วิธีสร้าง PWM โดยใช้ IC 555 (สำรวจ 2 วิธี)

IC 555 เป็นอุปกรณ์ที่มีประโยชน์และหลากหลายซึ่งสามารถประยุกต์ใช้ในการกำหนดค่าวงจรที่มีประโยชน์มากมายในด้านอิเล็กทรอนิกส์ คุณสมบัติที่มีประโยชน์อย่างหนึ่งของ IC นี้คือความสามารถในการสร้างพัลส์ PWM ซึ่งสามารถปรับขนาดหรือประมวลผลได้ตามความต้องการของแอพพลิเคชั่นหรือวงจร

PWM คืออะไร

PWM ย่อมาจากการมอดูเลตความกว้างของพัลส์ซึ่งเป็นกระบวนการที่เกี่ยวข้องกับการควบคุมความกว้างของพัลส์หรือช่วงเวลาเปิด / ปิดหรือเอาต์พุตเชิงตรรกะที่สร้างขึ้นจากแหล่งเฉพาะเช่นวงจรออสซิลเลเตอร์หรือไมโครคอนโทรลเลอร์

โดยทั่วไปแล้ว PWM จะใช้สำหรับการวัดขนาดหรือตัดแต่งแรงดันขาออกหรือกำลังของโหลดเฉพาะตามความต้องการของแต่ละบุคคลหรือการใช้งาน

เป็นวิธีการควบคุมพลังงานแบบดิจิทัลและมีประสิทธิภาพมากกว่าวิธีอะนาล็อกหรือเชิงเส้น
มีตัวอย่างมากมายที่แสดงให้เห็นถึงการใช้ PWM อย่างมีประสิทธิภาพในการควบคุมพารามิเตอร์ที่กำหนด

ใช้สำหรับควบคุมความเร็วของมอเตอร์กระแสตรงอินเวอร์เตอร์สำหรับควบคุม RMS ของเอาต์พุต AC หรือสำหรับ การสร้างเอาต์พุตคลื่นไซน์ที่ปรับเปลี่ยน .

นอกจากนี้ยังสามารถเห็นได้ในแหล่งจ่ายไฟ SMPS สำหรับควบคุมแรงดันไฟฟ้าขาออกให้อยู่ในระดับที่แม่นยำ
นอกจากนี้ยังใช้ในวงจรไดรเวอร์ LED เพื่อเปิดใช้งานการลดแสง LED

ใช้กันอย่างแพร่หลายในโครงสร้างแบบ buck / boost สำหรับการรับแรงดันไฟฟ้าที่ลดลงหรือก้าวขึ้นโดยไม่ต้องใช้หม้อแปลงขนาดใหญ่

ดังนั้นโดยพื้นฐานแล้วอาจใช้สำหรับการปรับแต่งพารามิเตอร์เอาต์พุตตามความต้องการของเราเอง

ด้วยตัวเลือกแอปพลิเคชันที่น่าสนใจมากมายหมายความว่าวิธีการนี้อาจซับซ้อนหรือแพงเกินไปในการกำหนดค่า ??

คำตอบคือแน่นอนไม่ ในความเป็นจริงมันสามารถใช้งานได้ง่ายมากโดยใช้ IC ตัวเดียว LM555

โดยทั่วไปมีสองวิธีที่ IC 555 สามารถใช้ในการสร้างเอาต์พุตการมอดูเลตความกว้างพัลส์ วิธีแรกคือใช้ IC 555 ตัวเดียวและชิ้นส่วนที่เกี่ยวข้องบางส่วนเช่นไดโอดโพเทนชิออมิเตอร์และตัวเก็บประจุ วิธีที่สองคือการใช้คอนฟิกูเรชัน IC 555 แบบ monostable มาตรฐานและใช้สัญญาณมอดูเลตภายนอก

IC 555 PWM โดยใช้ไดโอด

วิธีแรกเป็นวิธีที่ง่ายและมีประสิทธิภาพที่สุดซึ่งใช้การกำหนดค่าตามที่แสดงด้านล่าง:

การสาธิตวิดีโอ

การทำงานของวงจร PWM IC 555 ไดโอดสองตัวที่แสดงด้านบนนั้นค่อนข้างง่าย ในความเป็นจริง การออกแบบมัลติไวเบรเตอร์มาตรฐาน astable ยกเว้นการควบคุมระยะเวลาเปิด / ปิดอิสระของเอาต์พุต

อย่างที่เราทราบกันดีว่าเวลา ON ของวงจร IC 555 PWM นั้นถูกกำหนดโดยเวลาที่ตัวเก็บประจุจะชาร์จที่ระดับ Vcc 2/3 ผ่านตัวต้านทานพิน # 7 และเวลาปิดจะถูกกำหนดโดยเวลาการคายประจุของตัวเก็บประจุ ต่ำกว่า 1 / 3rd Vcc ผ่านพิน # 7 เอง

ในวงจร PWM อย่างง่ายข้างต้นพารามิเตอร์ทั้งสองนี้สามารถตั้งค่าหรือแก้ไขได้อย่างอิสระผ่านโพเทนชิออมิเตอร์และผ่านไดโอดสองตัว

ไดโอดด้านซ้ายซึ่งมีแคโทดเชื่อมต่อกับพิน # 7 จะแยกเวลาปิดออกในขณะที่ไดโอดด้านขวาซึ่งมีขั้วบวกเชื่อมต่อกับพิน # 7 จะแยกเวลา ON ของเอาต์พุต IC

เมื่อ โพเทนชิออมิเตอร์ แขนเลื่อนจะหันไปทางไดโอดด้านซ้ายมากขึ้นทำให้เวลาในการคายประจุลดลงเนื่องจากความต้านทานต่ำลงตลอดเส้นทางการคายประจุของตัวเก็บประจุ ส่งผลให้เวลาเปิดเพิ่มขึ้นและเวลาปิดของ IC PWM ลดลง

ในทางกลับกันเมื่อตัวเลื่อนหม้อหันเข้าหาไดโอดด้านขวามากขึ้นจะทำให้เวลา ON ลดลงเนื่องจากความต้านทานของหม้อบนเส้นทางการชาร์จของตัวเก็บประจุลดลง ส่งผลให้ช่วงเวลาปิดเพิ่มขึ้นและลดระยะเวลา ON ของ PWM เอาต์พุต IC

2) IC 555 PWM โดยใช้การมอดูเลตภายนอก

วิธีที่สองมีความซับซ้อนกว่าวิธีข้างต้นเล็กน้อยและต้องใช้ DC ที่แตกต่างกันภายนอกบนพิน # 5 (อินพุตควบคุม) ของ IC เพื่อใช้ความกว้างพัลส์ที่แตกต่างกันตามสัดส่วนที่เอาต์พุต IC

มาเรียนรู้การกำหนดค่าวงจรง่ายๆต่อไปนี้:

IC 555 Pinout

แผนภาพแสดง IC 555 ต่อสายในโหมดมัลติไวเบรเตอร์แบบ monostable ง่าย เรารู้ว่าในโหมดนี้ IC สามารถสร้างพัลส์บวกที่พิน # 3 เพื่อตอบสนองทุกทริกเกอร์เชิงลบเดียวที่พิน # 2

พัลส์ที่พิน # 3 จะคงอยู่สำหรับช่วงเวลาที่กำหนดไว้ล่วงหน้าซึ่งขึ้นอยู่กับค่าของ Ra และ C นอกจากนี้เรายังสามารถดูพิน # 2 และพิน # 5 ที่กำหนดให้เป็นอินพุตนาฬิกาและการมอดูเลตตามลำดับ

เอาต์พุตถูกนำมาจากพินปกติ # 3 ของชิป

ในการกำหนดค่าที่ตรงไปตรงมาข้างต้น IC 555 ถูกตั้งค่าไว้สำหรับการสร้างพัลส์ PWM ที่ต้องการเพียงแค่ต้องใช้พัลส์คลื่นสี่เหลี่ยมหรืออินพุตนาฬิกาที่ขา # 2 ซึ่งกำหนดความถี่เอาต์พุตและอินพุตแรงดันไฟฟ้าแปรผันที่พิน # 5 ซึ่งแอมพลิจูดหรือระดับแรงดันไฟฟ้าเป็นตัวกำหนดขนาดความกว้างพัลส์ที่เอาต์พุต

พัลส์พิน # 2 สร้างคลื่นสามเหลี่ยมสลับที่สอดคล้องกันที่พิน # 6/7 ของ IC ซึ่งความกว้างถูกกำหนดโดยส่วนประกอบเวลา RA และ C

คลื่นสามเหลี่ยมนี้เปรียบเทียบกับการวัดแรงดันทันทีที่ใช้ที่พิน # 5 สำหรับการหรี่พัลส์ PWM ที่เอาต์พุตขา # 3

กล่าวง่ายๆว่าเราต้องจัดหารถไฟของพัลส์ที่พิน # 2 และแรงดันไฟฟ้าที่แตกต่างกันที่พิน # 5 เพื่อให้ได้พัลส์ PWM ที่ต้องการที่พิน # 3 ของ IC

แอมพลิจูดของแรงดันไฟฟ้าที่พิน # 5 จะรับผิดชอบโดยตรงในการทำให้พัลส์ PWM เอาต์พุตแรงขึ้นหรืออ่อนลงหรือหนาขึ้นหรือบางลง

แรงดันไฟฟ้าของการมอดูเลตอาจเป็นสัญญาณกระแสไฟฟ้าที่ต่ำมาก แต่ก็จะให้ผลลัพธ์ที่ต้องการ

ตัวอย่างเช่นสมมติว่าเราใช้คลื่นสี่เหลี่ยม 50 Hz ที่ขา # 2 และคงที่ 12V ที่ขา # 5 ผลลัพธ์ที่เอาต์พุตจะแสดง PWM ที่มี RMS เป็น 12V และความถี่ 50Hz

สำหรับการลด RMS เราต้องลดแรงดันไฟฟ้าที่ขา # 5 หากเราเปลี่ยนแปลงผลลัพธ์จะเป็น PWM ที่แตกต่างกันโดยมีค่า RMS ที่แตกต่างกัน

หากใช้ RMS ที่แตกต่างกันนี้กับสเตจไดรเวอร์ mosfet ที่เอาต์พุตโหลดใด ๆ ที่ mosfet รองรับจะตอบสนองด้วยผลลัพธ์ที่สูงและต่ำที่แตกต่างกันไป

หากมอเตอร์เชื่อมต่อกับมอสเฟตมอเตอร์จะตอบสนองด้วยความเร็วที่แตกต่างกันหลอดไฟที่มีความเข้มของแสงที่แตกต่างกันในขณะที่อินเวอร์เตอร์ที่มีการปรับเปลี่ยนเทียบเท่าคลื่นไซน์

รูปคลื่นเอาต์พุต

การสนทนาข้างต้นสามารถเห็นและตรวจสอบได้จากภาพประกอบรูปคลื่นที่ระบุด้านล่าง:

รูปคลื่นบนสุดแสดงถึงแรงดันมอดูเลตที่พิน # 5 ส่วนนูนในรูปคลื่นแสดงถึงแรงดันไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นและในทางกลับกัน

รูปคลื่นที่สองแสดงถึงพัลส์นาฬิกาสม่ำเสมอที่ใช้ที่พิน # 2 เป็นเพียงการเปิดใช้งาน IC เพื่อสลับที่ความถี่หนึ่งโดยที่ IC จะไม่สามารถทำงานเป็นอุปกรณ์กำเนิด PWM ได้

รูปคลื่นที่สามแสดงถึงการสร้าง PWM จริงที่พิน # 3 เราจะเห็นว่าความกว้างของพัลส์นั้นแปรผันตรงกับสัญญาณมอดูเลตด้านบน

ความกว้างของพัลส์ที่สอดคล้องกับ 'นูน' สามารถมองเห็นได้กว้างขึ้นและมีระยะห่างใกล้เคียงกันมากขึ้นซึ่งจะกลายเป็นทินเนอร์และเบาบางตามสัดส่วนเมื่อระดับแรงดันมอดูเลตลดลง

แนวคิดข้างต้นสามารถนำไปประยุกต์ใช้ในแอปพลิเคชันควบคุมพลังงานได้อย่างง่ายดายและมีประสิทธิภาพดังที่กล่าวไว้ก่อนหน้าในบทความข้างต้น

วิธีสร้างรอบการทำงานคงที่ 50% จากวงจร IC 555

รูปต่อไปนี้แสดงการกำหนดค่าอย่างง่ายซึ่งจะช่วยให้คุณมี PWM รอบการทำงานคงที่ 50% ในพิน # 3 แนวคิดดังกล่าวถูกนำเสนอในหนึ่งในเอกสารข้อมูล IC 555 และการออกแบบนี้ดูน่าสนใจและเป็นประโยชน์สำหรับการใช้งานที่ต้องการขั้นตอนการกำเนิดวงจรการทำงานคงที่ 50% ที่ง่ายและรวดเร็ว