利用555定时器实现宽范围脉宽调制器(PWM).doc

1、利用 555 定时器实现宽范围脉宽调制器(PWM)脉宽调制器(PWM) 常常用在开关电源 (稳压)中,要使开关电源稳压范围宽(即输入电压范围大) ，可利用 555 定时器构成宽范围 PWM。仅需把一个二极管和电位计添加到异步模式运转的 555 定时器上，就产生了一个带有可调效率系数为 1%到 99%的脉宽调制器(图 1)。它的应用包括高功率开关驱动的电动机速度控制。(原文件名:555_Figure_01.gif)图 1：在 555 定时器电路中增加一个二极管和电位计可构成一个宽范围 PWM这个电路的输出可以驱动 MOSFET 去控制通过电动机的电流，达到平滑控制电动机速度90%左右。这也应用于

2、灯光的控制，灯光的强度可得以有效控制。另一个应用是在开关式电源。PWM 调整允许一个可变的输出电压。可通过 555 定时器(5个引脚)VC 终端的反馈来调节电压。一个超过调节阈值限制的输出电压将提前结束基于周期循环的 PWM 信号，以维持输出电压的稳定。微处理器可以通过数字电位计直接调节PWM 去控制电动机速度、灯光强度或者电源输出电压。对于周期因子(DF)：(原文件名:555_Figure_03.gif)其中，(原文件名:555_Figure_04.gif)而 是终端和终端之间电阻与终端 3 和终端之间电阻的比值。选R3=R1，R2=100R1，这时 DF 为 1%至 99%。如上所述，数字

3、电位计可以代替 R2。通过的电流有限是在该应用中使用数字电位计的主要约束。对于一个 100k的数字电位计，R1和 R3 可以达到 1k，则峰值电流为 5mA。标准二极管可在递减线性下当作 D 来使用。对于理想的二极管，k=0.693，则有：(原文件名:555_Figure_05.gif)DF 和 之间为线性关系。图 2 显示了当 变化时 VOUT 的波形。(原文件名:555_Figure_02.gif)图 2：这三个波形显示了 VOUT 如何随 变化而变化。作者： Henry Santana，Kavlico Corp=呵呵，原来在这里 8 楼就有详细的解释(原文件名:图 2.gif) =老外的

4、图，是不是比 3.2.3a 少接一个 VD2？阿莫的楼主位公式是不是应该改成 3.2.3b 那样？我个人觉得,有了光偶就可以省掉 74HC14.有了 HC14 就可以省去光偶.74HC14 换成 CD40106 如何?这样就不用额外的 5V 电源了 .C2 容量较大,是否在 7812 上并联反向二极管较为保险 .印象中的 555 第 3 脚,好象拉电流能力强,输出电流好象很弱有一个小细节，有人能解释吗？IRFZ48N 的 GS 我加入了 1K 的电阻，是作为 GS 快速释放电荷使用的。将它换成 10K 或100K ，用示波器看 G 极的极形，会在上升沿有一个 1.4V 左右的小尖峰。将 R3

5、电阻焊走，这个小尖峰就会消失，G 极上便能测得比较完美的脉冲波。*加了这个电阻,关断比较快,自然有过冲了.所以有些时候速度过快也不是件好事1. HC14 不能省。来自 PC 并口，或运动控制卡的信号会有差异。HC14 将这类信号全部转成标准的 TTL 电平。有了标准的 TTL 电平，才能更可靠与没有意外的控制光偶。2. 5V 供电是来自接口板。配合光偶，才能产生地线隔离效果。也就是说，这 5V 电压，是完全与 12V 隔离的。12V 是来自主轴电机的降压。我们的雕刻机，隔离设计很严谨的，保证了我们的电路的稳定性与可靠性。详情请参考：开源雕刻机的供电方案与光电隔离方案讨论3. 7812 加入反向

6、二极管的作用，仅仅是在关机的时候，能快还将 C2 的电荷放掉。还有其它用途吗？如果没有，其实不加也完全没有问题。当然，加入感觉严格一点。4. IRF 的驱动电流不用大。最重要的波形好。我一会展示的波形图片，你就会发现，波形是很好的 :)驱动电流我觉得不要太大，否则有过冲时，15V 的稳压管反而可能承受不了。这个设计，源自国外网站： http:/ Width Modulator for 12 and 24 Volt applications 12 和 24 伏的脉宽调制器的应用A pulse width modulator (PWM) is a device that may be used a

7、s an efficient light dimmer or DC motor speed controller. The circuit described here is for a general purpose device that can control DC devices which draw up to a few amps of current. The circuit may be used in either 12 or 24 Volt systems with only a few minor wiring changes. This device has been

8、used to control the brightness of an automotive tail lamp and as a motor speed control for small DC fans of the type used in computer power supplies.PWM 可以用于灯光亮度调节及直流电机的速度控制。在这里讨论的电路可以为通用设备提供几安培的驱动能力。改变一些跳线可以方便的用于 12 或 24V 的场合。这个装置可以控制汽车尾灯的亮度，及电脑电源用的直流风扇。(原文件名:pwm1.gif)Parts 零件清单U1: LM324N quad op-a

9、mpU2: 78L12 12 volt regulatorQ1: IRF521 N channel MOSFETD1: 1N4004 silicon diodeLED1 Red LEDC1: 0.01uF ceramic disc capacitor, 25VC2-C5: 0.1uF ceramic disk capacitor, 50VR1-R4: 100K 1/4W resistorR5: 47K 1/4W resistorR6-R7: 3.3K 1/4W resistorR8: 2.7K 1/4W resistorR9: 470 ohm 1/4W resistorVR1: 10K lin

10、ear potentiometerF1: 3 Amp, 28V DC fast blow fuseS1: toggle switch, 5 Amps中文注释的电路图：(原文件名:pwm.JPG)(原文件名:SNAG-0045.jpg)脉宽调制的全称为：Pulse Width Modulator，简称 PWM。由于它的特殊性能，常被用作直流回路中灯具调光或直流电动机调速。这里将要介绍的就是利用脉宽调制(PWM)原理制作的马达控制器(见图 1)。有关电路已经在汽车仪表照明、车灯照明调光和计算机电源散热风扇方面得到应用。该装置可用于 12v 或 24v 直流电路中，两者间只需稍做变动。它主要是通过改

11、变输出方波的占空比，使得负载上的平均接通时间从 0-100变化，以达到调整负载亮度/速度的目的。技术指标：PWM 频率 400Hz；PWM 功率消耗 1.5mA(12V 电源、无负载和 LED)；输出容量 3A(采用 IRF521 FET)；工作电压 12V 或 24V。一、PWM 简介利用脉宽调制(PWM) 方式实现调光 /调速的好处是电源的能量能得到充分利用，电路的效率高。例如：当输出为 50的方波时，脉宽调制(PWM)电路消耗的电源能量也为50，即几乎所有的能量都转换为负载功率输出。而采用常见的电阻降压调速时，要使负载获得电源最大输出功率 50的功率，电源必须提供 71以上的输出功率，这

12、其中 21消耗在电阻的压降及热耗上。有时电路的转换效率是非常重要的。此外，采用脉宽调制(PWM)方式可以使负载在工作时得到满电源电压，这样有利于克服电机内在的线圈电阻而使电机产生更大的力矩。当然，采用脉宽调制(PWM)方式实现调光/调速也有一些不利方面，如电路构成会稍许复杂，而且有可能会产生一些射频干扰(RFI) ，要避免这个问题，在设计时可以考虑负载与控制器尽可能放在一起，以免它们之间的连线过长，必要时还可以考虑在电源处增加滤波器等方法。二、工作原理它主要由 U1（LM324）和 Q1 组成。图 1 中，由 U1a、U1d 组成振荡器电路，提供频率约为 400Hz 的方波/三角形波。U1c产

13、生 6V 的参考电压作为振荡器电路的虚拟地。这是为了振荡器电路能在单电源情况下也能工作而不需要用正负双电源。U1b 这里接成比较器的形式，它的反相输入端(6 脚)接入电阻 R6、R7 和 VR1，用来提供比较器的参考电压。这个电压与 U1d 的输出端(14 脚)的三角形波电压进行比较。当该波形电压高于 U1b 的 6 脚电压U1b 的 7 脚输出为高电平；反之，当该波形电压低于 U1b 的 6 脚电压，U1b 的 7 脚输出为低电平。由此我们可知，改变 U1b的 6 脚电位使其与输入三角形波电压进行比较。就可增加或减小输出方波的宽度，实现脉宽调制(PWM)。电阻 R6、R7 用于控制 VR1

14、的结束点，保证在调节 VR1 时可以实现输出为全开(全速或全亮)或全关( 停转或全灭) ，其实际的阻值可能会根据实际电路不同有所改变。图 1 中，Q1 为 N 沟道场效应管，这里用作功率开关管 (电流放大)，来驱动负载部分。前面电路提供的不同宽度的方波信号通过栅极(G)来控制 Q1 的通断。LED1 的亮度变化可以用来指示电路输出的脉冲宽度。C3 可以改善电路输出波形和减轻电路的射频干扰(RFI)。D1 是用来防止电机的反电动势损坏 Q1。当使用 24v 的电源电压时，图 1 电路通过 U2 将 24V 转换成 12V 供控制电路使用。而Q1 可以直接在 21v 电源上，对于 Q1 来讲这与接

15、在 12v 电源上没有什么区别。参考图 1，改变 J1、J2 的接法可使电路工作在不同电源电压(12V 或 24V)下。当通过 Q1 的电流不超过 1A 时，Q1 可不用散热器。但如果 Q1 工作时电流超过 1A 时，需加装散热器。如果需要更大的电流（大于 3A） ，可采用 IRFZ34N 等替换 Q1。搭完运放，我会再测试一下 NE555，比较波形那一个更好：我做 PWM 调速很多年了，一直用 15K 左右的频率。实际上大部分的民用可能还要低一些，比如电动自行车，具体我也没有测试过，如果高了，就会增加 MOS 的开关损耗，低了，则会听到声音，再低比如几百 HZ，我没有试过。如果只用开环，还是

16、前边那个帖子的 54 楼的说法，因为那样你可以用 LM358 什么的了，那速度要比 324 好多了。实际上还是用闭环的好，起码也要电压环的。电流环调整比较麻烦，不适合，要不还是用单片机做速度环的好了，哈哈，越说越复杂了。28K 频率 324 能吃的消？那还要看输出的 MOS 能不能吃得消了。要 324 输出这样频率的方波，你用示波器看看是不是方波？我用 Agilent 33220A 测试过，从 100HZ 到 100K 均能工作。 IRFZ48N 的发热量也差不多。你用 324 驱动看看发热量有多大？实际上频率大于 15K 左右，只要电机不是很差劲，基本上听不到什么声音了，当然可能我的耳朵有点

17、小问题，哈哈个人多年开发经验:PWM 频率选在15K-20K 之间最合适吧.低了的话低速时电机转得不平滑也有噪音,太高了开关消耗大,用555IC 驱动能力强些 ,LM324驱动能力实在是小了点.容易失真.另，IRFZ480N 上的 DS 压降，竟然只有 0.05V， 得益于我们在选型时，挑选了一款最低导致电阻的MOS 管。不知道为什么阿莫说 324 达不到 15k，我下面这个电路可以做到 100KIRFZ48N 的参数是：-封装 ： T0-220Drain-source voltage 漏-源电压 ： 55VDrain current (DC) 漏极电流 ： 64A(25 度时 64A，100

18、 度时45A)Drain current (pulse peak value) 峰值漏极电流 ： 210ATotal power dissipation 功率 ： 140WJunction temperature 结温 ： 175 摄氏度Drain-source on-state resistance 导通电阻(Vgs=10V) ： 16mIRFZ44N 的参数是：-封装 ： T0-220Drain-source voltage 漏-源电压 ： 55VDrain current (DC) 漏极电流 ： 49ATotal power dissipation 功率 ： 110WJunction t

19、emperature 结温 ： 175 摄氏度Drain-source on-state resistance 导通电阻(Vgs=10V) ： 22m由于两者的封一样，耐压一样， IRFZ48N 功率更大，导致电阻更低于 16 毫欧，所以，将IRFZ48N 列为正选， 44N 作为备用。(原文件名:SNAG-0039.jpg)Gate: 栅极Drain: 漏极Source: 源极STATIC CHARACTERISTICS 静态特性： (25 度条件下)-Drain-source breakdown voltage 漏源击穿电压 ： 55V (55 度时为 50V)Gate threshold

20、 voltage 栅极阈值电压 ：最小 2V，典型 3V，最大 4VZero gate voltage drain current 零栅极电压时的漏电流： 典型 0.05uA, 最大 10uA(175 度时500uA)Gate source leakage current 栅源漏电流 ： 典型 0.02uA, 最大 1uA(175 度时20uA)Gate-source breakdown voltage 栅源击穿电压 ： 最小值 16VDrain-source on-state resistance 导通电阻 ：典型 12m,最大 16m(175度时30m).你在那里找到的参数？ 不用 IRF

21、540 的原因：1. 它的耐压是 100 伏不错。但我们有 55V 已经足够。2. 它只有 23A，并且在 100 度时，只有 16A，电流余量不是很够。不过这不是主要原因。3. 最主要的是，它的 DS 导通电阻高达 77m。比 IRFZ48N 的 16m高很多。导通电阻越大，表示它的工作温度就可能会越高。 这是我选择 Z48N 的最主要考虑的地方。另： IRFZ48N 也不容易采购。我是找到 IRF 的正规代理，从代理商有现货的型号中选出的。 （没有现货，性能最好也没有用） 。【3 楼】 zxy1982IRFZ48N 要加多大的散热器才能达到 64A 的电流呢？咦？怎么突然改用 N 管，N 管不好驱动，需要自举电路或额外的电源，除非电机接到电源正端。-从典型输出特性，我感觉不难推动。当然，我会做实验实测一下。(典型输出特性)2. 电机的确是接到电源正端的。主轴才60W,用 IRF540就很不错.而且这个管子到处能到.IRF540 33A