PWM genereren met IC 555 (2 methoden onderzocht)

De IC 555 is een uiterst handig en veelzijdig apparaat dat kan worden toegepast voor het configureren van veel bruikbare schakelingen op het gebied van elektronica. Een zeer nuttige functie van deze IC is de mogelijkheid om PWM-pulsen te genereren die kunnen worden gedimensioneerd of verwerkt volgens de behoeften van de toepassing of het circuit.

Wat is PWM

PWM staat voor pulsbreedtemodulatie, een proces waarbij de pulsbreedte of de AAN / UIT-perioden of logische uitgangen die worden gegenereerd door een bepaalde bron, zoals een oscillatorcircuit of microcontroller, worden geregeld.

In principe wordt PWM gebruikt voor het dimensioneren of trimmen van de uitgangsspanning of het vermogen van een bepaalde belasting volgens individuele of toepassingsvereisten.

Het is een digitale manier om het vermogen te regelen en is effectiever dan analoge of lineaire methoden.
Er zijn veel voorbeelden die het effectieve gebruik van PWM illustreren bij het regelen van de gegeven parameters.

Het wordt gebruikt voor het regelen van de snelheid van DC-motoren, in omvormers voor het regelen van de RMS van de uitgang AC of voor het produceren van gemodificeerde sinusgolfuitgangen ​

Het is ook te zien in SMPS-voedingen voor het regelen van de uitgangsspanning tot nauwkeurige niveaus.
Het wordt ook toegepast in LED-drivercircuits om LED-dimmen mogelijk te maken.

Het wordt veel gebruikt in buck / boost-topologieën voor het afleiden van verlaagde of verhoogde spanningen zonder omvangrijke transformatoren te gebruiken.

Dus in principe kan het worden gebruikt voor het aanpassen van een uitvoerparameter volgens onze eigen voorkeuren.

Betekent dit, met zoveel interessante toepassingsopties, dat de methode misschien te ingewikkeld of te duur is om te configureren?

Het antwoord is beslist nee. In feite kan het heel eenvoudig worden geïmplementeerd met behulp van een enkele IC, de LM555.

Er zijn in principe twee methoden waarmee de IC 555 kan worden gebruikt voor het genereren van pulsbreedtemodulatie-uitvoer. De eerste methode maakt gebruik van slechts één IC 555 en een paar bijbehorende onderdelen, zoals een diode, een potentiometer en een condensator. De tweede methode is door een standaard monostabiele IC 555-configuratie te gebruiken en een extern modulatiesignaal te gebruiken.

IC 555 PWM met behulp van diodes

De eerste methode is de eenvoudigste en meest effectieve, waarbij de onderstaande configuratie wordt gebruikt:

Videodemonstratie

De werking van het hierboven getoonde IC 555 PWM-circuit met twee diodes is vrij eenvoudig. Het is in feite een standaard astabiel multivibratorontwerp met uitzondering van een onafhankelijke AAN / UIT-periodesturing van de uitgang.

Zoals we weten, wordt de AAN-tijd van het IC 555 PWM-circuit bepaald door de tijd die de condensator nodig heeft om op het 2 / 3e Vcc-niveau op te laden via de weerstand van pin # 7, en wordt de UIT-tijd bepaald door de ontlaadtijd van de condensator onder 1 / 3e Vcc door de pin # 7 zelf.

In het bovenstaande eenvoudige PWM-circuit kunnen deze twee parameters onafhankelijk worden ingesteld of vastgelegd via een potentiometer en via een paar vertakte diodes.

De linker diode waarvan de kathode is verbonden met pin # 7 scheidt de UIT-tijd, terwijl de rechterkant waarvan de anode is verbonden met pin # 7 de AAN-tijd van de IC-uitgang scheidt.

Wanneer de potentiometer schuifarm is meer naar de linker diode gericht, dit zorgt ervoor dat de ontladingstijd afneemt vanwege de lagere weerstand over het ontladingspad van de condensator. Dit resulteert in een toename van de AAN-tijd en een afname in de UIT-tijd van de IC PWM.

Omgekeerd, wanneer de potschuif meer naar de rechterkant diode is gericht, zorgt dit ervoor dat de AAN-tijd afneemt als gevolg van een verlaging van de weerstand van de pot op het laadpad van de condensator. Dit resulteert in een toename van de UIT-periode en een afname in de AAN-perioden van de IC-uitgangs-PWM's.

2) IC 555 PWM met behulp van externe modulatie

De tweede methode is enigszins ingewikkeld dan de bovenstaande en vereist een externe variërende DC op pin # 5 (stuuringang) van de IC voor het implementeren van de proportioneel variërende pulsbreedte aan de IC-uitgang.

Laten we de volgende eenvoudige circuitconfiguratie leren:

IC 555 Pinout

Het diagram toont de IC 555 bedraad in een eenvoudige monostabiele multivibratormodus. We weten dat de IC in deze modus in staat is om een ​​positieve puls op pin # 3 te genereren als reactie op elke negatieve trigger op pin # 2.

De puls op pin # 3 houdt gedurende een vooraf bepaalde tijdsperiode aan, afhankelijk van de waarden van Ra en C.We kunnen ook pin # 2 en pin # 5 zien die zijn toegewezen als respectievelijk klok- en modulatie-ingangen.

De uitvoer is afkomstig van de gebruikelijke pin # 3 van de chip.

In de bovenstaande eenvoudige configuratie is de IC 555 helemaal klaar voor het genereren van de vereiste PWM-pulsen, het vereist alleen een blokgolfpuls of een klokingang op pin 2, die de uitgangsfrequentie bepaalt, en een variabele spanningsingang op pin 5. waarvan de amplitude of het spanningsniveau de pulsbreedte-afmetingen aan de uitgang bepaalt.

De pulsen van pin # 2 wekken een overeenkomstig afwisselende driehoeksgolven op op pin # 6/7 van de IC, waarvan de breedte wordt bepaald door de RA- en C-timingcomponenten.

Deze driehoeksgolf wordt vergeleken met de momentane meting van de spanning die wordt aangelegd op pin # 5 voor het dimmen van de PWM-pulsen op pin # 3-uitgang.

In eenvoudige bewoordingen hoeven we alleen maar een reeks pulsen op pin # 2 en een variërende spanning op pin # 5 te leveren om de vereiste PWM-pulsen op pin # 3 van de IC te bereiken.

De amplitude van de spanning op pin # 5 is direct verantwoordelijk voor het sterker of zwakker maken van de output PWM-pulsen, of gewoon dikker of dunner.

De modulatiespanning kan een zeer laag stroomsignaal zijn, maar zou toch de beoogde resultaten opleveren.

Stel dat we een blokgolf van 50 Hz toepassen op pin # 2 en een constante 12V op pin # 5, dan zal het resultaat aan de uitgang PWM's tonen met een RMS van 12V en een frequentie van 50Hz.

Om de RMS te verlagen, hoeven we alleen de spanning op pin # 5 te verlagen. Als we het variëren, is het resultaat een variërende PWM met verschillende RMS-waarden.

Als deze variërende RMS wordt toegepast op een mosfet-stuurprogramma aan de uitgang, zal elke belasting die wordt ondersteund door de mosfet ook reageren met overeenkomstig variërende hoge en lage resultaten.

Als er een motor op de mosfet is aangesloten, reageert deze met wisselende snelheden, een lamp met wisselende lichtintensiteiten en een omvormer met gemodificeerde sinusgolfequivalenten.

De uitvoergolfvorm

De bovenstaande discussie kan worden gezien en geverifieerd aan de hand van de gegeven golfvormillustratie hieronder:

De bovenste golfvorm vertegenwoordigt de modulatiespanning op pin # 5, de uitstulping in de golfvorm vertegenwoordigt de stijgende spanning en vice versa.

De tweede golfvorm vertegenwoordigt de uniforme klokpuls die wordt toegepast op pin # 2. Het is alleen om de IC op een bepaalde frequentie te laten schakelen, zonder welke de IC niet zou kunnen werken als een PWM-generatorapparaat.

De derde golfvorm geeft de feitelijke PWM-generatie op pin # 3 weer, we kunnen zien dat de breedte van de pulsen recht evenredig is met het bovenste modulatiesignaal.

De pulsbreedtes die overeenkomen met de 'uitstulping' kunnen worden gezien als veel breder en dicht bij elkaar, die proportioneel dunner en schaars worden met de daling van het modulatiespanningsniveau.

Het bovenstaande concept kan heel gemakkelijk en effectief worden toegepast in vermogensregelingstoepassingen, zoals eerder in het bovenstaande artikel besproken.

Hoe u een vaste inschakelduur van 50% genereert uit een IC 555-circuit

De volgende afbeelding toont een eenvoudige configuratie die u een vaste PWM's van 50% inschakelduur geeft over pin # 3. Het idee werd gepresenteerd in een van de IC 555-datasheets en dit ontwerp ziet er erg interessant en nuttig uit voor toepassingen die een eenvoudige en snelle generatorfase met een vaste inschakelduur van 50% nodig hebben.