Πώς να δημιουργήσετε PWM χρησιμοποιώντας IC 555 (2 μέθοδοι που εξερευνήθηκαν)

Το IC 555 είναι μια εξαιρετικά χρήσιμη και ευέλικτη συσκευή που μπορεί να εφαρμοστεί για τη διαμόρφωση πολλών χρήσιμων κυκλωμάτων στον τομέα των ηλεκτρονικών. Ένα πολύ χρήσιμο χαρακτηριστικό αυτού του IC είναι η ικανότητά του να παράγει παλμούς PWM που μπορούν να διαστασιοποιηθούν ή να υποστούν επεξεργασία σύμφωνα με τις ανάγκες της εφαρμογής ή του κυκλώματος.

Τι είναι το PWM

Το PWM σημαίνει διαμόρφωση πλάτους παλμού, μια διαδικασία που περιλαμβάνει τον έλεγχο του πλάτους παλμού, ή τις περιόδους ON / OFF ή λογικές εξόδους που δημιουργούνται από μια συγκεκριμένη πηγή, όπως ένα κύκλωμα ταλαντωτή ή μικροελεγκτή.

Βασικά το PWM χρησιμοποιείται για διαστασιολόγηση ή περικοπή της τάσης εξόδου ή ισχύος ενός συγκεκριμένου φορτίου σύμφωνα με τις απαιτήσεις κάθε ατόμου ή εφαρμογής.

Είναι ένας ψηφιακός τρόπος ελέγχου της ισχύος και είναι πιο αποτελεσματικός από τις αναλογικές ή γραμμικές μεθόδους.
Υπάρχουν πολλά παραδείγματα που απεικονίζουν την αποτελεσματική χρήση του PWM στον έλεγχο των δεδομένων παραμέτρων.

Χρησιμοποιείται για τον έλεγχο της ταχύτητας των κινητήρων DC, σε μετατροπείς για τον έλεγχο του RMS της εξόδου AC ή για παραγωγή τροποποιημένων ημιτονοειδών κυμάτων .

Μπορεί επίσης να φανεί στα τροφοδοτικά SMPS για τον έλεγχο της τάσης εξόδου σε ακριβή επίπεδα.
Εφαρμόζεται επίσης σε κυκλώματα οδηγού LED για την ενεργοποίηση της λειτουργίας εξασθένισης LED.

Χρησιμοποιείται εκτενώς σε τοπολογίες buck / boost για την παραγωγή τάσεων κατεβάσματος ή αύξησης χωρίς τη χρήση ογκωδών μετασχηματιστών.

Βασικά λοιπόν μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την προσαρμογή μιας παραμέτρου εξόδου σύμφωνα με τις δικές μας προτιμήσεις.

Με τόσες πολλές ενδιαφέρουσες επιλογές εφαρμογής, σημαίνει ότι η μέθοδος μπορεί να είναι πολύ περίπλοκη ή δαπανηρή για διαμόρφωση;

Η απάντηση είναι σίγουρα, όχι. Στην πραγματικότητα μπορεί να εφαρμοστεί πολύ απλά χρησιμοποιώντας ένα μόνο IC το LM555.

Υπάρχουν βασικά δύο μέθοδοι μέσω των οποίων το IC 555 μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή εξόδου διαμόρφωσης πλάτους παλμού. Η πρώτη μέθοδος χρησιμοποιεί μόνο ένα μοναδικό IC 555 και μερικά σχετικά μέρη όπως δίοδοι, ποτενσιόμετρο και πυκνωτή. Η δεύτερη μέθοδος είναι με τη χρήση μιας τυπικής μονόστατης διαμόρφωσης IC 555 και με χρήση εξωτερικού σήματος διαμόρφωσης.

IC 555 PWM χρησιμοποιώντας διόδους

Η πρώτη μέθοδος είναι η πιο απλή και αποτελεσματική, η οποία χρησιμοποιεί τη διαμόρφωση όπως φαίνεται παρακάτω:

Επίδειξη βίντεο

Η λειτουργία του παραπάνω κυκλώματος δύο διόδων IC 555 PWM είναι αρκετά απλή. Είναι στην πραγματικότητα ένα τυπικός σχεδιασμός πολλών δονητών με εξαίρεση έναν ανεξάρτητο έλεγχο περιόδου ON / OFF της εξόδου.

Όπως γνωρίζουμε ότι ο χρόνος ON του κυκλώματος IC 555 PWM αποφασίζεται από το χρόνο που απαιτείται από τον πυκνωτή του για φόρτιση στο επίπεδο 2 / 3ο Vcc μέσω της αντίστασης πείρου # 7 και ο χρόνος OFF καθορίζεται από το χρόνο εκφόρτισης του πυκνωτή κάτω από το 1/3 Vcc μέσω του ίδιου του πείρου # 7.

Στο παραπάνω απλό κύκλωμα PWM, αυτές οι δύο παράμετροι μπορούν να ρυθμιστούν ή να σταθεροποιηθούν ανεξάρτητα μέσω ενός ποτενσιόμετρου και μέσω μερικών διφασικών διόδων.

Η αριστερή δίοδος που έχει την κάθοδο συνδεδεμένη με τον πείρο # 7 διαχωρίζει τον χρόνο OFF, ενώ η δεξιά δίοδος που έχει την άνοδο συνδεδεμένη με τον πείρο # 7 διαχωρίζει τον χρόνο ON της εξόδου IC.

Οταν ο ποτενσιόμετρο ο βραχίονας ολίσθησης είναι πιο προς την αριστερή δίοδο, προκαλεί τη μείωση του χρόνου εκφόρτισης, λόγω της χαμηλότερης αντίστασης κατά μήκος της διαδρομής εκφόρτισης του πυκνωτή. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα αύξηση του χρόνου ON και μείωση του χρόνου OFF του IC PWM.

Αντίθετα, όταν το ρυθμιστικό του δοχείου είναι πιο προς τη δεξιά δίοδο, προκαλεί τη μείωση του χρόνου ON λόγω της μείωσης της αντίστασης του δοχείου στη διαδρομή φόρτισης του πυκνωτή. Αυτό οδηγεί σε αύξηση της περιόδου OFF και μείωση στις περιόδους ON των IC PWM εξόδου.

2) IC 555 PWM χρησιμοποιώντας εξωτερική διαμόρφωση

Η δεύτερη μέθοδος είναι ελαφρώς περίπλοκη από τα παραπάνω και απαιτεί εξωτερικό μεταβαλλόμενο DC στον πείρο # 5 (είσοδος ελέγχου) του IC για την εφαρμογή του αναλογικά μεταβαλλόμενου πλάτους παλμού στην έξοδο IC.

Ας μάθουμε την ακόλουθη απλή διαμόρφωση κυκλώματος:

IC 555 Pinout

Το διάγραμμα δείχνει το IC 555 ενσύρματο σε μια εύκολη λειτουργία monostable multivibrator. Γνωρίζουμε ότι σε αυτή τη λειτουργία το IC είναι σε θέση να παράγει έναν θετικό παλμό στον ακροδέκτη # 3 ως απάντηση σε κάθε αρνητικό σκανδάλη στον ακροδέκτη # 2.

Ο παλμός στον ακροδέκτη # 3 διατηρείται για κάποια προκαθορισμένη χρονική περίοδο ανάλογα με τις τιμές των Ra και C. Μπορούμε επίσης να δούμε τον ακροδέκτη # 2 και τον ακροδέκτη # 5 να αντιστοιχίζονται ως είσοδοι ρολογιού και διαμόρφωσης αντίστοιχα.

Η έξοδος λαμβάνεται από τον συνηθισμένο πείρο # 3 του τσιπ.

Στην παραπάνω απλή διαμόρφωση, το IC 555 είναι έτοιμο για τη δημιουργία των απαιτούμενων παλμών PWM, απαιτεί απλώς έναν παλμό τετραγωνικού κύματος ή μια είσοδο ρολογιού στον ακροδέκτη # 2, που καθορίζει τη συχνότητα εξόδου και μια είσοδο μεταβλητής τάσης στον ακροδέκτη # 5 του οποίου το πλάτος ή το επίπεδο τάσης αποφασίζει τις διαστάσεις πλάτους παλμού στην έξοδο.

Οι παλμοί ένας πείρος # 2 δημιουργεί αντίστοιχα εναλλασσόμενα τριγωνικά κύματα στον πείρο # 6/7 του IC, του οποίου το πλάτος καθορίζεται από τα εξαρτήματα χρονισμού RA και C.

Αυτό το τριγωνικό κύμα συγκρίνεται με το στιγμιαίο μέτρο της τάσης που εφαρμόζεται στον ακροδέκτη # 5 για τη μείωση των παλμών PWMs στην έξοδο # 3.

Με απλά λόγια, απλώς πρέπει να παρέχουμε μια σειρά παλμών στον ακροδέκτη # 2 και μια μεταβαλλόμενη τάση στον ακροδέκτη # 5 για την επίτευξη των απαιτούμενων παλμών PWM στον ακροδέκτη # 3 του IC.

Το πλάτος της τάσης στον ακροδέκτη # 5 θα είναι άμεσα υπεύθυνο για να κάνει τους παλμούς εξόδου PWM ισχυρότερους ή πιο αδύναμους, ή απλά παχύτερους ή λεπτότερους.

Η τάση διαμόρφωσης μπορεί να είναι ένα πολύ χαμηλό σήμα ρεύματος, αλλά θα δώσει τα επιδιωκόμενα αποτελέσματα.

Για παράδειγμα, ας υποθέσουμε ότι εφαρμόζουμε ένα τετραγωνικό κύμα 50 Hz στον ακροδέκτη # 2 και ένα σταθερό 12V στον ακροδέκτη # 5, το αποτέλεσμα στην έξοδο θα δείξει PWMs με RMS 12V και συχνότητα 50Hz.

Για τη μείωση του RMS πρέπει απλώς να μειώσουμε την τάση στον ακροδέκτη # 5. Εάν το αλλάξουμε, το αποτέλεσμα θα είναι ένα διαφορετικό PWM με διαφορετικές τιμές RMS.

Εάν αυτό το ποικίλο RMS εφαρμόζεται σε ένα στάδιο προγράμματος οδήγησης mosfet στην έξοδο, οποιοδήποτε φορτίο που υποστηρίζεται από το mosfet θα ανταποκρίνεται επίσης με αντίστοιχα διαφορετικά υψηλά και χαμηλά αποτελέσματα.

Εάν ένας κινητήρας είναι συνδεδεμένος στο mosfet, θα ανταποκρίνεται με διάφορες ταχύτητες, μια λάμπα με διαφορετικές ένταση φωτός ενώ ένας μετατροπέας με τροποποιημένα ισοδύναμα ημιτονοειδούς κύματος.

Η κυματομορφή εξόδου

Η παραπάνω συζήτηση μπορεί να αποδειχθεί και να επαληθευτεί από τη δεδομένη απεικόνιση κυματομορφής παρακάτω:

Η ανώτατη κυματομορφή αντιπροσωπεύει την τάση διαμόρφωσης στον πείρο # 5, η διόγκωση στην κυματομορφή αντιπροσωπεύει την αυξανόμενη τάση και το αντίστροφο.

Η δεύτερη κυματομορφή αντιπροσωπεύει τον ομοιόμορφο παλμό ρολογιού που εφαρμόζεται στον πείρο # 2. Είναι απλώς για να επιτρέψει στο IC να αλλάξει σε μια συγκεκριμένη συχνότητα, χωρίς την οποία το IC δεν θα μπορούσε να λειτουργήσει ως συσκευή γεννήτριας PWM.

Η τρίτη κυματομορφή απεικονίζει την πραγματική παραγωγή PWM στον ακροδέκτη # 3, μπορούμε να δούμε ότι το πλάτος των παλμών είναι άμεσα ανάλογο με το κορυφαίο σήμα διαμόρφωσης.

Τα πλάτη παλμού που αντιστοιχούν στο «διόγκωση» μπορούν να θεωρηθούν πολύ ευρύτερα και στενά σε απόσταση, τα οποία αναλογικά γίνονται λεπτότερα και αραιά με την πτώση του επιπέδου τάσης διαμόρφωσης.

Η παραπάνω ιδέα μπορεί να εφαρμοστεί πολύ εύκολα και αποτελεσματικά σε εφαρμογές ελέγχου ισχύος όπως συζητήθηκε νωρίτερα στο παραπάνω άρθρο.

Πώς να δημιουργήσετε έναν σταθερό κύκλο εργασίας 50% από ένα κύκλωμα IC 555

Το παρακάτω σχήμα δείχνει μια απλή διαμόρφωση που θα σας παρέχει σταθερό PWMs κύκλου λειτουργίας 50% σε ολόκληρο τον πείρο # 3. Η ιδέα παρουσιάστηκε σε ένα από τα φύλλα δεδομένων IC 555 και αυτός ο σχεδιασμός φαίνεται πολύ ενδιαφέρων και χρήσιμος για εφαρμογές που χρειάζονται ένα απλό και γρήγορο στάδιο παραγωγής 50% σταθερού κύκλου.