При роботі з безліччю різних технологій часто стоїть питання: як управляти потужністю, яка доступна? Що робити, якщо її необхідно знизити або підвищити? Відповіддю на ці питання служить ШІМ-регулятор. Що він собою являє? Де застосовується? І як самому зібрати такий прилад?
Що таке широтно-імпульсна модуляція?
Без з`ясування значення цього терміна продовжувати не має сенсу. Отже, широтно-імпульсна модуляція - це процес управління потужністю, яка підводиться до навантаження, що здійснюється шляхом видозміни скважности імпульсів, яка робиться при постійній частоті. Існує кілька типів широтно-імпульсної модуляції:
1. Аналоговий.
2. Цифровий.
3. Двійковий (дворівневий).
4. Трійчастий (трирівневий).
Що таке ШІМ-регулятор?
Тепер, коли ми знаємо, що таке широтно-імпульсна модуляція, можна поговорити і про головну тему статті. Використовується ШІМ-регулятор для того, щоб регулювати напругу живлення і для недопущення потужних інерційних навантажень в авто- і мототехніки. Це може звучати занадто складно і найкраще пояснити на прикладі. Припустимо, необхідно зробити, щоб лампи освітлення салону міняли свою яскравість не відразу, а поступово. Це ж відноситься до габаритних вогнів, автомобільних фар або вентиляторів. Втілити таке бажання можна шляхом установки транзисторного регулятора напруги (Параметричний або компенсаційний). Але при великому струмі на ньому буде виділятися надзвичайно велика потужність і буде потрібно установка додаткових великих радіаторів або доповнення у вигляді системи примусового охолодження з використанням маленького вентилятора, знятого з комп`ютерного пристрою. Як бачите, цей шлях тягне за собою багато наслідків, які необхідно буде подолати.
Справжнім порятунком з даної ситуації став ШІМ-регулятор, який працює на потужних польових силових транзисторах. Вони можуть комутувати великі струми (які досягають 160 Ампер) при напрузі всього в 12-15В на затворі. Слід зазначити, що опір у відкритого транзистора задоволене мало, і завдяки цьому можна помітно знизити рівень потужності, що розсіюється. Щоб створити свій власний ШІМ-регулятор, знадобиться схема управління, яка зможе забезпечити різницю напруги між витоком і затвором в межах 12-15В. Якщо цього не вийде досягти, то опір каналу буде сильно збільшуватися і значно зросте розсіює потужність. А це, в свою чергу, може привести до того, що транзистор перегріється і вийде з ладу.
Випускається цілий ряд мікросхем для ШІМ-регуляторів, які зможуть витримати підвищення вхідного напруги до рівня 25-30В, при тому, що харчування буде всього 7-14В. Це дозволить включати вихідний транзистор в схемі разом із загальним стоком. Це, в свою чергу, необхідно для підключення навантаження із загальним мінусом. Як приклади можна привести такі зразки: L9610, L9611, U6080B ... U6084B. Більшість навантажень не споживає струм більше 10 ампер, тому вони не можуть викликати просідання напруги. І як результат - використовувати можна і прості схеми без доопрацювання у вигляді додаткового вузла, який буде підвищувати напругу. І саме такі зразки ШІМ-регуляторів і будуть розглянуті в статті. Вони можуть бути побудовані на основі несиметричного або чекає мультивібратора. Варто поговорити про ШІМ-регулятор оборотів двигуна. Про це далі.
схема №1
Ця схема ШІМ-регулятора збиралася на інверторах КМОП-мікросхеми. Вона є генератором прямокутних імпульсів, який діє на 2-х логічних елементах. Завдяки диодам тут окремо змінюється постійна часу розряду і заряду частотозадаючого конденсатора. Це дозволяє змінювати шпаруватість, яку мають вихідні імпульси, і як результат - значення ефективного напруги, яке є на навантаженні. У даній схемі можливе використання будь-яких инвертирующих КМОП-елементів, а також АБО-НЕ і І. Як приклади підійдуть К176ПУ2, К561ЛН1, К561ЛА7, К561ЛЕ5. Можна використовувати і інші види, але перед цим доведеться добре подумати про те, як правильно згрупувати їх входи, щоб вони могли виконувати покладений функціонал. Переваги схеми - доступність і простота елементів. Недоліки - складність (практично неможливість) доопрацювання та недосконалість щодо зміни діапазону вихідної напруги.
схема №2
Має кращі характеристики, ніж перший зразок, але складніше у виконанні. Може регулювати ефективну напругу на навантаженні в діапазоні 0-12В, до якого змінюється з початкового значення 8-12В. Максимальний струм залежить від типу польового транзистора і може досягати значних значень. З огляду на, що вихідна напруга є пропорційним вхідному керуючому, дану схему можна використовувати як частину системи регулювання (для підтримки рівня температури).
причини поширення
Чим приваблює автолюбителів ШІМ-регулятор? Слід зазначити прагнення до збільшення ККД, коли проводиться побудова вторинних джерел живлення для електронної апаратури. Завдяки цій властивості можна дану технологію знайти також при виготовленні комп`ютерних моніторів, дисплеїв в телефонах, ноутбуках, планшетах і подібної техніки, а не тільки в автомобілях. Також слід зазначити значну дешевизну, яким характеризується дана технологія при своєму використанні. Також, якщо не хочете купувати, а збирати ШІМ-регулятор власноруч, то можна заощадити гроші при удосконаленні свого власного автомобіля.
висновок
Що ж, ви тепер знаєте, що собою являє ШІМ-регулятор потужності, як він працює, і навіть можете самі зібрати подібні пристрої. Тому, якщо є бажання поекспериментувати з можливостями свого автомобіля, можна сказати з цього приводу тільки одне - робіть. Причому можете не просто скористатися представленими тут схемами, а й істотно доопрацювати їх при наявності відповідних знань і досвіду. Але навіть якщо все не вийде з першого разу, то ви зможете отримати дуже цінну річ - досвід. Хто знає, де він може в наступний раз стати в нагоді і наскільки важливим буде його наявність.
