Шим стабилизатор температуры на 555. Мощный шим регулятор

Очередное электронное устройство широкого применения.
Представляет собой мощный ШИМ (PWM) регулятор с плавным ручным управлением. Работает на постоянном напряжении 10-50V (лучше не выходить за диапазон 12-40V) и подходит для регулирования мощности различных потребителей (лампы, светодиоды, двигатели, нагреватели) с максимальным током потребления 40А.

Прислали в стандартном мягком конверте




Корпус скрепляется на защёлках, которые легко ломаются, поэтому вскрывать аккуратно.


Внутри плата и снятая ручка регулятора


Печатная плата - двусторонний стеклотекстолит, пайка и монтаж аккуратные. Подключение через мощный клеммник.




Вентиляционные прорези в корпусе малоэффективны, т.к. почти полностью перекрываются печатной платой.


В собранном виде выглядит примерно так


Реальные размеры чуть больше заявленных: 123x55x40мм

Принципиальная электрическая схема устройства


Заявленная частота ШИМ 12kHz. Реальная частота изменяется в диапазоне 12-13kHz при регулировании выходной мощности.
При необходимости, частоту работы ШИМ можно уменьшить, подпаяв нужный конденсатор параллельно С5 (исходная ёмкость 1nF). Увеличивать частоту нежелательно, т.к. увеличатся коммутационные потери.
Переменный резистор имеет встроенный выключатель в крайнем левом положении, позволяющий отключать устройство. Также на плате расположен красный светодиод, горящий в рабочем состоянии регулятора.
С микросхемы ШИМ контроллера маркировка зачем-то старательно затёрта, хотя нетрудно догадаться, что стоит аналог NE555:)
Диапазон регулирования близок к заявленным 5-100%
Элемент CW1 похож на стабилизатор тока в корпусе диода, но точно не уверен…
Как и на большинстве регуляторов мощности, регулирование осуществляется по минусовому проводнику. Защита от КЗ отсутствует.
На мосфетах и диодной сборке маркировка изначально отсутствует, они стоят на индивидуальных радиаторах с термопастой.
Регулятор может работать на индуктивную нагрузку, т.к. на выходе стоит сборка защитных диодов Шоттки, подавляющая ЭДС самоиндукции.
Проверка током 20А показала, что радиаторы греются незначительно и могут вытянуть больше, предположительно до 30А. Измеренное суммарное сопротивление открытых каналов полевиков всего 0,002 Ом (падает 0,04В на токе 20А).
Если снизить частоту ШИМ, вытянут все заявленные 40А. Жаль проверить не смогу…

Это простой и эффективный шим регулятор на 555 для устройств, работающих от напряжения 12 вольт (осветительная лампа, вентилятор компьютера). Так же данную схему можно применить как . Основа схемы – популярная микросхема таймер .

Описание работы регулятора на 555

Обычные линейные регуляторы напряжения, которые довольно часто еще используются в быту, не достаточно эффективны. Их низкий КПД обусловлен потерей мощности из-за нагрева управляющих элементов схемы. Что не скажешь о ШИМ. Их эффективность порой доходит до 90%, нагрева практически нет, поскольку транзисторы управляющие нагрузкой работают в режиме ключа (открыт – закрыт). Ниже приведена схема простейшего, но эффективного на напряжение 12 вольт.

Как вы можете видеть, основа – таймер NE555, который включен в схему как нестабильный мультивибратор, работающий на частоте 2,8 кГц. Резисторы R1, R2, R3 и конденсатор С1 компоненты синхронизации. Частоту таймера NE555 можно менять переменным резистором R3.

Чем выше коэффициент заполнения, тем более высокая яркость свечения лампы, и на оборот, ниже частота – слабее свечение. Диод D1 включен в схему для поддержания стабильной выходной частоты генератора. Транзисторы Q1 и Q2 образует управляющий ключ для нагрузки. Резистор R4 ограничивает ток базы транзистора Q1.

ШИМ регулятор предназначен для регулирования скорости вращения полярного двигателя,яркости освещения лампочки или мощностью нагревательного элемента.

Преимущества:
1 Простота изготовления
2 Доступность компонентов(стоимость не превышает 2$)
3 Широкое применение
4 Для новичков лишний раз потренироваться и порадовать себя=)

Однажды понадобился мне "девайс" для регулировки скорости вращения кулера. Для чего именно уже не помню. С начала пробовал через обычный переменный резистор, он сильно грелся и это было не приемлемо для меня. В итоге покопавшись в интернете нашел схему на мне уже знакомой микросхеме NE555. Это была схема обычного ШИМ регулятора с скважностью (длительностью) импульсов равной или меньше 50% (позже приведу графики как это работает). Схема оказалось очень простой и не требовала настройки, главное было не накосячить с подключением диодов и транзистора. Первый раз его собрал на макетной плате и испытал, все заработало с пол оборота. Позже уже развел небольшую печатную плату и аккуратнее все выглядело=) Ну теперь взглянем на саму схему!

Схема ШИМ регулятора

Из нее мы видим что это обычный генератор с регулятором скважности импульсов собранный по схеме из даташита. Резистором R1 мы и меняем эту скважность, резистор R2 служит нам защитой от КЗ, так как 4 вывод микросхемы через внутренний ключ таймера подключен на землю и при крайнем положении R1 он просто замкнет. R3 это подтягивающий резистор. С2 это задающий частоту конденсатор. Транзистор IRFZ44N - это N канальный мосфет. D3 - это защитный диод который предотвращает выхода из строя полевик при обрыве нагрузки. Теперь немного о скважности импульсов. Скважность импульса - это отношение его периода следования (повторения) к длительности импульса, то есть через определенный промежуток времени будет происходить переход от (грубо говоря) плюса к минусу, а точнее от логической единицы к логическому нулю. Так вот этот промежуток времени между импульсами и есть та самая скважность.

Скважность при среднем положении R1

Скважность при крайнем левом положении R1

Скважность при крайнем правом положении R

Ниже приведу печатные платы с расположением деталей и без них

Теперь немного о деталях и их вид. Сама микросхема выполнена в DIP-8 корпусе, конденсаторы керамические малогабаритные, резисторы на 0,125-0,25 ватт. Диоды обычные выпрямительные на 1А (самое доступное это 1N4007 их везде навалом). Так же микросхему можно устанавливать на панельку, если в будущем вы хотите ее использовать в других проектах и лишний раз не выпаивать ее. Ниже приведу фотографии деталей.

Если у вас возникла необходимость в плавной регулировке скорости электродвигателя или яркости лампы, стоит посмотреть в сторону ШИМ регулирования. ШИМ – это сокращение от длинного и страшного названия «широтно-импульсная модуляция». Что это страшное название из себя представляет, вы легко поймете позже из фотографий экрана осциллографа, а пока посмотрим на схему будущего устройства (регулятора).

Схема классическая, автора найти уже, наверное, не реально. В любом случае – спасибо ему за эту надежную, проверенную годами схемотехнику! Сердцем регулятора является генератор, собранный на известном под десятком наименований . Для начала стоит взять микросхему в DIP корпусе, её легче паять на макетной плате (для примера используем безпаечную макетную плату).

Собираем элементы согласно схемы. Получилось нечто подобное:

Теперь подробней об элементах схемы:

Конденсатор С1 – основной элемент задающий частоту работы нашего ШИМ регулятора . В данном случае мы установили конденсатор емкостью 10nF или 0,001мкФ (обозначается на корпусе цифрой 102). При этом частота генератора будет около 35 кГц. Возможно, вам придется снизить частоту работы схемы, для этого нужно УВЕЛИЧИТЬ емкость конденсатора С1.

Диод D3 нужен для «сброса» обратных индуктивных выбросов напряжения, откуда они берутся – пока не задумывайтесь, курс школьной физики вспомним позже… Главное, обратите внимание – диод должен быть Шоттки!!! Простой выпрямительный диод (не fast) не способен качественно работать на таких частотах и быстро отправится в мир иной, в кремниевую долину.

По поводу mosfet транзистора… Подойдет любой транзистор, подходящий вам по величине тока. Не нужно пытаться поставить транзистор с пятикратным запасом по току, учтите, чем мощнее mosfet, тем больше емкость его затвора и соответственно, требуется большее время для зарядки затвора. При долгом заряде затвора, транзистор работает в тяжелом переходном режиме и начинает вызывать на земле глобальное потепление, впрочем, это быстро заканчивается гибелью транзистора. В этом случае, и нужно уменьшить частоту генератора, увеличив емкость С1.

Схема работоспособна при питании от 5 до 18 Вольт, для большего напряжения нужно обеспечить снижение напряжения питания микросхемы таймера, например, через интегральный .