μPWM na timerze NE555
To niewielkie urządzenie pozwala regulować natężenie oświetlenia (lampy i taśmy LED, żarówki LED, żarówki tradycyjne) lub prędkość obrotową silników prądu stałego (np. wentylatorów PC, wentylatorów samochodowych) poprzez zmianę szerokości impulsów zasilania (Pulse Width Modulation).
Sercem układu jest popularny timer NE555, pracujący jako generator astabilny, który generuje impulsy o stałej częstotliwości i zmiennej szerokości. Poniżej rysunek (pożyczony z sieci) obrazujący zasadę PWM.
Częstotliwość pracy układu wyznaczają kondensator C1 i potencjometr POT1. Dla wartości ze schematu wynosi ona około 140Hz.
Częstotliwość można zwiększyć dostosowując do swoich potrzeb zmniejszając wartość C1 lub zmniejszając wartość rezystancji POT1.
Kalkulatory dla NE555 są dostępne w sieci.
Współczynnik wypełnienia zmienia się potencjometrem w zakresie około 5-95%.
Zakres można zwiększyć nawet do 1-99% stosując zamiast zwykłych diod sygnałowych 1N4148 diody Schottky'ego (np. BAT42) lub germanowe, na których występuje mniejszy spadek napięcia.
Układ pracuje poprawnie w zakresie napięć zasilania DC 5-15V. Wyższe napięcie może uszkodzić układ NE555. Jako element wykonawczy zastosowano tranzystor mocy mosfet IRFZ44N, ale można zastosować też inne, np. BUZ10, BUZ11, itp.. Przy niższym napięciu zasilania układu rzędu 5-6V oraz dużym poborze prądu tranzystor może się nie otworzyć do końca i wtedy będzie się nadmiernie grzał. Aby tego uniknąć należy zastosować mosfeta sterowanego logicznie napięciem 5V, np. IRLZ44N. Tranzystory IRFZ44N i IRLZ44N mają bardzo niską rezystancję D-S rzędu 0,020R, zatem przy sterowaniu urządzeń pobierających do kilku amperów prądu radiator nie jest konieczny. Przy zastosowaniu wyżej wymienionych tranzystorów można sterować urządzeniami o poborze prądu nawet 30-40A, należy wtedy zastosować spory radiator i solidnie je na nim zamontować.
Jeżeli zamierzamy regulować obroty silnika prądu stałego, musimy dodatkowo zabezpieczyć naszego mosfeta przed przebiciem ładunkiem elektrycznym indukowanym w uzwojeniu. Aby to zrobić należy równolegle do uzwojeń silnika wpiąć diodę w kierunku zaporowym.
Przy niskiej częstotliwości PWM od biedy może to być zwykła dioda prostownicza (np. 1N4007),
ale lepiej zastosować ultraszybką diodę (np. 1N4148, UF4007, BY***, itp.), przy wyższych częstotliwościach PWM jest to konieczne.
Moc diody należy dobrać w zależności od wielkości obciążenia.
Układ jest bardzo prosty, więc jego wykonanie nie powinno sprawić żadnych problemów. Małe wymiary urządzenia pozwalają na stosunkowo łatwy montaż w różnych miejscach.
Koszt budowy regulatora nie powinien przekroczyć 10 zł.
Wymiary PCB: 19x27mm.
W pierwszej kolejności lutujemy zworkę pod podstawką układu NE555, następnie małe elementy (diody, rezystory, kondensatory, podstawka), a kończymy na potencjometrze, tranzystorze i wyprowadzeniach.
Zaleca się także pocynować ścieżki masy wejściowej, zasilania i masy wyjściowej.
Poniżej sposób podłączenia zasilania i obciążenia:
Czasami nie potrzebujemy wypełnienia impulsów na poziomie 5-20%, ponieważ np. silnik wtedy zatrzymuje się. Opcjonalnie możliwe jest podniesienie zakresu współczynnika wypełnienia od dołu (np. z 5% na 30%). Wystarczy przeciąć ścieżkę pomiędzy diodą D1 a pierwszą nóżką potencjometru i w jej miejsce wlutować od strony ścieżek rezystor o odpowiedniej wartości.
Poniższe zdjęcia przedstawiają pierwszą wersję PCB do regulatora PWM. W wersji drugiej poprawiono nieco rozmieszczenie elementów w celu łatwiejszego ich montażu.
Na jednym ze zdjęć można zauważyć, że potencjometr ma wartość 220k. Równocześnie zmniejszono wartość C1 na 22n, aby częstotliwość układu wynosiła około 150Hz.
