PIC. Урок 14. Модуль CCP. Режим PWM

Признаки неисправности, их устранение

Перейдем к рассмотрению конкретных признаков неисправностей ШИМ контроллера.

Остановка сразу после запуска

Импульсный модулятор запускается, но сразу останавливается. Возможные причины: разрыв цепи обратной связи; блок питания перегружен по току; неисправны фильтровые конденсаторы на выходе. Поиск проблемы: осмотр платы, поиск видимых внешних повреждений; измерение мультиметром напряжения питания микросхемы, напряжения на ключах (на затворах и на выходе), на выходных емкостях. В режиме омметра мультиметром надо измерить нагрузку стабилизатора, сравнить с типовым значением для аналогичных схем.

Метеорит72 - лучший интернет магазин светодиодного освещения! Товары высочайшего качества, безупречный сервис, широчайший ассортимент, отличные цены, гарантия. Посмотреть продукцию >>>

Импульсный модулятор не стартует

Возможные причины: наличие запрещающего сигнала на соответствующем входе. Информацию следует искать в даташите соответствующей микросхемы. Неисправность может быть в цепи питания ШИМ контроллера, возможно внутренне повреждение в самой микросхеме. Шаги по определению неисправности: наружный осмотр платы, визуальный поиск механических и электрических повреждений. Для проверки мультиметром делают замер напряжений на ножках микросхемы и проверку их соответствия с данными в даташит, в случае необходимости, надо заменить ШИМ контроллер.

Проблемы с напряжением

Выходное напряжение существенно отличается от номинальной величины. Это может происходить по следующим причинам: разрыв или изменение сопротивления в цепи обратной связи; неисправность внутри контроллера. Поиск неисправности: визуальное обследование схемы; проверка уровней управляющих и выходных напряжений и сверка их значений с даташит. Если входные параметры в норме, а выход не соответствует номинальному значению – замена ШИМ контроллера.

Отключение блока питания защитой

При запуске широтно-импульсного модулятора, блок питания отключается защитой. При проверке ключевых транзисторов короткое замыкание не обнаруживается. Такие симптомы могут свидетельствовать о неисправности ШИМ контроллера или драйвера ключей. В этом случае нужно произвести замер сопротивлений между затвором и истоком ключей в каждой фазе. Заниженное значение сопротивления может указывать на неисправность драйвера. При необходимости делается замена драйверов.

Для обычного человека, не вникающего в электронику, был незаметен переход всех питающих устройств с линейных на импульсные. Именно импульсные источники (ИИП) питания устанавливаются во всей современной аппаратуре. Основная причина перехода на такой тип преобразователей напряжения — это уменьшение габаритов. Так как всё время, с начала появления и изобретения, электронные приборы требуют постоянного уменьшения их размеров. На рисунке изображен для сравнения габариты обычного и импульсного источника постоянного тока. Не вооруженным глазом видны различия в размерах.

Преимущество импульсных источников питания перед линейными

 Офисные Светильники

В источниках питания на импульсной основе видны целый ряд преимуществ, которые качественно выделяют их от линейных. Вот основные из них:

  1. Значительное снижение габаритов и массы устройств;
  2. Уменьшение количества дорогостоящих цветных металлов, таких как медь, используемых в их изготовлении;
  3. Отсутствие проблем при возникновении короткого замыкания, в большей степени это касается обратноходовых устройств;
  4. Отличная плавная регулировка выходного напряжения, а также его стабилизация путём введения обратной связи в ШИМ-контроллеры;
  5. Высокие показатели КПД.

Однако, как и всё в этом мире, импульсные блоки имеют свои недостатки:

  1. Излучение помех, которые могут появляется при неисправных помехоподавляющих цепочек, чаще всего это высыхание электролитических конденсаторов;
  2. Нежелательная работа их без нагрузки;
  3. Более сложная схема с применением большего количества деталей для поиска аналогов которых необходим справочник.

Применение источников питания на основе высокочастотной модуляции (в импульсных) в современной электронике как в быту, так и на производстве, существенно повлияли на развитие всей электронной техники. Они давно вытеснили с рынка устаревшие источники, построенные на традиционной линейной схеме, и в дальнейшем будут только усовершенствоваться. ШИМ-контроллеры при этом являются сердцем этого аппарата и развитие их функциональности и технических характеристик постоянно улучшается.

 Светодиодная лента  Офисные Светильники

Принцип работы ШИМ

ШИМ есть импульсный сигнал постоянной частоты и переменной скважности, то есть отношения периода следования импульса к его длительности. С помощью задания скважности (длительности импульсов) можно менять среднее напряжение на выходе ШИМ.. Генерируется аналоговым компаратором, на отрицательный вход которого подаётся опорный сигнал в виде «пилы» или «треугольника», а на положительный — собственно сам модулируемый непрерывный аналоговый сигнал

Частота импульсов соответствует частоте «зубьев» пилы. Ту часть периода, когда входной сигнал выше опорного, на выходе получается единица, ниже — нуль

Генерируется аналоговым компаратором, на отрицательный вход которого подаётся опорный сигнал в виде «пилы» или «треугольника», а на положительный — собственно сам модулируемый непрерывный аналоговый сигнал. Частота импульсов соответствует частоте «зубьев» пилы. Ту часть периода, когда входной сигнал выше опорного, на выходе получается единица, ниже — нуль.

В цифровой технике, выходы которой могут принимать только одно из двух значений, приближение желаемого среднего уровня выхода при помощи ШИМ является совершенно естественным. Схема настолько же проста: пилообразный сигнал генерируется N-битным счётчиком. Цифровые устройства (ЦШИП) работают на фиксированной частоте, обычно намного превышающей реакцию управляемых установок (передискретизация). В периоды между фронтами тактовых импульсов, выход ЦШИП остаётся стабильным, на нём действует либо низкий уровень либо высокий, в зависимости от выхода цифрового компаратора, сравнивающего значение счётчика с уровнем приближаемого цифрового сигнала V(n). Выход за много тактов можно трактовать как череду импульсов с двумя возможными значениями 0 и 1, сменяющими друг-друга каждый такт Т. Частота появления единичных импульсов получается пропорциональной уровню приближаемого сигнала ~V(n). Единицы, следующие одна за другой, формируют контур одного, более широкого импульса. Длительности полученных импульсов переменной ширины ~V(n), кратны периоду тактирования T, а частота равна 1/(T*2N). Низкая частота означает длительные, относительно T, периоды постоянства сигнала одного уровня, что даёт невысокую равномерность распределения импульсов.

Описанная цифровая схема генерации подпадает под определение однобитной (двухуровневой) импульсно-кодовой модуляции (ИКМ). 1-битную ИКМ можно рассматривать в терминах ШИМ как серию импульсов частотой 1/T и шириной 0 либо T. Добиться усреднения за менее короткий промежуток времени позволяет имеющаяся передискретизация. Высоким качеством обладает такая разновидность однобитной ИКМ, как импульсно-плотностная модуляция (pulse density modulation), которая ещё именуется импульсно-частотной модуляцией.

Восстанавливается непрерывный аналоговый сигнал арифметическим усреднением импульсов за много периодов при помощи простейшего фильтра низких частот. Хотя обычно даже этого не требуется, так как электромеханические составляющие привода обладают индуктивностью, а объект управления (ОУ) — инерцией, импульсы с выхода ШИП сглаживаются и ОУ, при достаточной частоте ШИМ-сигнала, ведёт себя как при управлении обычным аналоговым сигналом.

Регулировка скважности

Для получения сигнала с управляемой скважностью удобно использовать ШИМ — контроллеры. Эти специализированные микросхемы как раз спроектированы, чтобы формировать сигналы со коэффициентом заполнения, зависящим от внешних условий

Для примера рассмотрим схемы на интегральном ШИМ — контроллере 1156ЕУ3 или UC3823.

Вашему вниманию подборки материалов:

Конструирование источников питания и преобразователей напряжения Разработка источников питания и преобразователей напряжения. Типовые схемы. Примеры готовых устройств. Онлайн расчет. Возможность задать вопрос авторам

Практика проектирования электронных схем Искусство разработки устройств. Элементная база. Типовые схемы. Примеры готовых устройств. Подробные описания. Онлайн расчет. Возможность задать вопрос авторам

На схеме (A1) изображен генератор импульсов со скважностью, зависящей от уровня входного напряжения, подаваемого на ножку 2. Увеличение входного напряжения приводит к увеличению коэффициента заполнения, то есть уменьшению скважности

Генератор по схеме (A2) наоборот формирует импульсы с большим коэффициентом заполнения (меньшей скважностью) при уменьшении входного напряжения. Скважность импульсов генератора (A3) регулируется вручную с помощью подстроечного резистора R5

Скважность импульсов генератора (A3) регулируется вручную с помощью подстроечного резистора R5. Во всех схемах используются одинаковые детали

Выходной сигнал формируется на ножке 14. Подключать к этой ножке можно нагрузку до 2 А (импульсно). Питание осуществляется от источника от 12 до 30 вольт

Во всех схемах используются одинаковые детали. Выходной сигнал формируется на ножке 14. Подключать к этой ножке можно нагрузку до 2 А (импульсно). Питание осуществляется от источника от 12 до 30 вольт.

Микросхема D1 — ШИМ — контроллер 1156ЕУ3 / UC3823.

Резистор R1 — 10 кОм, подстроечный. С помощью него регулируется начальный уровень сигнала, при котором появятся импульсы минимальной длительности.

Резистор R2 — 100 кОм

Резистор R3 — 500 кОм, подстроечный. Он регулирует чувствительность, то есть увеличение этого резистора приводит к тому, что сигнал заданной амплитуды приводит к большему изменению коэффициента наполнения.

Резистор R4, Конденсатор C1 — задают частоту выходного сигнала. Формула для расчета частоты в зависимости о параметров этих деталей.

Резистор R5 — 100 кОм, подстроечный. Он регулирует максимально возможный коэффициент наполнения, а в схеме (A3), просто коэффициент заполнения.

Конденсатор C1 — 0.1 мкФ.

Готовое устройство, иллюстрирующее управление скважностью — Тренажер для снятия усталости глаз и спазма аккомодации

Скважность — импульс

Скважность импульсов, следующих после триггера, не зависит от частоты и амплитуды измеряемого сигнала.

Скважность импульса определяется постоянной времени флотатора. Вторичный датчик 13, соединенный с валом серводвигателя 12, изменяет коэффициент пропорциональности связанного с ним регулятора соотношения 8, и клапан 10 увеличивает дозу коагулянта

Новая доза коагулянта обеспечивает снижение мутности очищенных стоков, это создает условия для возвращения величины тока регулятором 3 в заданный диапазон. При падении величины тока до нижнего заданного предела в случае снижения концентрации на входе флотатора / доза коагулянта уменьшается. Такой режим регулирования обеспечивает минимальные затраты реагента и электроэнергии при сохранении заданного качества очистки воды.

Скважность импульсов является важной характеристикой непрерывного процесса импульсной эрозии.

Скважность импульсов q является величиной, обратной коэффициенту заполнения: q Т / г. Параметр q также безразмерный

Зная скважность, легко вычислить такие характеристики импульсных сигналов, как средняя мощность, среднее значение ( постоянная составляющая) напряжения.

Скважность импульсов обеих полярностей равна двум. Когда необходимы неравные значения tul и / П2, применяют схему ( рис

8 — 5, г), в которой образованы неодинаковые пути для тока заряда и разряда конденсатора при разной полярности выходного напряжения.

Скважность импульсов блокинг-генератора изменяется в пределах от нескольких единиц до нескольких сотен, а иногда и тысяч.

Скважность импульсов блокинг-генератора может изменяться в пределах от нескольких единиц до нескольких сотен, а иногда и тысяч. Транзисторные блокинг-генераторы генерируют импульсы с длительностью от нескольких десятых долей микросекунды до нескольких десятков и сотен микросекунд

Максимальная длительность импульсов зависит от индуктивности намагничивания трансформатора и емкости хронирующего конденсатора, а минимальная в основном определяется постоянной времени транзистора.

Скважность импульсов управления при этом задается константой Уоткр.

Скважностью импульсов Q называется отношение периода повторения к длительности импульса.

Форма и параметры разрядного импульса. а — идеальный прямоугольный импульс с параметрами. длительность импульса-т, пазуы — т, периода — тпр. б — форма импульса на шинах ГИ без нагрузки и спадания переднего Тп. ф и заднего Т3. Ф фронтов импульса. в — осциллограмма импульса тока / и напряжения U на МЭЗ. г — изменение напряжения на МЭЗ ( участки / — 2 — пробой МЭЗ, 2 — 3 — время разряда. 3 — 4 — падение напряжения. д, е — импульсы, генерируемые ГИ серии ШГИ.

Различают скважность импульсов по ЭДС и по току. В первом случае скважность импульсов характеризуется при холостом ходе генератора, во втором — при нагрузке.

Принципиальные схемы игровых автоматов Зажги свет на логических элементах ( а, с использованием счетчика-делителя часто.| Принципиальная схема игрового автомата Орел — Решка.

Здесь скважность импульсов увеличена в 10 раз введением счетчика-делителя частоты DD2, так что вспышки лампы HL1 повторяются через каждые 10 с. При такой скважности систематически нажимать на кнопку с нужным упреждением не удастся.
. При скважности импульсов, измеряемой десятками и более, необходимо использовать мультивибраторы с эмиттерными времязадающими цепями или блокинг-генераторы.

При скважности импульсов, измеряемой десятками и более, необходимо использовать мультивибраторы с эмиттерными времязадающими цепями или блокинг-генераторы.

При скважности импульсов тока ( см. главу IV), проходящего по фотосопротивлениям, kCK — 10 мощность рассеивания в импульсе может быть увеличена до 2 5 em для всех указанных-типов фотосопротивлений.

Широтно-импульсная модуляция

Широтно-импульсная модуляция ( ШИМ), когда изменяется длительность управляющих импульсов t3 ( время замкнутого состояния ключевого элемента), а частота / их следования ( частота переключения ключевого элемента) остается неизменной.

Широтно-импульсная модуляция ( ШИМ) — вид импульсной модуляции, при которой изменяется длительность ( ширина) импульсов.

Широтно-импульсная модуляция ( ШИМ) — вид импульсной модуляции ( см.), при которой изменяется длительность ( ширина) импульсов.

Широтно-импульсная модуляция ( ШИМ) достаточно широко применяется как в телеметрии, так и в системах аналоговой регистрации информации на магнитную ленту. В этом смысле можно говорить о том, что ШИМ запись более помехоустойчива по отношению к КСЛ, чем другие методы записи, и позволяет получить большую точность регистрации аналоговых сигналов.

Широтно-импульсная модуляция ( ШИМ) является распространенным способом формирования управляющего воздействия в динамических системах. Изменение свойств этих элементов может повлечь за собой изменение качества всей системы. Поэтому в процессе ее работы желательно периодически оценивать характеристики линейной части. Между тем, измерение сигнала на выходе линейной части не всегда оказывается возможным. Таким образом, становится актуальной задача определения характеристик линейного объекта по наблюдениям сигнала на выходе ШИМ.

Широтно-импульсная модуляция обладает большей помехозащищенностью, чем АИМ. Кроме того, в случае ШИМ облегчено отделение звуконесущих импульсов от полного телевизионного сигнала методами ограничения. Применение ограничения по максимуму и минимуму позволяет значительно ослабить помехи и паразитную модуляцию амплитуды импульсов.

Двусторонняя широтно-импульсная модуляция первого рода ( ШИМ-1), При ШИМ-1 фронт и срез импульса смещаются в соответствии с передаваемым сообщением в противоположные стороны.

При широтно-импульсной модуляции, особенно когда t 0 lt, форма выходного сигнала значительно отличается от реакции на единичный скачок. Коэффициент Ъ в уравнении ( 18) изменяется в зависимости от длительности импульса.

При широтно-импульсной модуляции ( ШИМ) импульсы модулируются по длительности, пропорциональной амплитуде регис — ри-руемого сигнала. Этот способ обычно используют при многоканальной записи медленно изменяющихся процессов с временным разделением. Временное разделение основано на делении сигнала на дискретные интервалы и на записи отдельных мгновенных его значений.

При широтно-импульсной модуляции по тому же закону изменяется длительность импульса.

Технология широтно-импульсной модуляции ( ШИМ) обычно используется в инверторах для питания асинхронных и синхронных электродвигателей в целях минимизации пульсаций крутящего момента. Но в инверторах с широтно-импульсной модуляцией увеличены коммутационные потери из-за того, что в момент переключения напряжение и ток ключа не равны нулю, что существенно снижает эффективность преобразования мощности.

Схемы импульсных элементов.

При широтно-импульсной модуляции ( рис. XIV.3, б) вместо потенциометра установлено контактное поле с изоляционным промежутком, причем качающаяся планка спрофилирована снизу двумя наклонными плоскостями.

При широтно-импульсной модуляции рабочая частота остается постоянной, а выходное напряжение регулируется за счет изменения времени включения и выключения.

При широтно-импульсной модуляции импульсы модулируются по длительности, пропорциональной амплитуде регистрируемого сигнала. Этот способ используют, как правило, при многоканальной записи медленно изменяющихся процессов с временным разделением, основанным на делении сигнала на дискретные значения и на записи его отдельных мгновенных значений. Временное разделение осуществляют с помощью коммутаторов, которые должны быть снабжены дополнительными контактами для обеспечения синхронизации и калибровки.

Управление по постоянному току

ри технологии управления по постоянному току (Direct Current, DC) меняется уровень постоянного напряжения, подаваемого на электромотор вентилятора. Диапазон изменения напряжения составляет от 6 до 12 В и зависит от конкретной материнской платы. Данная схема управления скоростью вращения вентилятора довольно проста: контроллер на материнской плате, анализируя текущее значение температуры процессора (через встроенный в процессор термодатчик), выставляет нужное значение напряжения питания вентилятора. До определенного значения температуры процессора напряжение питания минимально, и потому вентилятор вращается на минимальных оборотах и создает минимальный уровень шума. Как только температура процессора достигает некоторого порогового значения, напряжение питания вентилятора начинает динамически меняться, вплоть до максимального значения в зависимости от температуры. Соответственно меняются скорость вращения вентилятора и уровень создаваемого шума (рис. 2).

Рис. 2. Реализация динамического управления скоростью вращения вентилятора кулера процессора при изменении напряжения питания

Рассмотренная технология реализована на всех современных материнских платах  как процессоров Intel, так и процессоров AMD. Для ее реализации необходимо установить соответствующую схему управления в BIOS материнской платы и использовать трехконтактный вентилятор (отметим, что большинство процессорных кулеров являются именно трехконтактными): два контакта  это напряжение питания вентилятора, а третий контакт  сигнал тахометра, формируемый самим вентилятором и необходимый для определения текущей скорости вращения вентилятора. Сигнал тахометра представляет собой прямоугольные импульсы напряжения, причем за один оборот вентилятора формируется два импульса напряжения. Зная частоту следования импульсов тахометра, можно определить скорость вращения вентилятора. Например, если частота импульсов тахометра равна 100 Гц (100 импульсов в секунду), то скорость вращения вентилятора составляет 50 об./с, или 3000 об./мин.

Bit-banging Pulse Width Modulation

You can «manually» implement PWM on any pin by repeatedly turning the pin on and off for the desired times. e.g.

void setup(){
pinMode(13, OUTPUT);}void loop(){
digitalWrite(13, HIGH);
delayMicroseconds(100); // Approximately 10% duty cycle @ 1KHz
digitalWrite(13, LOW);
delayMicroseconds(1000 — 100);}

This technique has the advantage that it can use any digital output pin. In addition, you have full control the duty cycle and frequency. One major disadvantage is that any interrupts will affect the timing, which can cause considerable jitter unless you disable interrupts. A second disadvantage is you can’t leave the output running while the processor does something else. Finally, it’s difficult to determine the appropriate constants for a particular duty cycle and frequency unless you either carefully count cycles, or tweak the values while watching an oscilloscope.

Симметричные сигналы — коэффициент заполнения полупериода

Для симметричных сигналов описанный выше коэффициент заполнения будет равен нулю, так как среднее арифметическое симметричного сигнала равно нулю. Для анализа симметричных периодических сигналов применяется понятие коэффициента заполнения полупериода. Для его расчета используется формула:

[Обобщенный коэффициент заполнения полупериода] = [Среднеарифметическое значение напряжения сигнала за полупериод, В] / [Амплитуда сигнала (A), В]

Коэффициент заполнения полупериода используется для расчета схем с трансформаторами, катушками индуктивности или конденсаторами. Например, чтобы определить, до какого напряжения за полупериод зарядится конденсатор, нужно посчитать довольно замысловатый интеграл или воспользоваться простой формулой:

[Напряжение на конденсаторе в конце полупериода, В] = [Напряжение на конденсаторе в начале полупериода, В] + [Обобщенный коэффициент заполнения полупериода] * [Амплитуда силы тока, А] * [Длительность полупериода, с]

Аналогично для катушки индуктивности:

[Сила тока в катушке индуктивности в конце полупериода, А] = [Сила тока в начале полупериода, А] + [Обобщенный коэффициент заполнения полупериода] * [Амплитуда напряжения, В] * [Длительность полупериода, с]

Обобщенные коэффициенты заполнения для разных распространенных сигналов можно взять из таблиц. Иногда известно не амплитудное, а действующее значение. Тогда полезен будет другой коэффициент: отношение среднего арифметического значения к действующему. С математической точки зрения он равен отношению среднего арифметического к среднему квадратичному.

[Напряжение на конденсаторе в конце полупериода, В] = [Напряжение на конденсаторе в начале полупериода, В] + [Отношение среднего арифметического значения силы тока к действующему] * [Действующее значение силы тока, А] * [Длительность полупериода, с]

[Сила тока в катушке индуктивности в конце полупериода, А] = [Сила тока в начале полупериода, А] + [Отношение среднего арифметического значения напряжения к действующему] * [Действующее значение напряжения, В] * [Длительность полупериода, с]

Для синусоидального сигнала

[Обобщенный коэффициент заполнения полупериода] = 0.637

[Отношение среднего арифметического значения напряжения к действующему] = 0.9

Для треугольного сигнала

[Обобщенный коэффициент заполнения полупериода] = [L, с] / [T, с] / 2

[Отношение среднего арифметического значения напряжения к действующему] = [Корень квадратный из 3] * [L, с] / [T, с] / 2

В литературе нередко понятием ‘Коэффициент заполнения’ обозначают то коэффициент заполнения периода, то коэффициент заполнения полупериода, то отношение среднего значения к действующему. Так что, о чем идет речь, приходится понимать по контексту.

(читать дальше…) :: (в начало статьи)

 1   2  3

 

:: ПоискТехника безопасности :: Помощь

К сожалению в статьях периодически встречаются ошибки, они исправляются, статьи дополняются, развиваются, готовятся новые. Подпишитесь, на новости, чтобы быть в курсе.

Если что-то непонятно, обязательно спросите!Задать вопрос. Обсуждение статьи.

Еще статьи

Практика проектирования электронных схем. Самоучитель электроники….
Искусство разработки устройств. Элементная база радиоэлектроники. Типовые схемы….

Конструирование (проектирование и расчет) источников питания и преобра…
Разработка источников питания и преобразователей напряжения. Типовые схемы. Прим…

Онлайн расчет схемы защиты (активного ограничителя) силового ключа от …
Проектирование защитной схемы силового транзистора импульсного источника питания…

Единица измерения мощности. Ватт. Watt. Доли. Соотношения. Значение. В…
Единица измерения мощности. Ватт. Соотношение с другими физическими величинами.

Прямоходовый импульсный преобразователь напряжения, источник питания


Как выбрать частоту работы контроллера и скважность для однотактного прямоходово..

Резистор. Принцип работы. Математическая модель. Применение. Резисторн…
Резистор. Принцип работы. Применение в схемах. Свойства. Классификация….

Частота, период сигнала, изменения напряжения, силы тока. Периодически…
Понятие частоты и периода периодического сигнала. Единицы измерения….

Полупроводниковый диод. Принцип работы. Применение. Типы, виды, катего…
Полупроводниковые диоды. Принцип работы. Применение в схемах. Свойства. Математи…

Add a Comment

Ваш e-mail не будет опубликован.

Яндекс.Метрика