Der IC 555 ist ein äußerst nützliches und vielseitiges Gerät, mit dem viele nützliche Schaltkreise auf dem Gebiet der Elektronik konfiguriert werden können. Ein sehr nützliches Merkmal dieses IC ist seine Fähigkeit, PWM-Impulse zu erzeugen, die gemäß den Anforderungen der Anwendung oder der Schaltung dimensioniert oder verarbeitet werden können.
Was ist PWM?
PWM steht für Pulsweitenmodulation, einen Prozess, bei dem die Pulsbreiten oder die EIN / AUS-Perioden oder logischen Ausgänge gesteuert werden, die von einer bestimmten Quelle wie einer Oszillatorschaltung oder einem Mikrocontroller erzeugt werden.
Grundsätzlich wird PWM zum Dimensionieren oder Trimmen der Ausgangsspannung oder Leistung einer bestimmten Last gemäß den individuellen oder Anwendungsanforderungen verwendet.
Es ist eine digitale Methode zur Leistungssteuerung und effektiver als analoge oder lineare Methoden.
Es gibt viele Beispiele, die den effektiven Einsatz von PWM bei der Steuerung der angegebenen Parameter veranschaulichen.
Es wird zur Steuerung der Drehzahl von Gleichstrommotoren, in Wechselrichtern zur Steuerung des Effektivwerts des Ausgangswechselstroms oder für verwendet Erzeugung modifizierter Sinuswellenausgänge .
Dies ist auch in SMPS-Netzteilen zur präzisen Steuerung der Ausgangsspannung zu sehen.
Es wird auch in LED-Treiberschaltungen verwendet, um das Funktionieren des LED-Dimmens zu ermöglichen.
Es wird häufig in Buck / Boost-Topologien zum Ableiten von abgesenkten oder erhöhten Spannungen ohne Verwendung sperriger Transformatoren verwendet.
Grundsätzlich kann es also zum Anpassen eines Ausgabeparameters nach unseren eigenen Vorlieben verwendet werden.
Bedeutet dies bei so vielen interessanten Anwendungsoptionen, dass die Konfiguration der Methode möglicherweise zu kompliziert oder zu teuer ist?
Die Antwort ist definitiv nein. Tatsächlich kann es sehr einfach mit einem einzigen IC, dem LM555, implementiert werden.
Grundsätzlich gibt es zwei Methoden, mit denen der IC 555 zur Erzeugung einer Impulsbreitenmodulationsausgabe verwendet werden kann. Das erste Verfahren verwendet nur einen einzelnen IC 555 und einige zugehörige Teile wie Dioden, ein Potentiometer und einen Kondensator. Das zweite Verfahren besteht in der Verwendung einer monostabilen Standard-IC 555-Konfiguration und in der Verwendung eines externen Modulationssignals.
IC 555 PWM mit Dioden
Die erste Methode ist die einfachste und effektivste, bei der die folgende Konfiguration verwendet wird:
Videodemonstration
Die Arbeitsweise der oben gezeigten PWM-Schaltung mit zwei Dioden IC 555 ist recht einfach. Es ist in der Tat ein Standard Astable Multivibrator Design mit Ausnahme einer unabhängigen EIN / AUS-Periodensteuerung des Ausgangs.
Wie wir wissen, wird die EIN-Zeit der PWM-Schaltung des IC 555 durch die Zeit bestimmt, die der Kondensator benötigt, um sich über den Widerstand Nr. 7 auf dem 2/3 Vcc-Pegel aufzuladen, und die AUS-Zeit wird durch die Entladezeit des Kondensators bestimmt unter 1/3 Vcc durch den Pin # 7 selbst.
In der obigen einfachen PWM-Schaltung können diese beiden Parameter unabhängig voneinander durch ein Potentiometer und durch ein paar Bifurkationsdioden eingestellt oder festgelegt werden.
Die linke Diode, deren Kathode mit Pin Nr. 7 verbunden ist, trennt die AUS-Zeit, während die rechte Diode, deren Anode mit Pin Nr. 7 verbunden ist, die EIN-Zeit des IC-Ausgangs trennt.
Wenn die Potentiometer Der Schieberarm befindet sich mehr in Richtung der linken Diode. Dadurch verringert sich die Entladezeit aufgrund des geringeren Widerstands über den Entladepfad des Kondensators. Dies führt zu einer Erhöhung der EIN-Zeit und einer Verringerung der AUS-Zeit der IC-PWM.
Wenn sich der Topfschieber dagegen mehr in Richtung der rechten Diode befindet, verringert sich die EIN-Zeit aufgrund der Verringerung des Widerstands des Topfes auf dem Ladepfad des Kondensators. Dies führt zu einer Zunahme der AUS-Periode und einer Abnahme der EIN-Perioden der IC-Ausgangs-PWMs.
2) IC 555 PWM mit externer Modulation
Das zweite Verfahren ist etwas komplexer als das obige und erfordert einen extern variierenden Gleichstrom an Pin Nr. 5 (Steuereingang) des IC, um die proportional variierende Impulsbreite am IC-Ausgang zu implementieren.
Lernen wir die folgende einfache Schaltungskonfiguration:
Pinbelegung IC 555
Das Diagramm zeigt den IC 555, der in einem einfachen monostabilen Multivibratormodus verkabelt ist. Wir wissen, dass der IC in diesem Modus einen positiven Impuls an Pin 3 als Reaktion auf jeden einzelnen negativen Trigger an Pin 2 erzeugen kann.
Der Impuls an Pin # 3 hält in Abhängigkeit von den Werten von Ra und C für eine vorbestimmte Zeitdauer an. Wir können auch sehen, dass Pin # 2 und Pin # 5 als Takt- bzw. Modulationseingänge zugewiesen sind.
Die Ausgabe erfolgt über den üblichen Pin 3 des Chips.
In der obigen einfachen Konfiguration ist der IC 555 so eingestellt, dass er die erforderlichen PWM-Impulse erzeugt. Er benötigt lediglich einen Rechteckwellenimpuls oder einen Takteingang an Pin 2, der die Ausgangsfrequenz bestimmt, und einen Eingang mit variabler Spannung an Pin 5 deren Amplitude oder der Spannungspegel bestimmt die Impulsbreitenabmessungen am Ausgang.
Die Impulse eines Pins Nr. 2 erzeugen an Pin Nr. 6/7 des IC entsprechend wechselnde Dreieckswellen, deren Breite durch die RA- und C-Timing-Komponenten bestimmt wird.
Diese Dreieckswelle wird mit dem augenblicklichen Maß der an Pin 5 angelegten Spannung verglichen, um die PWM-Impulse am Ausgang von Pin 3 zu dimensionieren.
Mit einfachen Worten, wir müssen nur eine Folge von Impulsen an Pin 2 und eine variierende Spannung an Pin 5 liefern, um die erforderlichen PWM-Impulse an Pin 3 des IC zu erreichen.
Die Amplitude der Spannung an Pin 5 ist direkt dafür verantwortlich, dass die PWM-Ausgangsimpulse stärker oder schwächer oder einfach dicker oder dünner werden.
Die Modulationsspannung kann ein sehr niedriges Stromsignal sein, würde jedoch die beabsichtigten Ergebnisse liefern.
Angenommen, wir legen eine 50-Hz-Rechteckwelle an Pin 2 und eine konstante 12 V an Pin 5 an. Das Ergebnis am Ausgang zeigt PWMs mit einem Effektivwert von 12 V und einer Frequenz von 50 Hz.
Um den Effektivwert zu reduzieren, müssen wir nur die Spannung an Pin 5 senken. Wenn wir es variieren, ist das Ergebnis eine variierende PWM mit variierenden RMS-Werten.
Wenn dieser variierende Effektivwert auf eine Mosfet-Treiberstufe am Ausgang angewendet wird, reagiert jede vom Mosfet unterstützte Last auch mit entsprechend variierenden hohen und niedrigen Ergebnissen.
Wenn ein Motor an den Mosfet angeschlossen ist, reagiert er mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten, eine Lampe mit unterschiedlichen Lichtintensitäten und ein Wechselrichter mit modifizierten Sinuswellenäquivalenten.
Die Ausgangswellenform
Die obige Diskussion kann anhand der folgenden Abbildung der Wellenform beobachtet und verifiziert werden:
Die oberste Wellenform repräsentiert die Modulationsspannung an Pin 5, die Ausbuchtung in der Wellenform repräsentiert die ansteigende Spannung und umgekehrt.
Die zweite Wellenform repräsentiert den gleichmäßigen Taktimpuls, der an Pin 2 angelegt wird. Es dient nur dazu, dem IC das Schalten mit einer bestimmten Frequenz zu ermöglichen, ohne die der IC nicht als PWM-Generator arbeiten könnte.
Die dritte Wellenform zeigt die tatsächliche PWM-Erzeugung an Pin 3, wir können sehen, dass die Breite der Impulse direkt proportional zum oberen Modulationssignal ist.
Die Impulsbreiten, die der 'Ausbuchtung' entsprechen, können als viel breiter und eng beabstandet angesehen werden, was mit dem Abfall des Modulationsspannungspegels proportional dünner und spärlicher wird.
Das obige Konzept kann sehr einfach und effektiv in Leistungssteuerungsanwendungen angewendet werden, wie weiter oben im obigen Artikel erläutert.
So generieren Sie aus einem IC 555-Schaltkreis einen festen Arbeitszyklus von 50%
Die folgende Abbildung zeigt eine einfache Konfiguration, mit der Sie über Pin 3 einen festen PWM mit einem Tastverhältnis von 50% erhalten. Die Idee wurde in einem der IC 555-Datenblätter vorgestellt. Dieses Design sieht sehr interessant und nützlich für Anwendungen aus, die eine einfache und schnelle Generatorstufe mit 50% festem Arbeitszyklus benötigen.
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