Широтно-импульсная модуляция — ШИМ
Разберем понятие ШИМ на примере управления скоростью вращения двигателя постоянного тока. Поставим своей целью запустить мотор на 50% от его максимальной скорости. Пусть наш двигатель идеальный и чтобы достичь заданной скорости, нам нужно в единицу времени передавать на мотор в два раза меньше мощности. Как это сделать, не меняя источник питания?
Следующий опыт. Снова включим мотор, и когда его скорость достигнет половины от максимальной — выключим. Заметив, что скорость падает — снова включим. И так далее. Включая и выключая питание мотора, мы заставим ротор вращаться со скоростью, близкой к половине от максимальной!
Разумеется, в силу человеческой медлительности, мотор будет удерживать заданную скорость с некоторой погрешностью. Другими словами, скорость будет «плавать» вокруг заданного значения. Чтобы минимизировать эти отклонения, нам потребуется увеличить частоту переключений. Тут уже не обойтись без автоматики.
А как заставить мотор вращаться медленнее или быстрее? Количество переданной мотору энергии будет зависеть от отношения времени когда мотор включен — tвкл к времени когда он выключен — tвыкл.
Так, для передачи мотору 50% мощности, tвкл будет равно tвыкл. Такой случай как раз изображен на графике. Чтобы мотор вращался еще медленнее, скажем с мощностью 25% от номинальной, придется время включения мотора уменьшить до этих самых 25% от общего периода управления T.
Таким образом, имея возможность менять ширину импульсов, мы можем достаточно точно управлять скоростью вращения мотора.
Собственно, рассмотренный способ управления мощностью и называется широтно-импульсной модуляцией сигнала, а сокращённо — ШИМ. Теперь рассмотрим параметры которые характеризуют ШИМ сигнал и которые следует учитывать при написании программ для микроконтроллеров.
Коэффициент заполнения (duty cycle)
Начнем с самого главного параметра — коэффициента заполнения D (он же duty cycle). Этот коэффициент равен отношению периода ШИМ сигнала к ширине импульса:
Чем больше D, тем больше мощности мы передаем управляемому устройству, например, двигателю. Так, при D = 1 двигатель работает на 100% мощности, при D = 0,5 — наполовину мощности, при D = 0 — двигатель полностью отключен.
Кстати, кроме коэффициента заполнения для характеризации ШИМ применяют и другой параметр — скважность S. Эти два параметра связаны выражением:
Скважность, как и коэффициент заполнения — величина безразмерная. В отличие от D, она может принимать значения от 1 до бесконечности. Но чаще всего, особенно в англоязычных источниках, используют именно D.
Новые ШИМ контроллеры фирмы Texas Instruments (Unitrode)
Шим контроллер как читать даташит. Пробник для проверки импульсных бп
Так как же быть? Как можно быстро и без заморочек, условно проверить работу ШИМ контроллера, а если быть более точным, цепей питания, а одновременно и импульсного трансформатора, повышающего трансформатора, питающего лампы подсветки? А очень просто… Недавно нашел один интересный способ на Ю-тубе, для мастеров, автор очень доступно объяснял все. Начну издалека.
На плате обведены импульсный трансформатор красным, и трансформатор ламп подсветки зеленым. Если схема работает исправно, при поднесении пробника к ним, должен загореться светодиод. Это означает что питание на нашу, образно говоря проверяемую индуктивность, поступает. Разберем на практике. Если выходной транзистор пробит, не будет работать импульсный трансформатор.
Я пользуюсь данным пробником пока всего 3-4 дня, но уже считаю, что могу рекомендовать его к использованию, всем начинающим радиолюбителям — ремонтникам, пока еще не имеющим, в своей домашней мастерской, осциллографа. Также этот пробник, может быть полезен тем, кто на выездах. Всем удачных ремонтов — AKV.
Основные прооблемы ШИМ-преобразователей можно разделить на 2 группы:
Если в КЗ оказалось нижнее плечо — возможно, поврежден не ШИМ, а нагрузка (для ШИМ процессора, к примеру, нагрузкой помимо процессора может являться северный мост).
Неисправный транзистор в однофазном стабилизаторе выявляется легко (тот, который в КЗ — пробит); в многофазном (ШИМ-питатель процессора) — транзисторы по постоянному току оказываются включены параллельно, и выявить поврежденный транзистор на практике можно двумя способами:
1) Рассоединить фазы ШИМ. Проще всего — отпаять дроссели; однако, если пробито и верхнее, и нижнее плечо — единственный вариант это демонтировать транзисторы. Далее — находится пробитый транзистор.
Если сопротивление в норме — впаиваем новый транзистор, впаиваем все выпаянные в процессе диагностики компоненты (если таковые имеются), и пытаемся включить плату.
2. Проблемы с ШИМ-контроллером, драйверами и обвязкой
Проявляются по-разному. От ухода БП в защиту (при этом пробитых мосфетов при проверке не выявлено) до отсутствия или несоответствия номинальному выходного напряжения.
Универсальных решений при этом нет, потому как одни и те же симптомы могут быть вызваны разными причинами, потому ремонт следует начинать с внимательного изучения даташита на ШИМ-контроллер.
Ниже будут рассмотрены несколько типовых случаев, и шаги по диагностике:
2. ШИМ не стартует. Вероятные причины: запуск ШИМ запрещен соответствующим уровнем на входе разрешения запуска (смотреть ДШ конкретного ШИМ); отсутствует одно из питающих напряжений; неисправный ШИМ. Шаги по диагностике: визуальный осмотр на предмет сколотых элементов; измерение напряжений на выводах ШИМ и сравнение их с указанными в даташите; замена ШИМ на заведомо исправный.
Основные прооблемы ШИМ-преобразователей можно разделить на 2 группы:
