob na disenyo at layunin ng bilang ng mga susi na pinamamahalaan.

Mga pagkakaiba-iba mula sa mga linya ng pagkawala ng linear

Tulad ng nabanggit na, isang kalamangan sa mga linear circuit para sa paglipat ng mga suplay ng kuryente ay isang mataas na kahusayan (higit sa 80, at kasalukuyang 90%). Ito ay dahil sa mga sumusunod:

Ipagpalagay na ang smoothed boltahe pagkatapos ng tulay ng diode ay 15V, ang load kasalukuyang ay 1A. Kailangan mong makakuha ng isang nagpapatatag na suplay ng kuryente 12V. Sa katunayan, ang isang linear stabilizer ay isang pagtutol na nagbabago ng halaga nito depende sa magnitude ng input boltahe upang makakuha ng isang nominal na output - na may maliit na mga paglihis (mga praksiyon ng volts) na may mga pagbabago sa input (mga yunit at sampu-sampong volts).

Sa mga resistors, tulad ng alam mo, kapag ang kasalukuyang electric electric ay dumadaloy sa kanila, inilalabas ang thermal energy. Sa mga linear stabilizer, nangyayari ang parehong proseso. Ang inilalaan na kapangyarihan ay magiging katumbas ng:

Pagkawala = (Uin-Uout) * Ako

Dahil sa halimbawa na isinasaalang-alang, ang load kasalukuyang ay 1A, ang input boltahe ay 15V, at ang output boltahe ay 12V, pagkatapos ay kinakalkula namin ang mga pagkalugi at kahusayan ng linear stabilizer (Krenka o type L7812):

Pagkawala = (15V-12V) * 1A = 3V * 1A = 3W

Pagkatapos ang kahusayan ay:

n = P kapaki-pakinabang / pagkawala ng P

n = ((12V * 1A) / (15V * 1A)) * 100% = (12V / 15W) * 100% = 80%

Kung ang input boltahe ay tumataas sa 20V, halimbawa, kung gayon ang kahusayan ay bababa:

n = 12/20 * 100 = 60%

At iba pa.

Ang pangunahing tampok ng PWM ay ang elemento ng kapangyarihan, kahit na ito ay isang MOSFET, ay alinman sa ganap na bukas o ganap na sarado at walang kasalukuyang dumadaloy dito. Samakatuwid, ang pagkawala ng kahusayan ay dahil lamang sa pagkawala ng kondaktibiti

(P = I2 * Rdson)

At pagkawala ng paglipat. Ito ay isang paksa para sa isang hiwalay na artikulo, kaya hindi kami mananatili sa isyung ito. Gayundin, nangyayari ang pagkalugi ng suplay ng kuryente sa mga diode ng rectifier (input at output, kung ang power supply ay mains), pati na rin sa mga conductor, mga passive filter element at marami pa.

Pangkalahatang istraktura

Isaalang-alang ang pangkalahatang istraktura ng isang abstract na PWM controller. Ginamit ko ang salitang "abstract" sapagkat, sa pangkalahatan, lahat sila ay magkatulad, ngunit ang kanilang pag-andar ay maaari pa ring mag-iba sa loob ng ilang mga limitasyon, nang naaayon, magkakaiba ang istraktura at konklusyon.

Sa loob ng PWM controller, tulad ng sa iba pang mga IC, mayroong isang semiconductor chip kung saan matatagpuan ang isang komplikadong circuit. Kasama sa magsusupil ang sumusunod na mga functional unit:

1. Ang generator ng pulso.

2. Ang pinagmulan ng sanggunian ng sanggunian. (ION)

3. Mga circuit para sa pagproseso ng isang signal ng feedback (OS): error amplifier, comparator.

4. Kinokontrol ang pulse generator integrated transistorsdinisenyo upang makontrol ang isang power key o mga key.

Ang bilang ng mga power key na maaaring kontrolin ng isang PWM controller ay nakasalalay sa layunin nito. Ang pinakasimpleng mga converters ng flyback sa kanilang circuit ay naglalaman ng 1 switch ng kuryente, mga circuit ng kalahating tulay (push-pull) - 2 switch, tulay - 4.

Ang pangunahing uri ay tumutukoy din sa pagpili ng PWM controller. Upang makontrol ang isang bipolar transistor, ang pangunahing kinakailangan ay ang control kasalukuyang output ng PWM controller ay hindi mas mababa kaysa sa kasalukuyang transistor na hinati ng H21e, upang maaari itong i-on at i-off lamang sa pamamagitan ng paglalapat ng mga pulses sa base. Sa kasong ito, gagawin ng karamihan sa mga magsusupil.

Sa kaso ng pamamahala insulated na mga susi ng shutter (MOSFET, IGBT) may ilang mga nuances. Para sa mabilis na pagsara kailangan mong maalis ang kapasidad ng shutter. Upang gawin ito, ang circuit output circuit ay gawa sa dalawang mga susi - ang isa sa mga ito ay konektado sa pinagmulan ng kuryente na may isang output ng IC at kinokontrol ang gate (lumiliko sa transistor), at ang pangalawa ay naka-install sa pagitan ng output at lupa, kapag kailangan mong i-off ang power transistor - ang unang susi ay nagsasara, ang pangalawang bubukas, pagsasara shutter sa lupa at pinalabas ito.

Kawili-wili:

Sa ilang mga PWM na mga Controller para sa mga low-power supply ng kuryente (hanggang sa 50 W), ang mga switch ng kuryente ay hindi ginagamit sa loob at panlabas. Halimbawa - 5l0830R

Sa pangkalahatan, ang PWM magsusupil ay maaaring kinakatawan bilang isang paghahambing, sa isang input kung saan ang isang signal mula sa isang feedback circuit (OS) ay ibinibigay, at isang signal na may pagbabago ng sawtooth ay inilalapat sa pangalawang input. Kapag naabot ang sawtooth signal at lumampas sa signal ng OS sa kalakhan, isang salpok ang lumitaw sa output ng comparator.

Kapag nagbago ang mga signal sa mga input, nagbabago ang lapad ng pulso. Sabihin natin na nakakonekta mo ang isang malakas na mamimili sa supply ng kuryente, at ang boltahe ay natusok sa output nito, pagkatapos ay bababa din ang boltahe ng OS. Pagkatapos sa karamihan ng panahon ang isang labis na lagari ng lagari sa ibabaw ng signal ng OS ay masusunod, at tataas ang lapad ng pulso. Ang lahat ng nasa itaas ay sa ilang mga lawak na makikita sa mga graph.

Ang dalas ng operating ng generator ay nakatakda gamit ang RC circuit circuit.

Functional diagram ng isang PWM controller gamit ang TL494 bilang isang halimbawa, susuriin natin ito nang mas detalyado. Ang pagtatalaga ng pin at mga indibidwal na node ay inilarawan sa sumusunod na subheading.

Assignment sa pin

Ang mga kontrol ng PWM ay magagamit sa iba't ibang mga pakete. Maaari silang magkaroon ng mga konklusyon mula tatlo hanggang 16 o higit pa. Alinsunod dito, ang kakayahang umangkop ng paggamit ng controller ay nakasalalay sa bilang ng mga konklusyon, o sa halip ang kanilang layunin.Halimbawa, sa isang tanyag na chip UC3843 - Karamihan sa 8 mga konklusyon, at sa isang mas maraming iconic - TL494 - 16 o 24.

Samakatuwid, isinasaalang-alang namin ang mga karaniwang pangalan ng mga konklusyon at ang kanilang layunin:

• GND - ang pangkalahatang konklusyon ay konektado sa minus ng circuit o sa lupa.

• Uc (Vc) - kapangyarihan ng microcircuit.

• Ucc (Vss, Vcc) - Output para sa control ng kapangyarihan. Kung ang lakas ng lakas, pagkatapos ay malamang na ang mga susi ng kuryente ay hindi ganap na bubuksan, at dahil dito magsisimula silang magpainit at mag-burn out. Ang konklusyon ay kinakailangan upang huwag paganahin ang controller sa isang katulad na sitwasyon.

• LABAN - Tulad ng ipinahihiwatig ng pangalan, ito ang output ng magsusupil. Ang signal ng control ng PWM para sa mga switch ng kuryente ay ipinapakita dito. Nabanggit namin sa itaas na ang mga nag-convert ng iba't ibang mga topology ay may iba't ibang mga bilang ng mga susi. Ang pangalan ng output ay maaaring magkakaiba depende sa ito. Halimbawa, sa mga controller para sa mga half-tuldok na circuit, maaari itong tawaging HO at LO para sa itaas at mas mababang mga susi, ayon sa pagkakabanggit. Kasabay nito, ang output ay maaaring maging isang solong-ikot at push-pull (na may isang key at dalawa) - para sa pagkontrol ng mga transistor na may epekto (tingnan ang paliwanag sa itaas). Ngunit ang controller mismo ay maaaring para sa solong-cycle at mga push-pull circuit - na may isa at dalawang mga terminal ng output, ayon sa pagkakabanggit. Mahalaga ito.

• Vref - sanggunian ng boltahe, karaniwang konektado sa lupa sa pamamagitan ng isang maliit na kapasitor (mga yunit ng microfarad).

• ILIM - signal mula sa kasalukuyang sensor. Kinakailangan upang limitahan ang output kasalukuyang. Kumokonekta sa mga circuit ng feedback.

• ILIMREF - itinatakda nito ang boltahe ng pag-trigger ng binti ng ILIM

• SS - isang signal ay nabuo para sa malambot na pagsisimula ng magsusupil. Dinisenyo para sa isang maayos na exit sa nominal mode. Ang isang kapasitor ay naka-install sa pagitan nito at sa karaniwang kawad upang matiyak ang isang maayos na pagsisimula.

• Rtct - mga konklusyon para sa pagkonekta ng isang tiyempo na RC circuit, na tumutukoy sa dalas ng signal ng PWM.

• CLOCK - Mga pulso ng orasan para sa pag-synchronize ng maraming mga PWM na mga Controller sa bawat isa, kung gayon ang RC circuit ay konektado lamang sa master controller, at ang mga alipin ng RT na may Vref, mga alipin ng CT ay konektado sa karaniwang isa.

• RAMP Ay isang paghahambing input. Ang isang boltahe ng sawtooth ay inilalapat dito, halimbawa, mula sa output ng Ct. Kapag lumampas ito sa halaga ng boltahe sa output ng error na amplification, isang disconnecting pulse ay lilitaw sa OUT - ang batayan para sa control ng PWM.

• INV at NONINV - Ito ang pag-iikot at hindi pag-convert ng mga input ng comparator kung saan binuo ang error amplifier. Sa mga simpleng salita: mas mataas ang boltahe sa INV, mas mahaba ang output pulses at kabaligtaran. Ang senyas mula sa divider ng boltahe sa circuit ng feedback mula sa output ay konektado dito. Pagkatapos ang non-inverting na input NONINV ay konektado sa isang karaniwang kawad - GND.

• WALANG O Error na Amplifier Output Ruso Error amplifier output. Sa kabila ng katotohanan na mayroong mga input ng amplifier ng error at sa kanilang tulong, sa prinsipyo, maaari mong ayusin ang mga parameter ng output, ngunit ang kumokontrol ay tumugon sa mabagal sa ganito. Bilang isang resulta ng isang mabagal na reaksyon, maaaring mangyari ang paggulo ng circuit at ito ay mabibigo. Samakatuwid, ang mga senyas mula sa pin na ito ay output sa INV sa pamamagitan ng mga circuit na umaasa sa dalas. Ito ay tinatawag ding frequency correction ng error amplifier.

Mga halimbawa ng mga tunay na aparato

Upang pagsamahin ang impormasyon, tingnan natin ang ilang mga halimbawa ng mga tipikal na mga kontrol ng PWM at ang kanilang mga scheme ng paglipat. Gagawin namin ito gamit ang dalawang microchips bilang isang halimbawa:

• TL494 (ang mga analogue nito: KA7500B, КР1114ЕУ4, Biglang IR3M02, UA494, Fujitsu MB3759);

• UC3843.

Aktibo silang ginagamit. sa mga power supply para sa mga computer. Sa pamamagitan ng paraan, ang mga power supply na ito ay may malaking kapangyarihan (100 W at higit pa sa 12V bus). Madalas na ginagamit bilang isang donor para sa conversion sa isang supply ng kuryente sa laboratoryo o isang unibersal na malakas na charger, halimbawa para sa mga baterya ng kotse.

TL494 - Pangkalahatang-ideya

Magsimula tayo sa ika-494 na chip. Ang mga teknikal na katangian nito:

Pinout TL494:

Sa tiyak na halimbawa na ito, makikita mo ang karamihan sa mga konklusyon na inilarawan sa itaas:

1. Hindi pag-iikot ng input ng unang error sa paghahambing

2. Pag-convert ng input ng unang error sa paghahambing

3. Pag-input ng feedback

4. Ang input ng pagsasaayos ng patay na oras

5. Output para sa pagkonekta ng isang panlabas na kapasitor ng tiyempo

6. Output para sa pagkonekta sa isang resistor sa tiyempo

7. Ang kabuuang output ng chip, minus power

8. Ang output ng kolektor ng unang output transistor

9. Ang output ng emitter ng unang output transistor

10. Ang output ng emitter ng pangalawang output transistor

11. Ang output ng kolektor ng pangalawang output transistor

12. Pag-input ng power supply

13. Piliin ang input ng one-stroke o push-pull mode ng operasyon ng chip

14. Ang output ng built-in na sanggunian ng sanggunian ng 5 volts

15. Pag-convert ng input ng pangalawang error sa paghahambing

16. Hindi pag-iikot ng input ng pangalawang error sa paghahambing

Ang figure sa ibaba ay nagpapakita ng isang halimbawa ng isang power supply ng computer sa chip na ito.

UC3843 - Pangkalahatang-ideya

Ang isa pang tanyag na PWM ay ang 3843 chip - nagtatayo rin ito ng computer at hindi lamang mga power supply. Ang pinout nito ay matatagpuan sa ibaba, tulad ng maaari mong pagmasdan, mayroon lamang itong 8 mga konklusyon, ngunit gumaganap ito ng parehong mga pag-andar tulad ng nakaraang IC.

Kawili-wili:

Nangyayari ito sa UC3843 at sa 14-paa na kaso, ngunit hindi gaanong karaniwan. Bigyang-pansin ang pagmamarka - ang mga karagdagang konklusyon ay alinman sa dobleng o hindi ginagamit (NC).

Tinukoy namin ang layunin ng mga konklusyon:

1. Pag-input ng paghahambing (error amplifier).

2. Pag-input ng boltahe ng feedback. Ang boltahe na ito ay inihambing sa reference boltahe sa loob ng IC.

3. Kasalukuyang sensor. Ito ay konektado sa isang risistor na nakatayo sa pagitan ng power transistor at ang karaniwang wire. Ito ay kinakailangan para sa proteksyon laban sa mga labis na karga.

4. Ang tiyempo na RC circuit. Sa tulong nito, nakatakda ang operating frequency ng IC.

5. Pangkalahatan.

6. Lumabas. Ang boltahe ng control. Ito ay konektado sa gate ng transistor, narito ang isang push-pull output stage para sa pagkontrol ng isang solong-cycle converter (isang transistor), na makikita sa figure sa ibaba.

7. Ang boltahe ng microcircuit.

8. Ang output ng mapagkukunan ng sanggunian ng boltahe (5V, 50 mA).

Ang panloob na istraktura nito.

Maaari mong tiyakin na sa maraming mga paraan ito ay katulad ng iba pang mga Controller ng PWM.

Simpleng circuit ng supply ng kuryente sa UC3842

PWM na may integrated power switch

Ang mga kontrol ng PWM na may built-in na switch ng kuryente ay ginagamit kapwa sa transpormer ng paglilipat ng mga suplay ng kuryente at walang pagbabago sa mga nag-convert ng DC-DC Buck, Boost, at Buck-Boost.

Marahil ang isa sa mga pinakamatagumpay na halimbawa ay ang karaniwang LM2596 microcircuit, sa batayan kung saan maaari kang makahanap ng isang tonelada ng mga nag-convert sa merkado, tulad ng ipinakita sa ibaba.

Ang nasabing isang microcircuit ay naglalaman ng lahat ng mga teknikal na solusyon na inilarawan sa itaas, at sa halip na yugto ng output sa mga switch ng mababang lakas, isang power switch ang binuo sa loob nito na maaaring makatiis sa kasalukuyang hanggang sa 3A. Ang panloob na istraktura ng naturang converter ay ipinapakita sa ibaba.

Maaari mong tiyakin na sa kakanyahan ay walang mga espesyal na pagkakaiba-iba mula sa mga isinasaalang-alang dito.

At narito ang isang halimbawa supply ng kapangyarihan ng transpormer para sa led strip sa tulad ng isang controller, tulad ng nakikita mo, walang power switch, ngunit isang 5L0380R chip lamang na may apat na pin. Sinusunod nito na sa ilang mga gawain ang kumplikadong circuitry at kakayahang umangkop ng TL494 ay hindi kinakailangan. Totoo ito para sa mga mababang lakas ng kuryente, kung saan walang mga espesyal na kinakailangan para sa ingay at panghihimasok, at ang output ripple ay maaaring mapigilan ng isang filter ng LC. Ito ay isang suplay ng kuryente para sa LED strips, laptop, DVD player at marami pa.

Konklusyon

Sa simula ng artikulo, sinabi na ang isang PWM controller ay isang aparato na gayahin ang average na halaga ng boltahe sa pamamagitan ng pagbabago ng lapad ng pulso batay sa signal mula sa circuit ng feedback. Napapansin ko na ang mga pangalan at pag-uuri ng bawat may-akda ay madalas na naiiba, kung minsan ang isang simpleng regulator ng boltahe ng PWM ay tinatawag na isang PWM na magsusupil, at ang pamilya ng mga elektronikong circuit na inilarawan sa artikulong ito ay tinatawag na "Pinagsamang Subsystem para sa Stabilized Pulse Converters". Mula sa pangalan, ang kakanyahan ay hindi nagbabago, ngunit lumitaw ang mga hindi pagkakaunawaan at hindi pagkakaunawaan.