Как да генерирам ШИМ с помощта на IC 555 (2 изследвани метода)

IC 555 е изключително полезно и универсално устройство, което може да се приложи за конфигуриране на много полезни схеми в областта на електрониката. Една много полезна характеристика на този IC е способността му да генерира PWM импулси, които могат да бъдат оразмерени или обработени според нуждите на приложението или веригата.

Какво е ШИМ

PWM означава модулация с широчина на импулса, процес, който включва контрол на широчината на импулса или периодите за включване / изключване или логическите изходи, генерирани от определен източник като осцилаторна верига или микроконтролер.

По принцип ШИМ се използва за оразмеряване или подрязване на изходното напрежение или мощност на определен товар според индивидуалните изисквания или изискванията.

Това е цифров начин за контрол на мощността и е по-ефективен от аналоговите или линейните методи.
Има много примери, които илюстрират ефективното използване на ШИМ при контролиране на дадените параметри.

Използва се за управление на скоростта на постояннотокови двигатели, в инвертори за управление на RMS на изходния променлив ток или за произвеждащи модифицирани изходи на синусоида .

Може да се види и в SMPS захранвания за контрол на изходното напрежение до точни нива.
Също така се прилага в схеми на LED драйвер за активиране на функцията за затъмняване на LED.

Той широко се използва в топологии buck / boost за получаване на понижени или увеличени напрежения, без да се използват обемисти трансформатори.

Така че основно той може да се използва за приспособяване на изходен параметър според нашите собствени предпочитания.

С толкова много интересни опции за приложение, означава ли това, че методът може да е твърде сложен или скъп за конфигуриране ??

Отговорът определено е не. Всъщност тя може да бъде изпълнена много просто, като се използва единична интегрална схема LM555.

По същество има два метода, чрез които IC 555 може да се използва за генериране на изход за модулация с широчина на импулса. Първият метод използва само един IC 555 и няколко свързани части като диоди, потенциометър и кондензатор. Вторият метод е чрез използване на стандартна моностабилна конфигурация IC 555 и използване на външен модулационен сигнал.

IC 555 PWM с използване на диоди

Първият метод е най-простият и ефективен, който използва конфигурацията, както е показано по-долу:

Видео демонстрация

Работата на показаната по-горе двудиодна схема IC 555 PWM е съвсем проста. Всъщност е стандартен дизайн на нестабилен мултивибратор с изключение на независим контрол на периода на включване / изключване на изхода.

Както знаем, че времето за включване на ШИМ веригата IC 555 се определя от времето, необходимо на кондензатора му да се зареди на ниво 2/3 Vcc през резистор № 7, а времето за изключване се определя от времето за разреждане на кондензатора под 1/3 Vcc през самия щифт # 7.

В горната проста ШИМ схема тези два параметъра могат да бъдат независимо зададени или фиксирани чрез потенциометър и чрез няколко бифуркационни диода.

Лявият диод, който има катод, свързан с щифт # 7, разделя времето за изключване, докато десният диод, който има анод, свързан към щифт # 7, отделя времето за включване на изхода на IC.

Когато потенциометър плъзгащото рамо е повече към левия диод, това води до намаляване на времето за разреждане, поради по-ниско съпротивление по пътя на разреждане на кондензатора. Това води до увеличаване на времето за включване и намаляване на времето за изключване на ШИМ на IC.

Обратно, когато плъзгачът на гърнето е по-насочен към дясната страна на диода, това води до намаляване на времето за включване поради намаляване на съпротивлението на гърнето по пътя на зареждане на кондензатора. Това води до увеличаване на периода на изключване и намаляване на периодите на включване на изходните ШИМ на IC.

2) IC 555 PWM с използване на външна модулация

Вторият метод е малко сложен от горния и изисква външен променлив ток на щифт # 5 (управляващ вход) на IC за реализиране на пропорционално вариращата ширина на импулса на изхода на IC.

Нека научим следната проста конфигурация на веригата:

IC 555 Pinout

Диаграмата показва IC 555, свързан в лесен моностабилен режим на мултивибратор. Знаем, че в този режим IC може да генерира положителен импулс на пин # 3 в отговор на всеки един отрицателен тригер в неговия пин # 2.

Импулсът на пин # 3 се поддържа за някакъв предварително определен период от време в зависимост от стойностите на Ra и C. Можем също да видим пин # 2 и пин # 5, присвоени съответно като тактови и модулационни входове.

Изходът се взема от обичайния пин # 3 на чипа.

В горната директна конфигурация IC 555 е настроен за генериране на необходимите PWM импулси, той просто изисква импулс с квадратна вълна или тактов вход на неговия пин # 2, който определя изходната честота и вход с променливо напрежение на пин # 5 чиято амплитуда или нивото на напрежението определя размерите на широчината на импулса на изхода.

Импулсите на пин # 2 генерират съответно редуващи се триъгълни вълни на пин # 6/7 на IC, чиято ширина се определя от RA и C синхронизиращите компоненти.

Тази триъгълна вълна се сравнява с моментната мярка на напрежението, приложена на пин # 5 за оразмеряване на импулсите на ШИМ на изхода на пин # 3.

С прости думи, ние просто трябва да доставим последователност от импулси на пин # 2 и променливо напрежение на пин # 5 за постигане на необходимите PWM импулси на пин # 3 на IC.

Амплитудата на напрежението на щифт # 5 ще бъде пряко отговорна за направата на изходните ШИМ импулси по-силни или по-слаби или просто по-дебели или по-тънки.

Модулационното напрежение може да бъде много нисък токов сигнал, но въпреки това би дало желаните резултати.

Например, да предположим, че прилагаме 50 Hz квадратна вълна на пин # 2 и константа 12V на пин # 5, резултатът на изхода ще покаже ШИМ с RMS от 12V и честота 50Hz.

За да намалим RMS, просто трябва да намалим напрежението на пин # 5. Ако го променяме, резултатът ще бъде променлива ШИМ с променливи RMS стойности.

Ако тази променлива RMS се приложи към етап на драйвера на MOSFET на изхода, всяко натоварване, което се поддържа от MOSFET, също ще отговори със съответно променящи се високи и ниски резултати.

Ако двигател е свързан към MOSFET, той ще реагира с различна скорост, лампа с различна интензивност на светлината, докато инвертор с модифицирани еквиваленти на синусоида.

Изходната форма на вълната

Горната дискусия може да бъде видяна и проверена от дадената илюстрация на формата на вълната по-долу:

Най-горната форма на вълната представлява напрежението на модулация на пин # 5, издутината във формата на вълната представлява нарастващото напрежение и обратно.

Втората форма на вълната представлява равномерния импулс на часовника, приложен на пин # 2. Това е просто за да се даде възможност на IC да превключва на определена честота, без която IC не би могъл да работи като PWM генератор.

Третата форма на вълната изобразява действителното генериране на ШИМ при пин # 3, виждаме, че ширината на импулсите е право пропорционална на горния модулационен сигнал.

Широчината на импулса, съответстваща на „издутината“, може да се види като много по-широка и тясно разположена, която пропорционално става по-тънка и рядка с падането на нивото на модулационното напрежение.

Горната концепция може да бъде много лесно и ефективно приложена в приложения за контрол на мощността, както беше обсъдено по-рано в горната статия.

Как да генерирам фиксиран 50% работен цикъл от схема IC 555

Следващата фигура показва проста конфигурация, която ще ви осигури фиксиран ШИМ с 50% работен цикъл през своя щифт # 3. Идеята беше представена в един от таблиците с данни IC 555 и този дизайн изглежда много интересен и полезен за приложения, които се нуждаят от прост и бърз 50% етап на генератор с фиксиран работен цикъл.