Jak generovat PWM pomocí IC 555 (2 prozkoumané metody)

IC 555 je mimořádně užitečné a univerzální zařízení, které lze použít ke konfiguraci mnoha užitečných obvodů v oblasti elektroniky. Jedním z velmi užitečných rysů tohoto IC je jeho schopnost generovat PWM pulsy, které mohou být dimenzovány nebo zpracovány podle potřeb aplikace nebo obvodu.

Co je PWM

PWM je zkratka pro modulaci šířky pulzu, což je proces, který zahrnuje řízení šířky pulzu nebo periody ON / OFF nebo logické výstupy, které jsou generovány z konkrétního zdroje, jako je obvod oscilátoru nebo mikrokontrolér.

V zásadě se PWM používá pro dimenzování nebo ořezávání výstupního napětí nebo výkonu konkrétní zátěže podle individuálních nebo aplikačních požadavků.

Jedná se o digitální způsob řízení výkonu a je účinnější než analogové nebo lineární metody.
Existuje mnoho příkladů, které ilustrují efektivní využití PWM při řízení daných parametrů.

Používá se pro řízení otáček stejnosměrných motorů, ve střídačích pro řízení RMS výstupního střídavého proudu nebo pro produkující modifikované výstupy sinusových vln .

To je také vidět na napájecích zdrojích SMPS pro řízení výstupního napětí na přesné úrovně.
Používá se také v obvodech budiče LED pro umožnění funkce stmívání LED.

Je široce používán v topologiích buck / boost pro odvozování sestupných nebo zesílených napětí bez použití objemných transformátorů.

V zásadě to tedy může být použito k přizpůsobení výstupního parametru podle našich vlastních preferencí.

S tolika zajímavými možnostmi aplikace to znamená, že metoda může být příliš komplikovaná nebo nákladná na konfiguraci ??

Odpověď je rozhodně ne. Ve skutečnosti jej lze velmi jednoduše implementovat pomocí jediného integrovaného obvodu LM555.

V zásadě existují dvě metody, kterými lze IC 555 použít pro generování výstupu modulace šířky pulzu. První metoda používá pouze jeden IC 555 a několik souvisejících částí, jako jsou diody, potenciometr a kondenzátor. Druhá metoda je pomocí standardní monostabilní konfigurace IC 555 a pomocí externího modulačního signálu.

IC 555 PWM pomocí diod

První metoda je nejjednodušší a nejúčinnější, která využívá konfiguraci, jak je znázorněno níže:

Video ukázka

Práce výše uvedeného obvodu dvou diod IC 555 PWM je poměrně jednoduchá. Je to ve skutečnosti standardní astabilní design multivibrátoru s výjimkou nezávislé periody zapnutí / vypnutí výstupu.

Jak víme, doba zapnutí obvodu IC 555 PWM je určena dobou, kterou jeho kondenzátor nabije na úrovni 2/3 Vcc přes odpor č. 7, a čas vypnutí je určen dobou vybíjení kondenzátoru pod 1/3 Vcc přes samotný pin # 7.

Ve výše uvedeném jednoduchém obvodu PWM lze tyto dva parametry nezávisle nastavit nebo zafixovat pomocí potenciometru a pomocí dvojice rozdvojovacích diod.

Dioda na levé straně, která má svou katodu spojenou s kolíkem # 7, odděluje čas vypnutí, zatímco dioda na pravé straně, která má svou anodu připojenou k kolíku, č. 7, odděluje dobu zapnutí výstupu IC.

Když potenciometr Posuvné rameno je více směrem k levé straně diody, způsobuje snížení doby vybíjení v důsledku nižšího odporu přes vybíjecí dráhu kondenzátoru. To má za následek zvýšení doby zapnutí a snížení doby vypnutí IC PWM.

Naopak, když je jezdec potenciometru více směrem k pravé straně diody, způsobí to zkrácení doby zapnutí kvůli snížení odporu potenciometru na nabíjecí dráze kondenzátoru. To má za následek zvýšení periody OFF a snížení periody ON výstupních PWM IC.

2) IC 555 PWM pomocí externí modulace

Druhá metoda je o něco složitější než výše uvedená a vyžaduje externí proměnlivý stejnosměrný proud na pinu č. 5 (řídicí vstup) integrovaného obvodu pro implementaci proporcionálně se měnící šířky pulzu na výstupu integrovaného obvodu.

Naučme se následující jednoduchou konfiguraci obvodu:

IC 555 Pinout

Schéma ukazuje IC 555 zapojený v režimu jednoduchého monostabilního multivibrátoru. Víme, že v tomto režimu je IC schopen generovat pozitivní puls na pinu č. 3 v reakci na každý negativní spoušť na jeho pinu č. 2.

Pulz na pinu č. 3 se udržuje po určitou předem stanovenou dobu v závislosti na hodnotách Ra a C. Můžeme také vidět piny č. 2 a č. 5 přiřazené jako hodinové a modulační vstupy.

Výstup je převzat z obvyklého pinu č. 3 čipu.

Ve výše uvedené přímé konfiguraci je IC 555 nastaven na generování požadovaných impulzů PWM, vyžaduje pouze obdélníkový impuls nebo hodinový vstup na svém pinu # 2, který určuje výstupní frekvenci, a variabilní napěťový vstup na pinu # 5 jehož amplituda nebo úroveň napětí rozhodují o šířce pulzu na výstupu.

Impulsy kolíku # 2 generují odpovídající střídavé trojúhelníkové vlny na kolíku # 6/7 IC, jehož šířka je určena časovacími komponentami RA a C.

Tato trojúhelníková vlna se porovnává s okamžitým měřením napětí aplikovaného na kolíku # 5 pro dimenzování pulzů PWM na výstupu kolíku # 3.

Jednoduše řečeno, k dosažení požadovaných impulzů PWM na kolíku # 3 IC musíme jednoduše dodat sled pulzů na pinu # 2 a různé napětí na pinu # 5.

Amplituda napětí na pinu # 5 bude přímo zodpovědná za to, že výstupní PWM pulsy budou silnější nebo slabší, nebo jednoduše silnější nebo tenčí.

Modulačním napětím může být velmi nízký proudový signál, přesto by poskytl zamýšlené výsledky.

Předpokládejme například, že použijeme obdélníkovou vlnu 50 Hz na pin # 2 a konstantní 12V na pin # 5, výsledek na výstupu ukáže PWMs s RMS 12V a frekvencí 50Hz.

Pro snížení RMS musíme pouze snížit napětí na pinu č. 5. Pokud to změníme, výsledkem bude proměnná PWM s různými hodnotami RMS.

Pokud je tato proměnná RMS aplikována na fázi ovladače mosfet na výstupu, jakékoli zatížení, které je podporováno mosfetem, bude také reagovat s odpovídajícími různými vysokými a nízkými výsledky.

Pokud je k mosfetu připojen motor, bude reagovat různými rychlostmi, lampa s různou intenzitou světla, zatímco střídač s upravenými ekvivalenty sinusových vln.

Výstupní křivka

Výše uvedená diskuse může být svědkem a ověřena na níže uvedeném obrázku průběhu:

Nejvyšší křivka představuje modulační napětí na pinu # 5, boule ve křivce představuje rostoucí napětí a naopak.

Druhá křivka představuje jednotný hodinový pulz aplikovaný na pinu # 2. Je to jen pro umožnění přepínání IC na určité frekvenci, bez které by IC nemohl fungovat jako zařízení generátoru PWM.

Třetí křivka zobrazuje skutečnou generaci PWM na pinu č. 3, vidíme, že šířka pulzů je přímo úměrná signálu nejvyšší modulace.

Šířky pulzů odpovídající „bouli“ lze považovat za mnohem širší a těsně rozmístěné, které se úměrně stávají tenčími a řídšími s poklesem úrovně modulačního napětí.

Výše uvedený koncept lze velmi snadno a efektivně použít v aplikacích řízení výkonu, jak je popsáno výše v předchozím článku.

Jak generovat fixní 50% pracovní cyklus z obvodu IC 555

Následující obrázek ukazuje jednoduchou konfiguraci, která vám poskytne pevný 50% pracovní cyklus PWM přes jeho pin # 3. Nápad byl představen v jednom z datových listů IC 555 a tento design vypadá velmi zajímavě a užitečně pro aplikace, které potřebují jednoduchý a rychlý 50% stupeň generátoru s pevným pracovním cyklem.