Cum se generează PWM folosind IC 555 (2 metode explorate)

IC 555 este un dispozitiv extrem de util și versatil care poate fi aplicat pentru configurarea multor circuite utile în domeniul electronicii. O caracteristică foarte utilă a acestui IC este capacitatea sa de a genera impulsuri PWM care pot fi dimensionate sau procesate conform nevoilor aplicației sau ale circuitului.

Ce este PWM

PWM înseamnă modularea lățimii impulsului, un proces care implică controlul lățimilor impulsului sau a perioadelor de pornire / oprire sau a ieșirilor logice generate de o anumită sursă, cum ar fi un circuit oscilator sau un microcontroler.

Practic, PWM este utilizat pentru dimensionarea sau tăierea tensiunii de ieșire sau a puterii unei anumite sarcini conform cerințelor individuale sau ale aplicației.

Este un mod digital de control al puterii și este mai eficient decât metodele analogice sau liniare.
Există multe exemple care ilustrează utilizarea eficientă a PWM în controlul parametrilor dați.

Este folosit pentru controlul vitezei motoarelor de curent continuu, în invertoare pentru controlul RMS al ieșirii CA sau pentru producând ieșiri cu undă sinusoidală modificate .

Poate fi văzut și în sursele de alimentare SMPS pentru controlul tensiunii de ieșire la niveluri precise.
Este, de asemenea, aplicat în circuitele driverului cu LED-uri pentru a permite funcționarea gradării cu LED.

Este utilizat pe scară largă în topologiile buck / boost pentru a obține tensiuni reduse sau crescute fără a utiliza transformatoare voluminoase.

Deci, în principiu, acesta poate fi utilizat pentru adaptarea unui parametru de ieșire conform propriilor preferințe.

Cu atâtea opțiuni de aplicații interesante, înseamnă că metoda poate fi prea complicată sau costisitoare de configurat ??

Răspunsul este cu siguranță, nu. De fapt, poate fi implementat foarte simplu folosind un singur IC LM555.

În principiu, există două metode prin care IC 555 poate fi utilizat pentru generarea ieșirii de modulare a lățimii impulsurilor. Prima metodă utilizează doar un singur IC 555 și câteva părți asociate, cum ar fi diode, potențiometru și condensator. A doua metodă este prin utilizarea unei configurații standard monostabile IC 555 și utilizarea unui semnal de modulație extern.

IC 555 PWM folosind diode

Prima metodă este cea mai simplă și eficientă, care utilizează configurația așa cum se arată mai jos:

Demonstrație video

Funcționarea circuitului PWM IC 555 cu două diode de mai sus este destul de simplă. Este de fapt un design standard multivibrator astabil cu excepția unui control independent al perioadei ON / OFF a ieșirii.

După cum știm, timpul de pornire al circuitului IC 555 PWM este decis de timpul necesar condensatorului său pentru a se încărca la nivelul 2/3 Vcc prin rezistorul pin # 7, iar timpul de oprire este determinat de timpul de descărcare a condensatorului. sub 1/3 Vcc prin pinul # 7 în sine.

În circuitul PWM simplu de mai sus, acești doi parametri pot fi setați sau fixați independent printr-un potențiometru și prin câteva diode bifurcante.

Dioda din partea stângă care are catodul conectat cu pinul # 7 separă timpul OFF, în timp ce dioda din partea dreaptă care are anodul conectat la pinul # 7 separă timpul de pornire al ieșirii IC.

Cand potențiometru brațul glisant este mai mult spre dioda din partea stângă, determină scăderea timpului de descărcare, datorită rezistenței mai mici pe calea de descărcare a condensatorului. Acest lucru are ca rezultat o creștere a timpului de pornire și o scădere a timpului de oprire a IC PWM.

În schimb, atunci când glisorul potului este mai mult spre dioda laterală dreaptă, acesta determină scăderea timpului de pornire datorită scăderii rezistenței potului pe calea de încărcare a condensatorului. Aceasta are ca rezultat o creștere a perioadei OFF și o scădere a perioadelor ON ale PWM-urilor de ieșire IC.

2) IC 555 PWM utilizând modulație externă

A doua metodă este ușor complexă decât cea de mai sus și necesită o variabilă CC externă pe pinul 5 (intrare de control) a CI pentru implementarea lățimii impulsului care variază proporțional la ieșirea IC.

Să învățăm următoarea configurație simplă a circuitului:

IC 555 Pinout

Diagrama arată IC 555 conectat într-un mod monostabil ușor monostabil. Știm că în acest mod IC-ul este capabil să genereze un impuls pozitiv la pinul # 3 ca răspuns la fiecare declanșator negativ de la pinul său # 2.

Pulsul la pinul 3 se menține pentru o anumită perioadă de timp predeterminată, în funcție de valorile lui Ra și C. Putem vedea, de asemenea, pinul 2 și pinul 5 alocate ca intrări de ceas și, respectiv, de modulare.

Ieșirea este preluată de la pinul obișnuit # 3 al cipului.

În configurația simplă de mai sus, IC 555 este setat pentru generarea impulsurilor PWM necesare, necesită doar un impuls de undă pătrată sau o intrare de ceas la pinul său 2, care determină frecvența de ieșire și o intrare de tensiune variabilă la pinul 5 a cărei amplitudine sau nivel de tensiune decide dimensiunile lățimii impulsului la ieșire.

Pulsurile unui pin # 2 generează o undă triunghiulară alternativă corespunzător la pinul # 6/7 al IC, a cărei lățime este determinată de componentele de sincronizare RA și C.

Această undă triunghiulară este comparată cu măsurarea instantanee a tensiunii aplicate la pinul 5 pentru dimensionarea impulsurilor PWM la ieșirea pinului 3.

În cuvinte simple, trebuie doar să furnizăm un tren de impulsuri la pinul 2 și o tensiune variabilă la pinul 5 pentru realizarea impulsurilor PWM necesare la pinul 3 al CI.

Amplitudinea tensiunii la pinul 5 va fi direct responsabilă pentru a face impulsurile PWM de ieșire mai puternice sau mai slabe, sau pur și simplu mai groase sau mai subțiri.

Tensiunea de modulație poate fi un semnal de curent foarte scăzut, dar ar da rezultatele dorite.

De exemplu, să presupunem că aplicăm o undă pătrată de 50 Hz la pinul 2 și o constantă de 12V la pinul 5, rezultatul la ieșire va arăta PWM-uri cu un RMS de 12V și frecvența de 50Hz.

Pentru reducerea RMS, trebuie doar să scădem tensiunea la pinul 5. Dacă îl vom varia, rezultatul va fi un PWM diferit cu valori RMS variabile.

Dacă acest RMS diferit este aplicat la o etapă a driverului de mosfet la ieșire, orice încărcare care este susținută de mosfet va răspunde, de asemenea, cu rezultate variabile corespunzătoare, înalte și joase.

Dacă un motor este conectat la MOSFET, acesta va răspunde cu viteze variabile, o lampă cu intensități luminoase variabile în timp ce un invertor cu echivalente de undă sinusoidală modificate.

Forma de undă de ieșire

Discuția de mai sus poate fi asistată și verificată din ilustrația dată a formei de undă de mai jos:

Cea mai înaltă formă de undă reprezintă tensiunea de modulație la pinul 5, umflătura din forma de undă reprezintă tensiunea în creștere și invers.

A doua formă de undă reprezintă impulsul de ceas uniform aplicat la pinul 2. Este doar pentru a permite IC-ului să comute la o anumită frecvență, fără de care IC-ul nu ar putea funcționa ca un dispozitiv generator PWM.

Cea de-a treia formă de undă descrie generația reală PWM la pinul 3, putem vedea că lățimea impulsurilor este direct proporțională cu semnalul de modulație de sus.

Lățimile impulsului corespunzătoare „umflăturii” pot fi văzute ca fiind mult mai largi și strâns distanțate, care proporțional devin mai subțiri și mai rare odată cu scăderea nivelului de tensiune de modulare.

Conceptul de mai sus poate fi aplicat foarte ușor și eficient în aplicațiile de control al puterii, așa cum am discutat mai sus în articolul de mai sus.

Cum se generează un ciclu fix de 50% din circuitul IC 555

Următoarea figură prezintă o configurație simplă, care vă va oferi un PWM de ciclu de funcționare fix de 50% pe pinul său 3. Ideea a fost prezentată într-una din fișele tehnice IC 555, iar acest design pare foarte interesant și util pentru aplicațiile care au nevoie de o etapă simplă și rapidă a generatorului de ciclu fix de 50%.