PWM регулятор 0% ... 100%. До 100 ампер

Автор: Simurg, ghjdflf@mail.ru
Опубликовано 12.09.2017
Создано при помощи КотоРед.
Участник Конкурса "Поздравь Кота по-человечески 2017!"

     Для решения задач плавного включения, выключения и регулирования мощности, (оборотов, яркости – на выбор), был разработан простой мощный ШИМ (PWM) регулятор широкого применения. Подходит для регулирования мощности различных потребителей постоянного тока (нагреватели, светодиоды, двигатели, лампы, и прочее, что можно регулировать при помощи ШИМ.) с максимальным током потребления до 100А. При наращивании числа выходных ключей максимальный ток может быть увеличен. Имеется возможность добавить защиту от перегрузки.

Фото собранной платы:

Управление плавное ручное переменным резистором, или внешним напряжением в указанных диапазонах:

•  0,45v = выключено. ШИМ коэф. заполнения =0%.

• 0,5в...3,5в = плавное регулирование коэф. заполнения 0,1% ... 99,9%

• 3,6v = включено. ШИМ коэф. заполнения =100%.

   Работает на постоянном напряжении 10…28V. При отдельном питании управления от дополнительного источника питания на 15в., максимальное напряжение ограничено только максимально допустимым напряжением силовых ключей и обратным напряжением мощного диода в нагрузке.

     При напряжении до 15 вольт стабилизатор не устанавливать, а вместо него диод или перемычка. До 28 вольт можно установить линейный 7815 или импульсный стабилизатор на MP2307 с алиэкспресс в виде готового модуля, выставив на нем напряжение 15 вольт.

     Частоту можно регулировать при необходимости плавно переменным резистором, подключив его вместо перемычки на плате. При регулировании на большом токе (от 10 до 100 ампер), частоту ШИМ для TL494 много увеличивать крайне не рекомендуется. Достаточно в пределах 2 кГц. Так как коммутационные потери будут ощутимо нагревать ключи и обратный диод.

    Силовые ключи можно подключать к плюсу, к минусу, или использовать изолированно от схемы управления благодаря изолирующему конвертеру с трансформаторной развязкой.

Схема содержит минимум компонентов в обвязках микросхем.

    На TL494 собран основной регулятор ШИМ от 0% до 100%, который будет управлять мощностью в нагрузке. Благодаря смещению земли TL494 относительно основной земли на +0,6В обеспечивается регулирование от 0 до 100%. Так как в этом варианте включения мы компенсируем внутреннее смещение для формирования мертвого времени. Пояснение как это получается на приведенной внутренней схеме:

    На HCPL3120 драйвер управления силовыми ключами с двухполюсным питанием и биполярным выходом +15в на открытие ключа и -12в на закрытие. Этим обеспечивается надежное удержание ключа в закрытом состоянии в условиях сильных помех, которые возникают при коммутации больших токов.

    На NE555 собран изолированный источник питания +15в -12в с защитой от перегрузок. Работает на частоте 120кГц – 480кГц в зависимости от нагрузки. Регулирование вторичных напряжений изменением частоты. При перегрузке уменьшает частоту и ширину импульса. При отсутствии нагрузки на трансформаторе (холостой ход, драйвер не подключен), минусовое напряжение стремится к 0, а плюсовое плечо стремится к 25в. Но это не штатная ситуация и нагрузка в виде драйвера всегда есть.

    Схема ограничения минимального напряжения питания собрана на стабилитроне 8,2в. Нужна для недопущения разряда аккумулятора ниже минимального порога. При закрытии стабилитрона питание с драйвера снимается, и нагрузка отключается не зависимо от установки ШИМ. Обратный диод нагрузки желательно установить в непосредственной близости к нагрузке. Эта мера снизит помехи и нагрузку на провода отсекая реактивную энергию. При этом можно использовать проводники меньшего сечения, чем при установке диода на удалении от нагрузки.

Осциллограммы в контрольных точках схемы:

При срабатывании перегрузки:

При 0% ШИМ:

При 1% ШИМ:

При 50% ШИМ:

При 98% ШИМ:

При 100% ШИМ:

    Защиту можно добавить на шунте или любом другом датчике тока. Подключение производить к точке «защита» по схеме "открытый коллектор". Режим защиты «0», при котором шунтируется светодиод на опто драйвере HCPL3120 вне зависимости от текущих установок ШИМ. При этом будет обеспечиваться самое высокое быстродействие, так как минуются медленные узлы TL494. Но на 100 ампер нужен габаритный шунт, поэтому я её у себя не устанавливал.

  Пример простой защиты:

 Печатная плата прилагается в архиве вместе со схемой в DipTrace.

    Силовые дорожки на плате необходимо продублировать и хорошо пропаять медным проводом большого сечения.

    При заказе плат, была пропущена ошибка с неправильной моделью диода BAW99. Поэтому на плате его пришлось паять вверх ногами и задом наперед. В приложенных файлах платы и схемы ошибка исправлена.

   Данный регулятор используется ,как вариант применения, в плавном регулировании оборотов двигателя печки. При этом штатная дискретная схема регулирования оборотов вентилятора печки автомобиля не нарушается и остается работать. Подключается всего тремя проводами: плюс 12в, масса, + провод двигателя вентилятора. Можно использовать в качестве замены переключателя и гасящего резистора в родной схеме.

Файлы:
Платы схема

Все вопросы в Форум.

Эти статьи вам тоже могут пригодиться:

Шим для начинающих - аппаратный шим, практическое применение на примере Tiny13A

ШИМ-регулятор для лодочного мотора

PWM регулятор от 0% до 100% на NE555. Новое схемное решение.