Tehnik-ast.ru

Электро Техник
1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Неисправности шим блока питания

Неисправности шим блока питания

Широтно–импульсные преобразователи являются конструктивной частью импульсных блоков питания электронных устройств. Разберем, как проверить ШИМ контроллер с применением мультиметра, на примере материнской платы компьютера.

Проверка на материнской плате

Итак, при включении питания платы, срабатывает защита. В первую очередь, необходимо проверить мультиметром сопротивление плеч стабилизатора.

Для этих целей также может быть использован тестер радиодеталей. Если одно из них показывает короткое замыкание, то есть, измеренное сопротивление составляет меньше 1 Ома, значит, пробит один из ключевых полевых транзисторов.

Выявление пробитого транзистора в случае, если стабилизатор однофазный, не составляет труда – неисправный прибор при проверке мультиметром показывает короткое замыкание. Если схема стабилизатора многофазная, а именно так питается процессор, имеет место параллельное включение транзисторов. В этом случае, определить поврежденный прибор можно двумя путями:

  1. произвести демонтаж транзистора и проверить мультиметром сопротивление между его выводами на предмет пробоя;
  2. не выпаивая транзисторы, замерить и сравнить сопротивление между затвором и истоком в каждой из фаз преобразователя. Поврежденный участок определяется по более низкому значению сопротивления.

Второй способ работает не во всех случаях. Если пробитый элемент определить не удалось, придется все же выпаять транзистор.

Далее производится замена поврежденного транзистора, а также, установка на место всех выпаянных в процессе диагностики радиоэлементов. После этого можно попытаться запустить плату.

Первое включение после ремонта лучше выполнить, сняв процессор и выставив соответствующие перемычки. Если первый запуск был успешным, можно проводить тест с нагрузкой, контролируя температуру мосфетов.

Неисправности ШИМ контроллера могут проявляться так же, как и пробой мосфетов, то есть уходом блока питания в защиту. При этом проверка самих транзисторов на пробой результата не дает.

Кроме этого, следствием нарушения функций ШИМ контроллера может быть отсутствие выходного напряжения или его несоответствие номинальной величине. Для проверки ШИМ контроллера следует вначале изучить его даташит. Наличие высокочастотного напряжения в импульсном режиме, при отсутствии осциллографа, можно определить, используя тестер кварцев на микроконтроллере.

Признаки неисправности, их устранение

Перейдем к рассмотрению конкретных признаков неисправностей ШИМ контроллера.

Остановка сразу после запуска

Импульсный модулятор запускается, но сразу останавливается. Возможные причины: разрыв цепи обратной связи; блок питания перегружен по току; неисправны фильтровые конденсаторы на выходе.

Поиск проблемы: осмотр платы, поиск видимых внешних повреждений; измерение мультиметром напряжения питания микросхемы, напряжения на ключах (на затворах и на выходе), на выходных емкостях. В режиме омметра мультиметром надо измерить нагрузку стабилизатора, сравнить с типовым значением для аналогичных схем.

Импульсный модулятор не стартует

Возможные причины: наличие запрещающего сигнала на соответствующем входе. Информацию следует искать в даташите соответствующей микросхемы. Неисправность может быть в цепи питания ШИМ контроллера, возможно внутренне повреждение в самой микросхеме.

Шаги по определению неисправности: наружный осмотр платы, визуальный поиск механических и электрических повреждений. Для проверки мультиметром делают замер напряжений на ножках микросхемы и проверку их соответствия с данными в даташит, в случае необходимости, надо заменить ШИМ контроллер.

Проблемы с напряжением

Выходное напряжение существенно отличается от номинальной величины. Это может происходить по следующим причинам: разрыв или изменение сопротивления в цепи обратной связи; неисправность внутри контроллера.

Поиск неисправности: визуальное обследование схемы; проверка уровней управляющих и выходных напряжений и сверка их значений с даташит. Если входные параметры в норме, а выход не соответствует номинальному значению – замена ШИМ контроллера.

Отключение блока питания защитой

При запуске широтно-импульсного модулятора, блок питания отключается защитой. При проверке ключевых транзисторов короткое замыкание не обнаруживается. Такие симптомы могут свидетельствовать о неисправности ШИМ контроллера или драйвера ключей.

В этом случае нужно произвести замер сопротивлений между затвором и истоком ключей в каждой фазе. Заниженное значение сопротивления может указывать на неисправность драйвера. При необходимости делается замена драйверов.

Практический ремонт блока питания D-Link JTA0302D-E (5В*2А).

Давно созрела идея сделать методическое пособие по ремонту блоков питания выполненных на ШИМ контроллере UC384X. Пока только делаем наработки, которые должны собраться в единый материал. Сразу оговорюсь, сами мы по такой методике блоки питания на 384Х не ремонтируем, слишком долго, и в большинстве своем при ремонте больше полагаемся на интуицию и опыт. Но столкнувшись с неизвестной дрыгалкой (так мы называем ШИМ контроллер) работаем именно по этой методике.

Ремонт №1.

Начнем ремонт со схемы

Рис. Схема блока питания D-Link

Важное замечание если есть хоть малейшее подозрение, что в первичной цепи блока питания есть дефект, рекомендуется включать на лампу накаливания 220В. Пример подключения на лампу. При таком включении при коротком замыкании в первичной цепи блока питания, у Вас не вышибет автоматик, а просто лампочка загорится во весь накал.

Рис. Подключение ремонтируемого блока питания на лампу накаливания 220В.

На включенном в сеть блоке питания замеряем выходное напряжение. В нашем случае выходного напряжение 0в, то есть блок питания вообще не включается.

Рис. Цепь запуска при включении, блок питания D-Link

К слову сказать на схеме указана UC3842B, у рассматриваемого блока питания стоит UC3843A. В чипах, обозначение которых содержит индекс «А», снижен стартовый ток и несколько выше точность опорного напряжения, но стоимость их одинакова.

На 7 ноге присутствует 7,6В, что соответствует напряжению выключения. Фактически ШИМ контроллер даже не включался, так как для включения требуется не менее 8,4В на этой ноге. Замеряем так называемый пусковой конденсатор С6 (47мкФ*25В) емкость конденсатора 18мкФ. Меняем конденсатор С6 (47мкФ*25В) на конденсатор 47мкФ*50В, напряжение на 7 ноге микросхемы появилось и стало равным 12В.

Читайте так же:
Как лучше зарядить автомобильный аккумулятор

Собственно ремонт закончился. Напряжение на выходе стало в норме.

  1. Проверка выходного напряжения на нагрузку. Важный этап про который почему то, некоторые механики забывают. Подключаем на выход +5В -автомобильную лампу 12В ближний/дальний свет, лампа должна гореть довольно ярко даже на дальнем свете. Если блок питания не зажигает автомобильную лампу, выходные конденсаторы под замену. В нашем случае проверка на лампу прошла успешно.

Вывод. Данный пример оказался не очень интересный в плане поиска неисправности, но он показывает очень характерную поломку для микросхемы ШИМ контроллера 384x, выход из строя пускового конденсатора.

Практический ремонт. Как бы на самом деле происходил ремонт -общее время ремонта от начала до конца, с мини тех. прогоном 30 мин.

  1. Меряем входное, выходное сопротивление.
  2. Включаем, смотрим выходное напряжение.
  3. Разбираем, осматриваем, меняем пусковой конденсатор не задумываясь, без всяких замеров и осциллограмм.
  4. Включаем меряем выходное напряжение и выдаем из ремонта с проверкой на лампу 12В.

Запуск и проверка от внешнего блока питания12В, моделирование работы ШИМ контроллера.

Рис. Запуск микросхемы UC3843A от внешнего блока питания.

Данная процедура позволяет проверить работоспособность микросхемы ШИМ контроллера. В рассматриваемом примере этого делать не надо так, как блок питания запустился полсе замены пускового конденсатора, материал изложен в ознакомительных целях. Кратко, на 5 и7 ногу подаем землю и +12В соответсвенно. На 8 ноге должно появится опорное напряжение +5В, на 4 ноге пила, на 6 ноге импульсы управляющие работой силового ключа.

Почему подано 12В?

Во первых, UC3843A напряжение включения 8,4В.

Во вторых, на входе по питанию в блоке питания стоит стабилитрон на 20В, так что больше 20 вольт подавать нельзя.

В третьих, 12 вольт лекго снять с обыкновенного блока питания ATX для компьютера.

Практический ремонт блока питания D-Link JTA0302D-E (5В*2А).

Давно созрела идея сделать методическое пособие по ремонту блоков питания выполненных на ШИМ контроллере UC384X. Пока только делаем наработки, которые должны собраться в единый материал. Сразу оговорюсь, сами мы по такой методике блоки питания на 384Х не ремонтируем, слишком долго, и в большинстве своем при ремонте больше полагаемся на интуицию и опыт. Но столкнувшись с неизвестной дрыгалкой (так мы называем ШИМ контроллер) работаем именно по этой методике.

Ремонт №1.

Начнем ремонт со схемы

Рис. Схема блока питания D-Link

Важное замечание если есть хоть малейшее подозрение, что в первичной цепи блока питания есть дефект, рекомендуется включать на лампу накаливания 220В. Пример подключения на лампу. При таком включении при коротком замыкании в первичной цепи блока питания, у Вас не вышибет автоматик, а просто лампочка загорится во весь накал.

Рис. Подключение ремонтируемого блока питания на лампу накаливания 220В.

На включенном в сеть блоке питания замеряем выходное напряжение. В нашем случае выходного напряжение 0в, то есть блок питания вообще не включается.

Рис. Цепь запуска при включении, блок питания D-Link

К слову сказать на схеме указана UC3842B, у рассматриваемого блока питания стоит UC3843A. В чипах, обозначение которых содержит индекс «А», снижен стартовый ток и несколько выше точность опорного напряжения, но стоимость их одинакова.

На 7 ноге присутствует 7,6В, что соответствует напряжению выключения. Фактически ШИМ контроллер даже не включался, так как для включения требуется не менее 8,4В на этой ноге. Замеряем так называемый пусковой конденсатор С6 (47мкФ*25В) емкость конденсатора 18мкФ. Меняем конденсатор С6 (47мкФ*25В) на конденсатор 47мкФ*50В, напряжение на 7 ноге микросхемы появилось и стало равным 12В.

Собственно ремонт закончился. Напряжение на выходе стало в норме.

  1. Проверка выходного напряжения на нагрузку. Важный этап про который почему то, некоторые механики забывают. Подключаем на выход +5В -автомобильную лампу 12В ближний/дальний свет, лампа должна гореть довольно ярко даже на дальнем свете. Если блок питания не зажигает автомобильную лампу, выходные конденсаторы под замену. В нашем случае проверка на лампу прошла успешно.

Вывод. Данный пример оказался не очень интересный в плане поиска неисправности, но он показывает очень характерную поломку для микросхемы ШИМ контроллера 384x, выход из строя пускового конденсатора.

Практический ремонт. Как бы на самом деле происходил ремонт -общее время ремонта от начала до конца, с мини тех. прогоном 30 мин.

  1. Меряем входное, выходное сопротивление.
  2. Включаем, смотрим выходное напряжение.
  3. Разбираем, осматриваем, меняем пусковой конденсатор не задумываясь, без всяких замеров и осциллограмм.
  4. Включаем меряем выходное напряжение и выдаем из ремонта с проверкой на лампу 12В.

Запуск и проверка от внешнего блока питания12В, моделирование работы ШИМ контроллера.

Читайте так же:
Зу для акб на полевых транзисторах

Рис. Запуск микросхемы UC3843A от внешнего блока питания.

Данная процедура позволяет проверить работоспособность микросхемы ШИМ контроллера. В рассматриваемом примере этого делать не надо так, как блок питания запустился полсе замены пускового конденсатора, материал изложен в ознакомительных целях. Кратко, на 5 и7 ногу подаем землю и +12В соответсвенно. На 8 ноге должно появится опорное напряжение +5В, на 4 ноге пила, на 6 ноге импульсы управляющие работой силового ключа.

Почему подано 12В?

Во первых, UC3843A напряжение включения 8,4В.

Во вторых, на входе по питанию в блоке питания стоит стабилитрон на 20В, так что больше 20 вольт подавать нельзя.

В третьих, 12 вольт лекго снять с обыкновенного блока питания ATX для компьютера.

Диагностика ШИМ-преобразователей

Выявляется легко — плата при попытке старта уходит в защиту; при проверке мультиметром в режиме измерения сопротивлений мосфетов — одно из плеч стабилизатора оказывается в КЗ. КЗ обычно считается сопротивление менее 1 Ома (в большинстве случаев, но не всегда; для справки: на современных и относительно современных топовых ГПУ — к примеру, Radeon 2900 — нормальное сопротивление ядра рабочей видеокарты может быть в районе 0.5Ом; кроме того — сопротивление по линиям питания ГПУ/процессоров/мостов сильно зависит от температуры, и при повышении температуры кристалла градусов на 10-20 меняется в разы, в сторону уменьшения).

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.

2) Как правило, при пробое полевого транзистора также повреждается диэлектрический слой между затвором и каналом — в итоге пробитый транзистор будет иметь сопротивление затвор-исток от единиц до десятков Ом. Этим можно воспользоваться для «экспресс-диагностики» — достаточно измерить сопротивление затвор-исток пробитого плеча в каждой фазе преобразователя; где сопротивление будет намного ниже — там и проблема. Если подозрительый транзистор не обнаружен — использовать способ 1.

Итак, с поврежденным транзистором определились — теперь его можно смело демонтировать, и ставить на его место такой же либо близкий по параметрам аналог. Однако — предвариельно стоит опять-таки измерить сопротивление между площадками исток-сток пробитого плеча (чтобы убедиться, что КЗ исчезло), а также сравнить сопротивление затвор-исток в исправной фазе и в неисправной после выпайки транзистора т.к. есть ненулевая вероятность повреждения микросхемы драйвера, и возможный (но не обязательный!) симптом — опять-таки явно заниженное сопротивление.

Если сопротивление в норме — впаиваем новый транзистор, впаиваем все выпаянные в процессе диагностики компоненты (если таковые имеются), и пытаемся включить плату.

Настоятельно рекомендуется первый запуск в случае ремонта ШИМ-питатея процессора производить без установленного процессора, выставив VID вручную, или с тестовым процессором. Не поленитесь в случае выставления VID перемычками отследить подключение Vccref/Vssref выводов ШИМ-контроллера для плат s478/s754 и новее — как правило, они заводятся на соответствующие выводы сокета напрямую, и соединяются с Vcc/Vss через резисторы небольшого номинала для адекватной работы ШИМ в случае повреждения контакта сокета одной из линий; однако на некоторых платах резисторы подтяжки к Vcc/Vss отсутствуют — и ШИМ без перемычек Vccref-Vcc и Vssref-Vss в сокете нормально работать не будет.

При наличии возможности запитать отремонтированный преобразователь от отдельного источника (пример — платы с дополнительной косичкой +12В, в которых линии +12 косички не соединены с линиями +12 основного разъема; платы с наличием фильтрующего дросселя перед ШИМ-преобразователем, который можно соответственно временно выпаять) — подавать питание через лампочку 12В 21Вт (выступающую в качестве ограничителя тока). При этом, естественно, преобразователь должен быть ненагруженным, либо — нагруженным небольшой нагрузкой (до нескольких Вт). Если лампочка не светится, и напряжение на выходе в норме (соответствует выставленному) — выключаем БП, возвращаем на место дроссель (если выпаивали) или подключаем косичку доп. питания напрямую, устанавливаем процессор с системой охлаждения, и пытаемся запустить плату.

Если запуск прошел удачно, и плата ожила — можно начинать тестирование под нагрузкой (запустив тот же OCCT), проверяя температуру мосфетов. Если в течение некоторого времени (обычно 5-10 минут хватает для установки температурного режима) перегрева нет (или если температура свежевпаянного мосфета не сильно отличается от температуры мосфетов в соседних фазах для многофазного преобразователя) — ремонт можно считать успешно оконченым, а плату — ставить в тестовый стенд на обкатку.

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.

Читайте так же:
Как сделать настоящий меч

Ниже будут рассмотрены несколько типовых случаев, и шаги по диагностике:

1. ШИМ стартует, но после прекращает работу.
Вероятные причины: обрыв петли ОС; перегрузка по току потребления; проблемы с выходными конденсаторами фильтра; проблема с драйвером или ШИМ.
Шаги по диагностике: визуальный осмотр на предмет сколотых элементов; посмотреть осциллографом напряжение на входе Vfb, на выходе ключей, на затворах ключей и на выходных конденсаторах; измерить сопротивление нагрузки стабилизатора и сравнить с типовым для подобных плат.
Примечание: для сдвоенных ШИМ или комбинированных контроллеров ШИМ + линейный стабилизатор — как правило, при аварийном отключении одного из стабилизаторов глохнет и второй.

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.

3. Напряжение на выходе не соответствует номинальному (для данной комбинации VID в случае питатешя процессора или для данной нагрузки).
Вероятные причины: проблемы в петле ООС (обрыв/уход номинала одного из резисторов); неисправный ШИМ-контроллер.
Шаги по диагностике: визуальный осмотр на предмет сколотых элементов; для ШИМ процессора — повторно проверить все управляющие сигналы на входах; измерить напряжение на Vfb и сравнить с заявленным в даташите Vref (для ШИМ процессора — с выставленным VID’ами); если не совпадают — заменить ШИМ на заведомо исправный.

4. При старте ШИМ БП уходит в защиту; КЗ на ключах отсутствует.
Вероятные причины: неисправность ШИМ или драйвера ключей.
Шаги по диагностике: для многофазных преобразователей — сравнение сопротивлений затвор-исток фаз (заниженное сопротивление может свидетельствовать о неисправности драйвера); проверка обвязки драйвера/ШИМ (измерение номиналов резисторов, проверка диодов при их наличии, сравнение показаний тестера в режиме измерения сопротивлений на керамических конденсаторах для многофазных ШИМ); замена драйверов и ШИМ на заведомо исправные.

5. При работе ШИМ — свист; плата не работает или работает нестабильно.
Вероятные причины: обрыв петли ООС или RC-цепочки для предотвращения возбуждения в петле ООС; деградация конденсаторов фильтра.
Шаги по диагностике: визуальный осмотр на предмет сколотых элементов; проверить осциллографом или тестором напряжение на Vfb; проверить осцилографом уровень пульсаций на выходе; заменить конденсаторы фильтра.

ШИМ — широтно-импульсная модуляция

Уважаемый микропрогер, будем разговаривать с вами предельно простым языком:

представим себе электрический импульс А с амплитудой напряжения от 0В до 5В, длиной 1 мс и периодом повторения 10мс (т.е. в течение 1 мс напряжение на линии, по которой проходит импульс А составляет 5В, затем в течение 9мс составляет 0В, и так повторяется каждые 10 мс). А теперь представим, что мы увеличиваем длительность импульса А до 2мс (пусть теперь это будет импульс Б), а повторяется он точно те же каждые 10мс. Задача изменения длительности импульса А с 1мс до импульса Б 2 мс и есть задача ШИМ.

Вообще говоря слово «Модуляция» означает изменение параметров колебания (частоты, амплитуды, фазы). Широтно-импульсная модуляцияизменение скважности импульсов при постоянной частоте. Скважность — то же самое, что протяженность, т.е. в нашем примере это изменение протяженности импульса с 1мс до 2мс.

ШИМ регулятор. Пример

ШИМ регулятор

ШИМ регулятор

Работа ШИМ регулятора наглядно отображена на данной картинке-графике.

На графике мы видим три сигнала. Сигналы модулируются ШИМом, который генерирует и регулирует скважность импульсов.

Скважность на графике сверху — 15%. То есть, за один период, равный 100%, 15% времени выдается логическая единица (напряжение TTL уровня +3В либо +5В). 75% времени выдается логический ноль (отсутствие напряжения в линии — 0В).

На среднем графике скважность 50% — 50% времени выдается логическая 1, 50% выдается логический 0.

На графике снизу скважность 90%. 90% -1. 10% — 0.

Если подключить светодиод к нашему ШИМ регулятору, то в случае с первым графиком светодиод будет светиться слабо. С графиком 2 свечение светодиода будет ярче чем с 1, но сам светодиод будет светиться на 50% своей мощности. В случае с 3-им графиком, яркость свечения светодиода будет настроена на 90%, близкие к максимальным.

Как видим, с помощью ШИМ очень удобно регулировать яркость свечения светодиода, а также работу шагового двигателя.

Практическое значение ШИМ

Еще раз вспомнил наши импульсы А и Б. Они бегут по проводу к потребителю электрического тока и представляют собой электрический ток с определенным напряжением(Вольты) и определенной силой(Амперы), которая зависит от потребителя. Потребители в общем случае кушают фиксированный ток (например 300мА). То есть, если бы импульс А или Б длился все 10мс и не прерывался, то потребление тока для потребителя составило именно 300мА. Если же мы прерываем ток длительностью импульса, то потребление тока при действующем импульсе А составит 300мА * (1/10) = 30мА, при импульсе Б 300мА * (2/10) = 60мА.

Читайте так же:
Как открутить резьбу если не откручивается

Генераторы ШИМ применяются в задачах управления светодиодными светильниками. Все предельное просто: чем больше тока подаем на светодиод, тем ярче он светится. То же самое с RGB светодиодами — подаем на красный(R) импульс А(30мА), на синий импульс Б(60мА), на зеленый 0 — получаем тусклый фиолетовый свет, который получается от менее яркого красного и более яркого синего цветов.

ШИМ применяется в задачах управления вращающимися двигателями — чем больший ток подаем на контакты движка, тем быстрее он вращается. А если двигателя мы имеем три, а в придачу у нас куча идей и целая программа для последовательной подачи импульсов типа А и Б на их обмотки? Тут можно сколотить целый 3Д принтер!

ШИМ контроллер

Для микропрогерского осознания сути словосочетания «ШИМ контроллер«, достаточно понимать общее назначение опорной частоты и способах выдачи на одну ножку микросхемы последовательности логических нулей и единичек.

Допустим, у нас есть микроконтроллер или ПЛИС и все тот же вращающийся движок, который при постоянном токе 5В потребляет 300мА и при этом потреблении вертит своей осью 10 раз в секунду. Теперь нас попросили — сделайте так, чтобы я нажимал на кнопку, а движок сделал 5 оборотов с частотой 1 оборот в секунду, затем сделал еще 2 оборота за 1 секунду и выключился.

Правильно, пишем программу для нашей любимой логической приблуды — плисины или микрика. В проге будет вход, при наличии 1 на котором запускается цикл — выдача 1 в течение 1мс, затем 0 в течение 9мс, так 5 раз подряд. Затем выдача 1 2мс два раза подряд. end module. Start Compilation.

Только перед подключением нагрузки(двигателя) к микроконтроллеру или ПЛИС не забываем прочесть вот эту короткую, по очень полезную статью, не позволяющую спалить наш новоявленный ШИМ-контроллер.

Остались вопросы? Напишите комментарий. Мы ответим и поможем разобраться =)

Как выглядит шим контроллер

Непонимание работы ШИМ или PWM ( Pulse-width modulation ) часто приводит не только к их неправильному использованию, но даже к ошибкам в проектировании устройств использующих ШИМ для управления. Здесь, ограничившись конкретным применением, я попытаюсь рассказать что такое ШИМ, для чего она требуется и как работает.

Сначала, что такое ШИМ.
Широтно-импульсная модуляция (ШИМ, англ. Pulse-width modulation (PWM)) — управление средним значением напряжения на нагрузке путём изменения скважности импульсов, управляющих ключом.
Когда нужна ШИМ

Главной причиной применения ШИМ является необходимость обеспечить пониженным постоянным напряжением силовых устройств электроники при сохранении высокого КПД, особенно в управляемых электроприводах.

Во внутренних сетях аппаратуры для питания устройств используется постоянное напряжение ограниченного набора напряжений, которые часто требуется изменить под требования конкретного устройства, стабилизировать или регулировать его. Это могут быть электроприводы постоянного тока, чипы, узлы радиоаппаратуры.

Регулировку можно осуществлять с помощью гасящих напряжение устройств: резисторов, транзисторов (если требуется регулировка). Главный недостаток такого решения потери мощности и повышенное тепловыделение на регулирующих устройствах.

Поскольку известно что выделяемая мощность равна :

P = I x U или P = I 2 x R Вт.

то чем больше ток I в цепи и падение напряжения U , тем больше потери мощности. Здесь R — величина сопротивления регулирующего элемента.

Представьте что требуется погасить хотя бы 3 V при токе нагрузки 10 A , это уже 30 Вт истраченных в пустую. А каждый ватт теряемой мощности не только снижает продолжительность работы источников питания, но и требует дополнительного оборудования для вывода выделяемого, этой мощностью, тепла.

Это относится к гасящим резисторам и полупроводниковым приборам тоже.

Но хорошо известно, что полупроводниковые приборы очень хорошо (с малыми потерями и тепловыделением) работают как ключи, когда имеют только два состояния открыт/закрыт.

Этот режим позволяет снизить потери на коммутирующем полупроводниковом приборе до уровня:

U нас для современных полупроводниковых коммутаторов приближается к 0,3 v и при потребляемых токах 10 А потери мощности будут приближаться к 3 Вт. Это в режиме ключа, а при работе в устройствах ШИМ и меньше.

В ШИМ в качестве ключевых элементов использует полупроводниковые приборы в ключевом режиме, то есть транзистор всё время или разомкнут (выключен), или замкнут (находится в состоянии насыщения).
В первом случае транзистор имеет почти бесконечное сопротивление, поэтому ток в цепи весьма мал, и, хотя всё напряжение питания падает на транзисторе, выделяемая на транзисторе мощность практически равна нулю.
Во втором случае сопротивление транзистора крайне мало, и, следовательно, падение напряжения на нём близко к нулю — выделяемая мощность также мала.
В переходных состояниях (переход ключа из проводящего состояния в непроводящее и обратно) мощность выделяемая в ключе значительна, но так как длительность переходных состояний крайне мала, по отношению к периоду модуляции, то средняя мощность потерь на переключение оказывается незначительной.

Реализовать преимущества ключевого режима в схемах понижающих и регулирующих напряжение постоянного тока, позволило использование ШИМ.

Повторюсь, широтно-импульсная модуляция — управление средним значением напряжения на интегрирующей нагрузке путём изменения скважности импульсов, с помощью управляющего ключа.

Работа ШИМ на интегрирующую нагрузку показана на рис. 1.

Читайте так же:
Как заводить бензопилу stihl

Главным условиям такого применения ШИМ является наличие интегрирующей нагрузки.

Потому что амплитудное значение напряжения равно E .

Это могут быть интегрирующая RC, LC, RLC или RL цепи и механические интеграторы (например электромотор).

При работе ШИМ на интегрирующей нагрузке напряжение — эквивалентное постоянное напряжение изменяется в зависимости от скважности ( Q ) импульсов.

здесь: Q — скважность, t и — длительность импульса, T — период следования импульсов.

С учетом скважности эквивалентное постоянное напряжение будет равно:

E экв = Q x E Вольт

здесь: E экв — эквивалентное постоянное напряжение ( Вольт ), Q — скважность, E — напряжение источника от которого запитан ШИМ преобразователь ( Вольт ).

Реально на зажимы нагрузки ШИМ подается напряжение равное E , а работа совершаемая электрическим током (или число оборотов электродвигателя) определяется именно E экв . При восстановлении на интегрирующем конденсаторе получаем именно напряжение E экв.

Мощность выделяемая на управляющем ключе, управляемом ШИМ равна:

Схема подключения нагрузки к ШИМ.

Никаких отличных от схемы включения электродвигателя на постоянном токе (частный случай нагрузки) схемных решений ШИМ не требует. Просто электродвичатель подключается к источнику питания работающего в режиме ШИМ. Разве что, в определенных ситуациях требуется ввести дополнительную фильтрацию помех возникающих на фронтах импульсов. Этот фильтр на рис. 2 в виде конденсаторов и демпфирующего диода.

На рис. 2 показано такое подключение.

Мы видим, что коммутатор (полевой транзистор) можно просто заменить на переменный резистор.

Схема PWM

В статье "Переходник для вентилятора 3 pin на 4 pin" http://de1fer.ru/?p=45#more-45 владелец блога приводит схему вентилятора с P WM .

здесь: GND — земля (общий), Control — контакт P WM управления, +12 — напряжение питания, Sense — вывод датчика оборотов.

В данной схеме управление возможно скорее постоянным током +I упр, чем ШИМ сигналом.

Для управления импульсным (ШИМ) сигналом требуется схема изображенная на рис. 4. Да и судя по параметрам транзистора "PWM" он выбирался именно для управления постоянным током. По крайней мере он будет нормально работать в таком режиме с вентилятором до 1,6 Вт.

А вот в импульсном режиме без конденсатора C , транзистор BC879 будет греться немного меньше чем на постоянном токе и возможен останов электродвигателя на малых длительностях токового импульса (малых оборотах) из-за его интегрирования на входной емкости C вх транзистора.

Основные параметры кремниевого биполярного высокочастотного n-p-n транзистора BC879 от SIEMENS

Pc maxUcb maxUce maxUeb maxIc maxTj max, °CFt max
800mW100V80V5V1A150°C200MHz

В случае необходимости отключить PWM (ШИМ) управление в схеме показанной на рис. 3 необходимо просто соединить вывод Control с проводом +12v .

Есть другой вариант схемы вентилятора с P WM на форуме Radeon.ru

Существенных отличий от рис. 3 нет, только в качестве управляемого ШИМ ключа используется МОП полевой транзистор со встроенным или индуцированным каналом p- типа. Данная схема тоже может управляться как P WM так и постоянным напряжением (но рисковать не стоит — надо знать параметры транзистора).

Данная схема вполне работоспособна и не имеет недостатков схемы показанной на рис. 3.

Для отключения (в зависимости от типа транзистора) достаточно соединить вывод Control с проводом + или -.

Вниманию самодельщиков!

Я бы не рекомендовал применение вентиляторов имеющих встроенный PWM (4- pin ) одновременно с какими либо иным регуляторам оборотов вентилятора.

В случае если Вас не устраивает алгоритм управления PWM встроенного на материнскую (системную) плату.

И у Вас есть устраивающий Вас реобас (контроллер управления вентилятором), то используйте вентилятор с 3-pin соединитель.

Если вентилятор с PWM вам дорог или не имеет замены — то необходимо отключить PWM , способом описанным выше, заменив соединитель 4-pin на 3-pin и подключить к реобасу.

Но помните применение вентилятора с PWM в любом нештатном режиме не позволит достичь его максимальной производительности.

Применение одновременно с PWM — токового управления на постоянном токе не рекомендуется по причине снижение напряжения питания вентилятора на 10-20%, что не даст вывести такой вентилятор на полную производительность.

Применение одновременно с PWM — ШИМ по цепи питания может привести к периодической нестабильности работы вентилятора (возможно возникновение скользящих биений между частотами PWM — ШИМ по цепи питания систем) и создать неоднозначность для систем оснащенных системой стабилизации оборотов. Кроме того как и в предыдущем случае на 10-15% снизится результирующее напряжение на вентиляторе, что не даст вывести такой вентилятор на полную производительность.

Так что остановитесь на чем-то одном. Или используйте вентилятор с PWM , или применяйте внешнее управление вентилятором по цепи питания на вентиляторе с 3-pin разъемом.

Заключение

Применение PWM или ,как привыкли говорить мы, ШИМ повышает КПД понижающих напряжение устройств постоянного тока, что снижает общее тепловыделение электронных устройств с ШИМ.

ШИМ позволяет создавать компактные системы регулируемого электропривода постоянного тока большой мощности.

В современных устройствах постоянного тока управляющих напряжением и понижающих стабилизаторах напряжениях обычно регулировки выполняются с помощью ШИМ. Для этого выпускаются контроллеры требующие минимум навесных элементов.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector