Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Elektroda.pl
Proszę, dodaj wyjątek dla www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Zasilacz stałoprądowy ze sterowaniem PWM

Kubald 29 Sty 2013 21:41 17163 10
  • Zasilacz stałoprądowy ze sterowaniem PWM

    Od teraz zasilanie diod LED czy silników może stać się prostsze, bo opisany poniżej układ pozwoli stworzyć zasilacz stałoprądowy, który spełni oczekiwania większości użytkowników, w oparciu o nieśmiertelny układ NE555. I choć może układ nie jest tak wydajny jak komercyjne przetwornice, pozwoli na poznanie budowy tego typu zasilaczy i zaoszczędzenie pieniędzy na budowie urządzenia.

    Diagram blokowy urządzenia można zobaczyć poniżej.

    Zasilacz stałoprądowy ze sterowaniem PWM

    Celem stworzenia projektu było sprawdzenie, czy na zwykłej płytce stykowej da zbudować się zasilacz stałoprądowy ze sterowaniem impulsami o modulowanej szerokości tak, aby osiągnąć jak najlepszą wydajność. Ponadto ważnym aspektem była łatwość obsługi – urządzenie, bez żadnych regulacji, zaraz po podaniu zasilania powinno zasilać odbiornik stałym, wcześniej określonym prądem.

    Specyfikacja zasilacza jest następująca:
    Zasilanie: -15, 0 i 15V
    Częstotliwość pracy generatora astabilnego: 60 kHz
    Czas trwania stanu niskiego generatora astabilnego: 16 µs
    Czas trwania stanu wysokiego generatora astabilnego: 0,7 µs
    Okres impulsów generatora monostabilnego: 8 µs (połowa okresu dla generatora astabilnego)
    Napięcie odniesienia: 2 mV
    Prąd wyjściowy: 2 mA

    Cykl działania urządzenia:
    1. Generator astabilny zaczyna generować impulsy po podłączeniu do zasilania.
    2. Opadające zbocze impulsu wyzwala generator monostabilny.
    3. Na wyjściu generatora monostabilnego pojawi się stan wysoki na określony okres; okres ten jest modulowany przez wzmacniacz różnicowy.
    4. Tranzystor wprowadzony jest w stan przewodzenia, prąd płynie.
    5. Następuje wygładzenie napięcia na wyjściu za pomocą filtru LC w układzie regulacji prądu.
    6. Obciążenie zostaje załączone.
    7. Obciążenie pobiera zbyt dużo prądu.
    8. Wzmacniacz różnicowy wykrywa pobór prądu, co powoduje zmianę wartości na wyjściu wzmacniacza.
    9. Okres impulsów generatora monostabilnego maleje.
    10. Tranzystor kluczujący przełącza się mniej razy w jednostce czasu.
    11. Napięcie na wyjściu spada, przez obciążenie płynie mniejszy prąd.
    12. Wartość na wyjściu wzmacniacza różnicowego rośnie.
    13. Okres impulsów generatora monostabilnego maleje i cykl powtarza się od punktu 3.

    Zasilacz stałoprądowy ze sterowaniem PWM

    Pierwszy „stopień” urządzenia stanowi generator astabilny na układzie 555 (schemat powyżej). Stopień ten nie posiada żadnych wejść i rozpoczyna pracę po podłączeniu zasilania, impulsy generowane na wyprowadzeniu 3 (wyjściu) układu 555 podawane są do generatora monostabilnego. Generator wymaga regulacji pracy za pomocą potencjometru – przy pomocy oscyloskopu należy ustawić szerokość impulsu na 16 µs.

    Częstotliwość pracy generatora została ustalona na 60 kHz, co zapewnia sprawną regulację wartości prądu i pozwala na jego szybkie ustalenie, a jednocześnie nie powoduje błędów pracy generatora monostabilnego. Wartości elementów wyliczono na postawie równania f = 1,44/(R1+2R2)C. Dla szukanej częstotliwości wartość potencjometru powinna być więc ustalona na 22 kΩ. Cały impuls trwa 16,7 µs, przy czym stan wysoki trwa przez 16 us, a niski – przez 0,7 µs.

    Zasilacz stałoprądowy ze sterowaniem PWM
    Zasilacz stałoprądowy ze sterowaniem PWM

    Drugim stopniem układu jest generator monostabilny, również oparty o układ 555. Wyzwalany jest on impulsami z generatora astabilnego, a szerokość impulsu jest modulowana na podstawie wartości na wyjściu wzmacniacza różnicowego. Pozwala to na właściwe kluczowanie tranzystora i regulację prądu. Generator należy wyregulować potencjometrem tak, aby szerokość impulsu wynosiła 8 us. Przebieg na wyjściu generatorów astabilnego (nieb.) i monostabilnego (czerw.) powinien przypominać ten na powyższym oscylogramie.

    Szerokość impulsu została ustalona na 8 µs, co implikuje zastosowanie kondensatora 1 nF i rezystancji 7,2 kΩ, zgodnie z równaniem P = 1,1RC.

    Jako tranzystor kluczujący pracuje MOSFET 2N7000, sterowany impulsami z generatora monostabilnego.

    Zasilacz stałoprądowy ze sterowaniem PWM

    Impulsy kluczujące podawane są na układ regulacji prądu, do którego wyjścia przyłączone jest obciążenie i wzmacniacz różnicowy. Układ zawiera filtr LC, wygładzający generowane napięcie. Rezystor połączony szeregowo z obciążeniem stanowi element odniesienia. W układzie należy zastosować szybką diodę.

    Zasilacz stałoprądowy ze sterowaniem PWM

    Ostatnim stopniem jest wzmacniacz różnicowy, oparty o układ LM311. Wzmacniacz odpowiada za dobór właściwej szerokości impulsu w stopniu generatora monostabilnego. Wzmacniacz porównuje napięcia podawane na jego wejścia i na wyjście przekazuje ich różnicę – na jedno wejście podawane jest napięcie odniesienia, na drugie – wartość odpowiadająca spadkowi napięcia na obciążeniu. Jeśli spadek napięcia na rezystorze odniesienia w układzie regulacji prądu jest większy niż napięcie odniesienia, na wyjściu wzmacniacza pojawi stan niski, w odwrotnej sytuacji – napięcie wyższe od zera. Pozwala to na właściwe wysterowanie generatora monostabilnego.

    Schemat ogólny całego urządzenia pokazano poniżej.

    Zasilacz stałoprądowy ze sterowaniem PWM

    Po podłączeniu zasilania urządzenie powinno działać od razu – wymagana jest jedynie regulacja pracy generatorów i wartości prądu za pomocą potencjometru w stopniu wzmacniacza różnicowego – w tym celu należy włączyć szeregowo do obciążenia amperomierz.

    Na stronie źródłowej można znaleźć szerszy opis działania każdego ze stopni, wraz z odpowiednimi obliczeniami.

    Fajne! Ranking DIY
    Potrafisz napisać podobny artykuł? Wyślij do mnie a otrzymasz kartę SD 64GB.
    O autorze
    Kubald
    Poziom 15  
    Offline 
    Specjalizuje się w: spektroskopia exafs/xanes, uc, it
    Kubald napisał 188 postów o ocenie 82, pomógł 0 razy. Mieszka w mieście Kraków. Jest z nami od 2004 roku.
  • MetalworkMetalwork
  • #2
    SylwekK
    Poziom 31  
    Do celów poznawczych i testowych TAK, ale praktyczne zastosowanie NIE. Nie oszukujmy się, ale komplikacja tego układu raczej dyskwalifikuje go w praktycznych zastosowaniach.
  • #3
    Greyangel
    Poziom 14  
    Dokładnie. Na przykład zasilanie +-15 V, można dorzucić parę złoty i kupić mocniejszy transformator 250-12 i zrobić zasiłkę na wysoko prądowym LMie. Do tego sterowane źródło prądowe na jakiś tanim R2R albo nawet na 386 i mamy układ o wiele prostszy i lepszy. Prostych konstrukcji są dziesiątki, można np wykorzystać jakiegoś simple switchera, temat rzeka . W praktyce spotyka się konstrukcje regulatorów PWM większej mocy także z 555.
  • MetalworkMetalwork
  • #4
    Mariojas
    Poziom 17  
    SylwekK, a co proponujesz lepszego do zastosowań praktycznych?

    Właśnie szukam jakiegoś scalaka do zasilania LED stałoprądowo z akumulatora. Jest np. LM2576S, ale ma ok. 1V straty na wyjściu (albo i nawet więcej).
  • #5
    OldSkull
    Poziom 27  
    @up: to już lepiej zrobić na LM2576 (albo dowolnym innym) wzmacnianie spadku napięcia na rezystorze za pomocę wzmacniacza operacyjnego i dopiero podawanie tego sygnału na wejście Feedback. Jest to rozwiązanie prostsze i lepsze.
  • #6
    androot
    VIP Zasłużony dla elektroda
    Mariojas napisał:
    SylwekK, a co proponujesz lepszego do zastosowań praktycznych?

    Właśnie szukam jakiegoś scalaka do zasilania LED stałoprądowo z akumulatora. Jest np. LM2576S, ale ma ok. 1V straty na wyjściu (albo i nawet więcej).


    A co "praktycznego" chcesz zasilić przetwornicą o wydajności 2mA?

    Ten projekt to idealny przykład jak nie-budować przetwornicę.
    Duża komplikacja układu.
    Symetryczne zasilanie.
    Mała wydajność nie uzasadniająca zalet użycia przetwornicy.
    Koszmarnie niska sprawność.
  • #7
    Mariojas
    Poziom 17  
    androot napisał:

    Mariojas napisał:
    SylwekK, a co proponujesz lepszego do zastosowań praktycznych?

    Właśnie szukam jakiegoś scalaka do zasilania LED stałoprądowo z akumulatora. Jest np. LM2576S, ale ma ok. 1V straty na wyjściu (albo i nawet więcej).


    A co "praktycznego" chcesz zasilić przetwornicą o wydajności 2mA?

    Ten projekt to idealny przykład jak nie-budować przetwornicę.
    Duża komplikacja układu.
    Symetryczne zasilanie.
    Mała wydajność nie uzasadniająca zalet użycia przetwornicy.
    Koszmarnie niska sprawność.

    Nie wiem dlaczego, ale odebrałeś moją odpowiedź jako "atak" w "obronie" tego projektu. Nic bardziej mylnego...
  • #8
    androot
    VIP Zasłużony dla elektroda
    Przepraszam, Twoja wypowiedź tak zabrzmiała.
    Są nowsze układy niż wspomniany, oklepany LMxxxx. Jeśli chcesz żeby na wyjściu było możliwe osiągnięcie napięcia wejściowego to szukaj takiej, która może pracować ze 100% wypełnieniem.

    Firma MPS produkuje np. taki układ: MP8715 są też inne.
    Stabilizację można zrobić mieszaną napięciowo-prądową.
  • #9
    Demmo
    Poziom 16  
    Kubald napisał:
    9. Okres impulsów generatora monostabilnego maleje.
    10. Tranzystor kluczujący przełącza się mniej razy w jednostce czasu.
    11. Napięcie na wyjściu spada, przez obciążenie płynie mniejszy prąd.

    Coś mi to nie pasuje. Okres maleje, więc przełącza się mniej razy w jednostce czasu? Przy malejącym okresie wzrasta częstotliwość, więc chyba przełączałby się częściej w jednostce czasu... Czy nie chodzi tutaj o malejące wypełnienie przy stałym okresie?
  • #10
    bozar88
    Poziom 13  
    OldSkull napisał:
    @up: to już lepiej zrobić na LM2576 (albo dowolnym innym) wzmacnianie spadku napięcia na rezystorze za pomocę wzmacniacza operacyjnego i dopiero podawanie tego sygnału na wejście Feedback. Jest to rozwiązanie prostsze i lepsze.


    Dziękuję za docenienie mojego pomysłu prezentowanego pewien czas temu na elektrodzie :) Dla przypomnienia podam linka, bo widzę że jest zapotrzebowanie na tego typu przetwornice: https://www.elektroda.pl/rtvforum/topic2451329.html
  • #11
    OldSkull
    Poziom 27  
    @up: doceniłem, bo sam coś takiego sobie robiłem :) oczywiście rozwiązanie nie jest idealne , dodajemy przesuniecie w fazie - ale dla przetwornicy o tak niskiej częstotliwości nie ma problemu.
    Zresztą metoda ta jest dobra dla prwie wszystkich przetwornic o wejściu FB i napięciu odniesienia liczonym względem dostępnego innego napięcia. I jeszcze mały "hint" - można zrobić na jednym układzie zasialcz CC/CV, ale CC nie będzie działać idealnie - natomiast ograniczenei prądu jak najbardziej zadziała :)