Что такое пины на блоке питания
Перейти к содержимому

Что такое пины на блоке питания

  • автор:

Что такое блок питания: объясняем систему питания вашего ПК

Что такое блок питания

Если вы хотите собрать свой собственный ПК, вы, несомненно, столкнётесь с рядом компонентов, с которыми вы не знакомы, если вы ранее покупали готовые компьютеры, поэтому вы могли бы спросить: «Что такое блок питания?», вероятно, он может быть первым вопросом, который задают пользователи.

Этот компонент является одним из немногих важных компонентов ПК. Без блока питания невозможно запитать ни один компонент системы, так что это действительно невоспетый чемпион, который обеспечивает стабильное и надежное электроснабжение вашего ПК. От питания процессора и видеокарты к управлению устройствами хранения и периферийными устройствами, наличие лучшего блока питания, подходящего для вашей системы, будет иметь большое значение для поддержания стабильности, эффективности и общей производительности вашего ПК.

В отличие от лучшей видеокарты, лучшего процессора и лучшей оперативной памяти, характеристики и качество блока питания могут быть особенно непрозрачны для большинства пользователей, даже хорошо знакомых с компонентами ПК, поэтому не волнуйтесь, если вы почувствовали себя не в своей тарелке, запутались в мощности, характеристиках и других важных аспектах. Мы собираем компьютеры уже много лет и мы здесь, чтобы рассказать вам всё, что нужно для выбора правильного блока питания для ваших нужд и бюджета.

Что такое блок питания (БП)?

БП расшифровывается как блок питания, и это та часть ПК, отвечающая за преобразование мощности переменного тока из электрической розетки в постоянный, который могут использовать компьютерные компоненты. Блок питания подаёт питание на все компоненты компьютера, включая материнскую плату, процессор, видеокарту, накопители и другие периферийные устройства.

Блок питания

(Изображение предоставлено: TechRadar)

Зачем нужен блок питания?

Для работы каждого компонента ПК нужен блок питания, и дело не в том, чтобы дать вам возможность подключить ПК к розетке.

В первую очередь, блок питания обеспечивает стабильное питание, подаваемое в систему, и соответствует необходимым характеристикам напряжения и тока для различных компонентов.

Блок питания также распределяет питание на материнской плате, которая затем по мере необходимости распределяет его по другим компонентам, и всё чаще БП предоставляет дополнительную мощность напрямую для разных компонентов с помощью разных разъемов и кабелей.

Важно отметить, что блок питания отвечает за регулирование уровней напряжения, чтобы гарантировать, что каждый компонент получает соответствующее и стабильное количество энергии. Это важно для правильного функционирования и долговечности компонентов компьютера, поскольку чрезмерная или недостаточная мощность может приводить к повреждению или проблемам производительности.

Высококачественный блок питания также включает в себя функции безопасности, среди которых защита от напряжения, защита от пониженного напряжения, защита от перегрузки тока, защита от короткого замыкания и защита от скачков напряжения. Эти функции помогают защитить компьютерную систему от потенциальной опасности поражения электрическим током и защитить компоненты от повреждения.

Блоки питания имеют разную мощность, чтобы соответствовать требованиям к питанию различных компьютерных систем. Мощность блока питания должна быть достаточно для питания всех компонентов, включая процессор, видеокарту, накопители и периферийные устройства. Важно выбирать блок питания с достаточной мощностью, чтобы обеспечить стабильную и надежную подачу питания.

При сборке или обновлении компьютерной системы выбор высококачественного блока питания надлежащей мощности от известного производителя имеет важное значение для обеспечения надлежащего электропитания и защиты ваших компонентов от потенциального повреждения, связанного с током.

Что блок питания означает для игр?

Провод и переключатель блока питания

(Изображение предоставлено: Shutterstock)

И пока блок питания с более высокой мощностью напрямую не улучшает игровую производительность, мощность вашего блока питания будет определять, что ваш игровой компьютер может сделать с точки зрения максимальной производительности. Мощность блока питания также определяет максимальное количество энергии, которое может передать компонентам компьютерной системы, а также то, какие компоненты вы сможете установить в свой компьютер.

И пока вам может потребоваться блок питания более высокой мощности, если у вас есть энергоемкие компоненты или вы планируете разогнать свою систему, сам по себе он не повышает игровую производительность, но необходим для этого. Фактическая производительность в играх в первую очередь зависит от возможностей процессора, видеокарты, памяти и других соответствующих аппаратных компонентов, поэтому блок питания играет важную роль, но лишь косвенно.

Важно выбрать блок питания с соответствующей номинальной мощностью, затребованной вашей системой. Лучшие игровые ПК, как правило, не предлагают блоков питания, имеющих мощность значительно больше необходимой, чем требуемая компонентами внутри, поскольку избыток не предлагает дополнительной производительности, но может привести к дополнительным затратам и снижению энергоэффективности. Поэтому сосредоточьтесь на выборе надежного блока питания с правильной мощностью для конкретной конфигурации игровой системы, а не рассматривайте только повышение мощности, как средство повышения производительности.

Что будет, если мощности блока питания недостаточно?

Вентиляция и разъем питания БП

(Изображение предоставлено: Shutterstock)

Если блок питания не предлагает достаточной мощности для компонентов компьютерной системы, может возникать несколько проблем.

Самое главное, недостаток производительности может приводить к нестабильной работе системы. Если блок питания не может предложить достаточно энергии для запуска системы, компьютер может вовсе не включаться. Вы можете столкнуться с ситуацией, когда нажатие кнопки питания не даёт никакого эффекта (проверьте подключение кнопки к материнской плате), система может запускаться на короткое время и тут же отключаться.

Если компьютер загружается, он может испытывать случайные сбои, зависания или перезагрузки, особенно в периоды высокой нагрузки или при выполнении ресурсоёмких задач, таких как игры или рендеринг.

В крайних случаях недостаток электропитания может привести к повреждению компонентов вашего ПК. Когда блоку питания не удаётся удовлетворить требования по питанию, он может обеспечить нестабильное напряжение или непостоянную мощность, что может привести к повреждению материнской платы, процессора, видеокарты или других чувствительных компонентов.

Некачественный блок питания, с другой стороны, может привести к неадекватному охлаждению, поскольку блок питания может не предлагать достаточно мощности для эффективной работы системных вентиляторов и других систем охлаждения. Это может привести к повышению температуры внутри корпуса компьютера, потенциально вызывая проблемы с перегревом, оказывая негативное влияние на срок службы и производительность компонентов.

Чтобы избежать этих проблем, важно убедиться, что блок питания может иметь достаточную мощность для удовлетворения требований к питанию всей системы, включая компоненты, привода и периферийные устройства. Собирая или обновляя компьютер тщательно учитывайте потребности компонентов в питании и выбирайте надежный блок питания с соответствующей номинальной мощностью, чтобы обеспечить стабильное и последовательное питание для оптимальной производительности и надежности системы.

Как узнать, что блок питания не работает?

Старые блоки питания

(Изображение предоставлено: Shutterstock)

Есть несколько признаков, которые могут указывать на то, что ваш блок питания работает плохо или не подходит для вашей системы.

Если ваш компьютер часто выходит из строя или выключается без видимой причины (особенно если не отображается даже «синий экран смерти» или BDoS в системах с Windows), это может быть признаком нехватки питания. Когда компоненты потребляют больше энергии, чем обеспечивает блок питания, система может работать нестабильно и вызывать немедленное отключение, чтобы предотвратить повреждение.

Если при нажатии на кнопку питания система не включается или система запускается кратковременно и сразу выключается, это может указывать на то, что блок питания не может обеспечить необходимое питание для старта компонентов.

Если ваш компьютер зависает или прекращает отвечать на запросы, особенно во время ресурсоёмких задач, таких как игры или ресурсоёмкие приложения, следует искать проблему в питании. Нехватка питания приводит к тому, что система не может стабильно подавать питание на компоненты, что приводит к зависанию или перезагрузке.

Если вы сталкиваетесь с регулярными ошибками BSoD с разными или непоследовательными кодами ошибок, всё это может быть связано с нехваткой питания. Нехватка питания может приводить к тому, что система неожиданно столкнётся с критическими ошибками из разных источников, что приведёт к сбоям системы и ошибкам BSoD.

Если ваш компьютер часто перезагружается сам по себе, это тоже может указывать на проблему с питанием. Когда требования к мощности превышают возможности блока питания, система может перезагружаться, чтобы защитить себя от потенциального повреждения или нестабильной работы.

Существуют также некоторые физические признаки, на которые следует обратить внимание, среди которых необычные шумы, такие как жужжание, щелчки или даже визг, исходящие из блока питания, или наличие запаха гари, что может свидетельствовать о неисправности или перегрузке блока питания. К этим симптомам следует относиться очень серьезно, и вам следует немедленно выключить компьютер, чтобы предотвратить небезопасную ситуацию.

Если вы испытываете любую из перечисленных проблем, очень важно исследовать блок питания в качестве потенциальной причины. Поскольку это единственный компонент, который прямо подключен к розетке, он потребляет больше электроэнергии, чем любой другой компонент, а неисправные электрические компоненты по природе своей небезопасны в эксплуатации. Проверьте номинальную мощность вашего блока питания и сравните её с потребностями компонентов в питании. Если вы подозреваете, что проблема скрывается в блоке питания, решение может потребовать консультации со специалистом или замены блока питания на более качественный с подходящей мощностью.

Что такое пины в электрике

Всё о пинах на Блоке питания: что это такое и зачем они нужны

Блок питания является незаменимым элементом любой компьютерной системы. Он обеспечивает питание всем компонентам компьютера: процессору, видеокарте, жёсткому диску и другим устройствам. Одним из ключевых элементов блока питания являются пины, которые позволяют подключать все устройства к блоку питания.

Что такое пины на Блоке питания?

Пины — это металлические контакты, которые находятся на задней панели блока питания. Они организованы в группы и имеют разные цвета, чтобы легче было их различать. Каждый пин имеет свою роль в обеспечении питания компьютера.

Какие пины используются на Блоке питания?

Существует несколько основных типов пинов, которые используются на Блоке питания:

  • ATX 24 Pin – основной вид пина для подключения всех компонентов блока питания;
  • ATX 4 Pin – дополнительный вид пина, который обеспечивает питание процессора;
  • PCI-E 6/8 Pin – пины для подключения видеокарты;
  • SATA – пины для подключения жёсткого диска и оптического привода;
  • Molex – пины для подключения дополнительных устройств, таких как вентиляторы и осветительные приборы.

Зачем нужны пины на Блоке питания?

Пины на Блоке питания необходимы для обеспечения питания всем компонентам компьютера. Без них компьютер не сможет функционировать. Правильное подключение пинов к различным устройствам компьютера позволяет обеспечить правильную работу каждого компонента.

Как правильно подключить пины на Блоке питания?

Подключение пинов на Блоке питания является довольно простым процессом. В основном, всё что нужно сделать — это сопоставить пины с соответствующими розетками на различных устройствах компьютера. Однако, для правильного подключения и избежания ошибок, необходимо ознакомиться с инструкцией по сборке компьютера и руководством блока питания.

Вывод

Пины являются неотъемлемой частью блока питания и основным элементом, обеспечивающим эффективную работу компьютера. Знание о различных видах пинов и их функциональности поможет правильно подключить компоненты компьютера к блоку питания и обеспечить безотказную работу системы.

Пины Aрдуино: описание, характеристики, примеры скетчей

Ардуино с подключенными выводами

На плате Ардуино есть несколько видов пинов (с английского pin — контакт, вывод). Их количество может отличаться на разных платах, но всегда присутствуют следующие типы: пины питания, цифровые пины, аналоговые пины. О предназначении этих выводов и работе с ними и пойдёт речь в статье.

Краткое содержание:

Пины ардуино

Пины Ардуино на примере Arduino UNO

Пины питания

Режим работы пинов питания жестко задан, его нельзя поменять программно. Сюда входят:

  • GND — это «земля» (англ. ground), ноль, общий провод. Таких пинов может быть несколько. Сюда подключается минусовой вывод источника питания.
  • Vin — Пин для подключения плюса от внешнего источника питания. Напряжение может быть от 5 до 12 В.
  • 5v — стабилизированные 5 вольт, которые выдаёт плата. Сюда можно подключить маломощных внешних потребителей, которые требуют стабильное питание (датчики и т.п.)
  • 3.3v — стабилизированные 3.3 вольта.

Заметим также, что Ардуино может получать питание и через usb-разъем, в этом случае не нужно подключать внешний источник.

Цифровые пины. Режим выхода

Эта группа пинов обозначена на плате словом digital (по-английски digital — цифровой).

Цифровой пин работает с двумя состояниями: 0 (эквивалентно земле) и 1 (эквивалентно напряжению питания). Причём любой цифровой пин может работать и как вход, и как выход.

Сначала разберёмся с режимом «выход». Соберём вот такую простенькую схему, где цифровой pin №5 будет управлять свечением светодиода:

Подключение светодиода к цифровому пину ардуино

Схема 1. Подключение светодиода к цифровому пину Ардуино

Номинал резистора в этой схеме зависит от модели светодиода. Обычно для тех светодиодов, что идут в различных наборах Ардуино, требуется резистор 330 Ом.

А вот скетч для этой схемы:

Если всё правильно собрано, светодиод будет моргать с частотой примерно 1 Гц (цикл горит — не горит занимает 1 секунду).

Ну и давайте сразу привыкать программировать правильно. В нашем скетче в трёх местах используется «магическое число» 5 — номер нашего пина. А если мы решили изменить схему и подключить светодиод к пину 6? Хорошо, когда скетч такой вот небольшой, и можно быстро найти все места, где упоминается пятёрка и поменять её на 6. А если скетч большой? Можно, во-первых, забыть где-то поменять номер пина, а, ещё хуже, случайно заменить постороннюю пятёрку, которая имела совсем другой смысл.

Всё это приводит к ошибкам в программе. Но есть способ уменьшить вероятность их появления. В данном конкретном случае можно запомнить номер пина в переменной, и затем везде использовать её.

Теперь мы можем при необходимости менять параметры в секции инициализации и не трогать весь остальной код. Да и саму программу читать легче — по имени переменной становится понятно, что происходит в той или иной строчке кода.

Цифровой пин в режиме входа

Как говорилось выше, цифровой пин может работать в режиме входа. С него можно считывать его текущее состояние с помощью метода digitalRead(). Но, поскольку вариантов всего два (1 и 0), то и подключить к нему можно какое-то устройство, которое имеет два состояния, типа кнопки (нажата / не нажата).

И снова разберём на примере. Покажем, как подключить кнопку к Ардуино:

Схема 2. Подключение кнопки к цифровому входу Ардуино

При нажатии кнопки должен загораться светодиод на плате Ардуино.

Подтягивающий резистор

Вы вправе спросить, зачем в схеме резистор? Это так называемый подтягивающий резистор, с помощью которого можно задать состояние на входе «по-умолчанию».

Дело в том, что входы Ардуино имеют очень высокое входное сопротивление. Поэтому, ни к чему не подключённый, «висящий» вход может оказаться в состоянии 1 за счёт, к примеру, статического электричества. Это приведёт к ложным срабатываниям: кнопка не нажата, но программа считывает с пина высокий уровень.

Чтобы этого избежать, вход подтягивают (в данном случае, к нулю) резистором номиналом 10-20кОм. Когда кнопка отпущена, этот резистор устанавливает 0 на входе. Но, при этом его сопротивление слишком велико, чтобы помешать нажатой кнопке установить на входе 1: ток через резистор будет очень мал, и, в совокупности с большим входным сопротивлением пина на нём установится практически напряжение питания.

К слову, микроконтроллер ATmega имеет программируемые встроенные подтягивающие резисторы 20 кОм. Включение данных резисторов осуществляется так:

ШИМ-пины

Вы могли обратить внимание, что на плате напротив некоторых цифровых пинов стоит знак

Так обозначены пины, которые могут работать в режиме ШИМ — широтно-импульсной модуляции (по-английски PWM).

То есть, на такой пин можно вывести псевдо-аналоговое напряжение. Технически, это будут прямоугольные импульсы частотой 488,28 Гц и амплитудой 5 вольт. Но, за счёт регулировки скважности (соотношения длины импульса и паузы между импульсами), можно плавно регулировать эффективную мощность на нагрузке. Тема ШИМ заслуживает отдельной статьи, а пока, возможно, вышесказанное станет чуть понятнее из рисунка:

ШИМ-сигнал

График ШИМ-сигнала. В данном случае пауза длиннее импульса в три раза, то есть период заполнен импульсом на 25%. Это соответствует постоянному напряжению 0.25 * 5 = 1.25 Вольт

Для установления ШИМ-режима на пине служит метод analogWrite(, ).

Значение может меняться от 0 до 255, причём 255 соответствует напряжению питания. Таким образом, например, 128 — это половина напряжения питания, 2.5 В.

Давайте заставим наш светодиод из первого примера плавно набирать яркость и также плавно гаснуть:

Аналоговые пины

В их обозначении присутствует буква А: А0, А1 и т.д. Работают эти пины на вход, так что нет необходимости задавать режим через pinMode(). Чтобы считать показания, применяется метод analogRead(). По сути, этот метод измеряет напряжение на аналоговом пине, разбив диапазон от нуля до напряжения питания на 1024 кусочка. К примеру, если analogRead вернул значение 512 — это соответствует половине напряжения питания.

Аналоговые пины в режиме цифровых

Все аналоговые пины можно переключить в режим цифрового выхода (но не в режим ШИМ-выхода). Достаточно переключить пин в режим OUTPUT:

К слову, можно пользоваться чисто цифровой нумерацией, без букв. Пину A0 соответствует цифровой пин 14, A1 — 15 и так далее.

Ограничение по току

При работе пинов в режиме выходов нужно не забывать об ограничениях по максимальному току. Для одного пина оно составляет 40 мА (или 50 мА для плат, работающих от питания 3.3 В). А суммарный ток со всех пинов не должен превышать 200 мА, иначе Ардуинка может выйти из строя.

Если нужно подключить к плате Ардуино более мощного потребителя, превышающего указанные предельные токи, следует подключать его через релейные модули или усилительные ключи с использованием внешнего источника питания:

Схема подключение мощной нагрузки к ардуино

Пример подключения мощной нагрузки к Ардуино через релейный блок: реле подключает к нагрузке внешний источник питания, от него же питается сама плата Ардуино.

Пины коммуникации

Для полноты картины осталось упомянуть о пинах коммуникации.

Пины SDA и SCL используются для подключения устройств, поддерживающих протокол I2C. Аналогично, пины TX и RX используются для коммуникаций по протоколу UART.

Что такое пин в Arduino? 3 примера

Arduino пин

Введение

Пины в Arduino — это входы и выходы, которые можно использовать для связи с датчиками, актуаторами и другими устройствами. Они позволяют подключать периферийные устройства к микроконтроллеру Arduino, чтобы управлять или получать данные с них.

Каждый пин в Arduino может быть настроен как вход или выход. Входные пины используются для считывания данных с датчиков или других устройств, в то время как выходные пины используются для управления актуаторами, такими как светодиоды или моторы.

0 12

Кроме того, есть различные типы пинов, такие как цифровые, аналоговые и PWM. Цифровые пины могут иметь только два состояния: включено или выключено, аналоговые пины могут иметь множество значений между нулем и максимумом, а PWM-пины могут генерировать импульсы с изменяемой шириной для управления некоторыми устройствами, такими как двигатели или светодиоды.

Использование пинов в Arduino может быть очень гибкое, и они играют ключевую роль в создании интерактивных проектов. В этой статье мы будем рассматривать типы пинов, настройку и примеры их использования, чтобы вы могли создавать свои собственные интересные проекты с использованием Arduino.

Типы пинов

В Arduino есть три типа пинов: цифровые, аналоговые и PWM. Каждый из этих типов имеет свои особенности и используется для различных целей.

Цифровые пины могут иметь только два состояния: включено или выключено. Они часто используются для управления устройствами, которые могут быть либо включены, либо выключены, такими как светодиоды или реле.

1 6

Аналоговые пины могут иметь множество значений между нулем и максимумом. Они часто используются для считывания данных с датчиков, таких как термодатчики или датчики освещенности.

PWM-пины могут генерировать импульсы с изменяемой шириной. Они используются для управления некоторыми устройствами, которые могут реагировать на изменение силы сигнала, такими как двигатели или светодиоды. PWM позволяет регулировать скорость или яркость устройства, изменяя долю времени, когда сигнал на пине находится в высоком состоянии.

Важно отметить, что не все пины на плате Arduino могут быть использованы как цифровые, аналоговые или PWM. Каждая модель Arduino имеет свою собственную схему пинов, и необходимо проверить документацию для определения, какие пины можно использовать и для каких целей.

В общем, разнообразие типов пинов в Arduino позволяет решать различные задачи и позволяет создавать множество различных проектов. В следующем разделе мы будем рассматривать, как настраивать пины в Arduino для различных целей.

Настройка пинов

Чтобы использовать пины в Arduino, необходимо сначала настроить их режим ввода/вывода и задать начальное состояние.

Режим ввода/вывода определяет, как будет использоваться пин. Если он настроен как вход, то можно использовать его для считывания данных с датчиков или других устройств. Если он настроен как выход, то можно использовать его для управления актуаторами, такими как светодиоды или моторы.

2 5

Начальное состояние определяет начальное состояние пина при запуске программы. Например, если пин настроен как выход и задано начальное состояние включено, то светодиод, подключенный к этому пину, будет зажжен при запуске программы.

Настройка пинов в Arduino осуществляется с помощью функций pinMode(), digitalWrite() и digitalRead() в Arduino C++. К примеру, функция pinMode(pin, mode) устанавливает режим ввода/вывода для заданного пина, где pin — номер пина, а mode — режим (INPUT или OUTPUT).

Важно отметить, что необходимо следовать документации для конкретной модели Arduino, так как различные модели могут иметь различные ограничения и особенности в настройке пинов.

Примеры использования

Давайте рассмотрим несколько примеров, как можно использовать пины в Arduino для решения различных задач.

Первый пример — считывание данных с датчика температуры. Для этого необходимо настроить пин как вход, считать данные с датчика с помощью функции analogRead(), и использовать полученное значение для отображения температуры на дисплее.

3 12

Второй пример — управление светодиодом. Для этого необходимо настроить пин как выход, использовать функцию digitalWrite() для установки состояния включено или выключено на пине, и контролировать яркость светодиода с помощью PWM-пина и функции analogWrite().

Третий пример — управление мотором. Для этого необходимо настроить два пина как выход, использовать функцию digitalWrite() для управления направлением и скоростью мотора.

Эти примеры демонстрируют только некоторые из множества возможностей использования пинов в Arduino. В зависимости от конкретной задачи, может потребоваться использование дополнительных библиотек или схем, но с правильной настройкой пинов и использованием соответствующих функций, можно решать множество различных задач.

Заключение

Пины в Arduino являются одним из ключевых компонентов для создания различных электронных проектов. Они позволяют считывать данные с датчиков и управлять актуаторами, а также имеют различные режимы работы, как входы, выходы и PWM-пины.

Важно понимать, как настроить пины для конкретной задачи и как использовать соответствующие функции для управления их состоянием и получения данных. В статье были рассмотрены примеры использования пинов для считывания данных с датчиков и управления актуаторами, как один из множества возможностей, которые они могут предложить.

В заключении, можно сказать, что пины в Arduino являются мощным инструментом для реализации различных электронных проектов и освоение их использования может существенно расширить ваши возможности в области электроники и программирования.

Что такое пин в электрике? — Всё, что нужно знать о пине в электрике

Что такое пин в электрике? - Всё, что нужно знать о пине в электрике

В мире электротехники существует множество терминов и технических понятий, которые могут запутать неопытного человека. Один из таких терминов — «пин». В данной статье я расскажу вам, что означает понятие «пин» в электрике.

Определение пина

В электрике пин — это контактный пин на разъеме, который используется для установки соединения между различными электрическими устройствами. Пины бывают разного вида и размеров в зависимости от конкретной системы или устройства, в котором они используются.

Обычно пины имеют форму металлических штырей или колпачков, которые подходят для вставки в соответствующие отверстия разъема. Они являются электрическими контактами для передачи сигналов, данных или электроэнергии между различными компонентами электрической системы.

Примеры использования пина

Пины широко используются во многих электрических устройствах, начиная от компьютеров и электроники до автомобилей и бытовой техники. Примеры использования пина включают:

  • Материнская плата компьютера: пины на разъеме процессора
  • Карта расширения в компьютере: пины на разъеме PCI или PCIe
  • Разъемы на автомобильном аккумуляторе: пины для подключения проводов стартера или зарядного устройства
  • Разъемы на мобильном телефоне: пины для зарядки или подключения наушников

Важно отметить, что правильное подключение и соответствие пинов на разъеме являются важным аспектом при работе с электрическими устройствами. Неправильное подключение пинов может привести к неисправностям и поломкам.

Заключение

Теперь вы знаете, что такое пин в электрике. Пины играют важную роль в передаче электрических сигналов и энергии между различными компонентами электрической системы. Правильное подключение пинов является неотъемлемым элементом работы с электротехникой.

Похожие публикации:

  1. Cgft 6 speed auto gft ps195 что за коробка
  2. Как из хлорида железа 2 получить хлорид железа 3
  3. Где купить микросхемы в москве
  4. Как очистить резьбу от ржавчины

Что такое шим контроллер, как он устроен и работает, виды и схемы

Раньше для питания устройств использовали схему с понижающим (или повышающим, или многообмоточным) трансформатором, диодным мостом, фильтром для сглаживания пульсаций. Для стабилизации использовались линейные схемы на параметрических или интегральных стабилизаторах. Главным недостатком был низкий КПД и большой вес и габариты мощных блоков питания.

Во всех современных бытовых электроприборах используются импульсные блоки питания (ИБП, ИИП – одно и то же). В большинстве таких блоков питания в качестве основного управляющего элемента используют ШИМ-контроллер. В этой статье мы рассмотрим его устройство и назначение.

Содержание статьи

  • Определение и основные преимущества
  • Основные характеристики
  • Общая структура
  • Назначение выводов
  • Примеры реальных устройств
  • TL494 — обзор
  • UC3843 — обзор
  • ШИМ со встроенным силовым ключем

ШИМ-контроллер что это такое и для чего нужен

Определение и основные преимущества

ШИМ-контроллер – это устройство, которое содержит в себе ряд схемотехнических решений для управления силовыми ключами. При этом управление происходит на основании информации полученной по цепям обратной связи по току или напряжению – это нужно для стабилизации выходных параметров.

Иногда, ШИМ-контроллерами называются генераторы ШИМ-импульсов, но в них нет возможности подключить цепи обратной связи, и они подходят скорее для регуляторов напряжения, чем для обеспечения стабильного питания приборов. Однако в литературе и интернет-порталах часто можно встретить названия типа «ШИМ-контроллер, на NE555» или «… на ардуино» — это не совсем верно по вышеуказанным причинам, они могут использоваться только для регулирования выходных параметров, но не для их стабилизации.

Широтно-импульсная модуляция

Аббревиатура «ШИМ» расшифровывается, как широтно-импульсная модуляция – это один из методов модуляции сигнала не за счёт величины выходного напряжения, а именно за счёт изменения ширины импульсов. В результате формируется моделируемый сигнал за счёт интегрирования импульсов с помощью C- или LC-цепей, другими словами – за счёт сглаживания.

Вывод: ШИМ-контроллер – устройство, которое управляет ШИМ-сигналом.

Научитесь разрабатывать устройства на базе микроконтроллеров и станьте инженером умных устройств с нуля: Инженер умных устройств

Основные характеристики

Для ШИМ-сигнала можно выделить две основных характеристики:

1. Частота импульсов – от этого зависит рабочая частота преобразователя. Типовыми являются частоты выше 20 кГц, фактически 40-100 кГц.

2. Коэффициент заполнения и скважность. Это две смежных величины характеризующие одно и то же. Коэффициент заполнения может обозначаться буквой S, а скважность D.

где T – это период сигнала,

Коэффициент заполнения – часть времени от периода, когда на выходе контроллера формируется управляющий сигнал, всегда меньше 1. Скважность всегда больше 1. При частоте 100 кГц период сигнала равен 10 мкс, а ключ открыт в течении 2.5 мкс, то коэффициент заполнения – 0.25, в процентах – 25%, а скважность равна 4.

Коэффициент заполнения

Также важно учитывать внутреннюю конструкцию и предназначение по количеству управляемых ключей.

Отличия от линейных схем потери

Как уже было сказано, преимуществом перед линейными схемами у импульсных источников питания является высокий КПД (больше 80, а в настоящее время и 90%). Это обусловлено следующим:

Допустим сглаженное напряжение после диодного моста равно 15В, ток нагрузки 1А. Вам нужно получить стабилизированное питание напряжением 12В. Фактически линейный стабилизатор представляет собой сопротивление, которое изменяет свою величину в зависимости от величины входного напряжения для получения номинального выходного – с небольшими отклонениями (доли вольт) при изменениях входного (единицы и десятки вольт).

На резисторах, как известно, при протекании через них электрического тока выделяется тепловая энергия. На линейных стабилизаторах происходит такой же процесс. Выделенная мощность будет равна:

Так как в рассмотренном примере ток нагрузки 1А, входное напряжение 15В, а выходное – 12В, то рассчитаем потери и КПД линейного стабилизатора (КРЕНка или типа L7812):

Pпотерь=(15В-12В)*1А = 3В*1А = 3Вт

Тогда КПД равен:

Если же входное напряжение вырастит до 20В, например, то КПД снизится:

Основной особенностью ШИМ является то, что силовой элемент, пусть это будет MOSFET, либо открыт полностью, либо полностью закрыт и ток через него не протекает. Поэтому потери КПД обусловлены только потерями проводимости

И потерями переключения. Это тема для отдельной статьи, поэтому не будем останавливаться на этом вопросе. Также потери блока питания возникают в выпрямительных диодах (входных и выходных, если блок питания сетевой), а также на проводниках, пассивных элементах фильтра и прочем.

Общая структура

Рассмотрим общую структуру абстрактного ШИМ-контроллер. Я употребил слово «абстрактного» потому что, в общем, все они похожи, но их функционал все же может отличаться в определенных пределах, соответственно будет отличаться структура и выводы.

Внутри ШИМ-контроллера, как и в любой другой ИМС находится полупроводниковый кристалл, на котором расположена сложная схема. В состав контроллера входят следующие функциональные узлы:

1. Генератор импульсов.

2. Источник опорного напряжения. (ИОН)

3. Цепи для обработки сигнала обратной связи (ОС): усилитель ошибки, компаратор.

4. Генератор импульсов управляет встроенными транзисторами , которые предназначены для управления силовым ключом или ключами.

Количество силовых ключей, которыми может управлять ШИМ-контроллер, зависит от его предназначения. Простейшие обратноходовые преобразователи в своей схеме содержат 1 силовой ключ, полумостовые схемы (push-pull) — 2 ключа, мостовые — 4.

ШИМ-контроллер

От типа ключа также зависит выбор ШИМ-контроллера. Для управления биполярным транзистором основным требованием является, чтобы выходной ток управления ШИМ-контроллера не был ниже, чем ток транзистора деленный на H21э, чтобы его включать и отключать достаточно просто подавать импульсы на базу. В этом случае подойдет большинство контроллеров.

В случае управления ключами с изолированным затвором (MOSFET, IGBT) есть определенные нюансы. Для быстрого отключения нужно разрядить емкость затвора. Для этого выходную цепь затвора выполняют из двух ключей — один из них соединен с источником питания с выводом ИМС и управляет затвором (включает транзистор), а второй установлен между выходом и землей, когда нужно отключить силовой транзистор — первый ключ закрывается, второй открывается, замыкая затвор на землю и разряжает его.

US3842B

В некоторых ШИМ-контроллрах для маломощных блоков питания (до 50 Вт) силовые ключи встроенные и внешние не используются. Пример — 5l0830R

Если говорить обобщенно, то ШИМ-контроллер можно представить в виде компаратора, на один вход которого подан сигнал с цепи обратной связи (ОС), а на второй вход пилообразный изменяющийся сигнал. Когда пилообразный сигнал достигает и превышает по величине сигнал ОС, то на выходе компаратора возникает импульс.

При изменениях сигналов на входах ширина импульсов меняется. Допустим, что вы подключили мощный потребитель к блоку питания, и на его выходе напряжение просело, тогда напряжение ОС также упадет. Тогда в большей части периода будет наблюдаться превышение пилообразного сигнала над сигналом ОС, и ширина импульсов увеличится. Всё вышесказанное в определенной мере отражено на графиках.

Пилообразный сигнал

Рабочая частота генератора устанавливается с помощью частотозадающей RC-цепи.

Рабочая частота генератора устанавливается с помощью частотозадающей RC-цепи

Функциональная схема ШИМ-контроллера на примере TL494, мы рассмотрим его позже подробнее. Назначение выводов и отдельных узлов описано в следующем подзаголовке.

ШИМ-контроллер TL494

Назначение выводов

ШИМ-контроллеры выпускаются в различных корпусах. Выводов у них может быть от трех до 16 и более. Соответственно от количества выводов, а вернее их назначения зависит гибкость использования контроллера. Например, в популярной микросхеме UC3843 — чаще всего 8 выводов, а в еще более культовой — TL494 — 16 или 24.

Поэтому рассмотрим типовые названия выводов и их назначение:

  • GND – общий вывод соединяется с минусом схемы или с землей.
  • Uc (Vc) – питание микросхемы.
  • Ucc (Vss, Vcc) – Вывод для контроля питания. Если питание проседает, то возникает вероятность того, что силовые ключи не будут полностью открываться, а из-за этого начнут греться и сгорят. Вывод нужен чтобы отключить контроллер в подобной ситуации.
  • OUT – как видно из название — это выход контроллера. Здесь выводятся управляющий ШИМ-сигнал для силовых ключей. Выше мы упомянули, что в преобразователях разных топологий имеют разное количество ключей. Название вывода может отличаться в зависимости от этого. Например, в контроллерах для полумостовых схем он может называться HO и LO для верхнего и нижнего ключа соответственно. При этом и выход может быть однотактный и двухтактный (с одним ключем и двумя) — для управления полевыми транзисторами (пояснение см. выше). Но и сам контроллер может быть для однотактной и двухтактной схемы — с одним и двумя выходными выводами соответственно. Это важно.
  • Vref – опорное напряжения, обычно соединяется с землей через небольшой конденсатор (единицы микрофарад).
  • ILIM – сигнал с датчика тока. Нужен для ограничения выходного тока. Соединяется с цепями обратной связи.
  • ILIMREF – на ней устанавливается напряжение срабатывания ножки ILIM
  • SS – формируется сигнал для мягкого старта контроллера. Предназначен для плавного выхода на номинальный режим. Между ней и общим проводом для обеспечения плавного пуска устанавливают конденсатор.
  • RtCt – выводы для подключения времязадающей RC-цепи, которая определяет частоту ШИМ-сигнала.
  • CLOCK – тактовые импульсы для синхронизации нескольких ШИМ-контроллеров между собой тогда RC-цепь подключается только к ведущему контроллеру, а RT ведомых с Vref, CT ведомых соединяюся с общим.
  • RAMP – это ввод сравнения. На него подают пилообразное напряжение, например с вывода Ct, Когда оно превышает значение напряжение на выходе усиления ошибки, то на OUT появляется отключающий импульс — основа для ШИМ-регулирования.
  • INV и NONINV – это инвертирующий и неинвертирующий входы компаратора, на котором построен усилитель ошибки. Простыми словами: чем больше напряжении на INV — тем длинее выходные импульсы и наоборот. К нему подключается сигнал с делителя напряжения в цепи обратной связи с выхода. Тогда неинвертирующий вход NONINV подключают к общему проводу — GND.
  • EAOUT или Error Amplifier Output рус. Выход усилителя ошибки. Не смотря на то, что есть входы усилителя ошибки и с их помощью, в принципе можно регулировать выходные параметры, но контроллер довольно медленно на это реагирует. В результате медленной реакции может возникнуть возбуждение схемы, и она выйдет из строя. Поэтому с этого вывода через частотозависимые цепи подают сигналы на INV. Это еще называется частотной коррекцией усилителя ошибки.

Пример испрользования ШИМ-контроллера

Примеры реальных устройств

Для закрепления информации давайте рассмотрим несколько примеров типовых ШИМ-контроллеров и их схем включения. Мы будем делать это на примере двух микросхем:

  • TL494 (её аналоги: KA7500B, КР1114ЕУ4, Sharp IR3M02, UA494, Fujitsu MB3759);
  • UC3843.

Они активно используются в блоках питания для компьютеров . Кстати, эти блоки питания обладают немалой мощностью (100 Вт и больше по 12В шине). Часто используются в качестве донора для переделки под лабораторный блок питания или универсальное мощное зарядное устройство, например для автомобильных аккумуляторов.

TL494 – обзор

Начнем с 494-й микросхемы. Её технические характеристики:

Характеристики TL494

Характеристики TL494

В этом конкретном примере можно видеть большинство описанных выше выводов:

1. Неинвертирующий вход первого компаратора ошибки

2. Инвертирующий вход первого компаратора ошибки

3. Вход обратной связи

4. Вход регулировки мертвого времени

5. Вывод для подключения внешнего времязадающего конденсатора

6. Вывод для подключения времязадающего резистора

7. Общий вывод микросхемы, минус питания

8. Вывод коллектора первого выходного транзистора

9. Вывод эмиттера первого выходного транзистора

10. Вывод эмиттера второго выходного транзистора

11. Вывод коллектора второго выходного транзистора

12. Вход подачи питающего напряжения

13. Вход выбора однотактного или же двухтактного режима работы микросхемы

14. Вывод встроенного источника опорного напряжения 5 вольт

15. Инвертирующий вход второго компаратора ошибки

16. Неинвертирующий вход второго компаратора ошибки

На рисунке ниже изображен пример компьютерного блока питания на этой микросхеме.

Пример компьютерного блока питания на TL494

UC3843 — обзор

Другой популярной ШИМ является микросхема 3843 – на ней также строятся компьютерные и не только блоки питания. Её цоколевка расположена ниже, как вы можете наблюдать, у неё всего 8 выводов, но функции она выполняет те же, что и предыдущая ИМС.

Бывает UC3843 и в 14-ногом корпусе, но встречаются гораздо реже. Обратите внимание на маркировку – дополнительные выводы либо дублируются, либо незадействованы (NC).

UC3843

Расшифруем назначением выводов:

1. Вход компаратора (усилителя ошибки).

2. Вход напряжения обратной связи. Это напряжение сравнивается с опорным внутри ИМС.

3. Датчик тока. Подключается к резистору стоящему в между силовым транзистором и общим проводом. Нужен для защиты от перегрузок.

4. Времязадающая RC-цепь. С её помощью задаётся рабочая частота ИМС.

6. Выход. Управляющее напряжение. Подключается к затвору транзистора, здесь двухтактный выходной каскад для управления однотактным преобразователем (одним транзистором), что можно наблюдать на рисунке ниже.

7. Напряжение питания микросхемы.

8. Выход источника опорного напряжения (5В, 50 мА).

Её внутренняя структура.

Внутренняя структура UC3843

Можно убедится, что во многом похожа и на другие ШИМ-контроллеры.

Простая схема сетевого источника питания на UC3842

Явно полезное:

ШИМ со встроенным силовым ключем

ШИМ-контроллеры со встроенным силовым ключем используются как в трансформаторных импульсных блоках питания, так и в бестрансформаторных DC-DC преобразователях понижающего (Buck), повышающего (Boost) и понижающее-повышающего (Buck-Boost) типов.

Пожалуй, одним из наиболее удачных примеров будет распространенная микросхема LM2596, на базе которого на рынке можно найти массу таких преобразователей, как изображен ниже.

ШИМ со встроенным силовым ключем

Такая микросхема содержит в себе все вышеописанные технические решения, а также вместо выходного каскада на маломощных ключах в ней встроен силовой ключ, способный выдержать ток до 3А. Ниже изображена внутренняя структура такого преобразователя.

Можно убедиться, что в сущности особых отличий от рассмотренных в ней нет.

А вот пример трансформаторного блока питания для светодиодной ленты на подобном контроллере, как видите силового ключа нет, а только микросхема 5L0380R с четырьмя выводами. Отсюда следует, что в определенных задачах сложная схемотехника и гибкость TL494 просто не нужна. Это справедливо для маломощных блоков питания, где нет особых требований к шумам и помехам, а выходные пульсации можно погасить LC-фильтром. Это блок питания для светодиодных лент, ноутбуков, DVD-плееров и прочее.

Схема трансформаторного блока питания для светодиодной ленты

Заключение

В начале статьи было сказано о том, что ШИМ-контроллер это устройство которое моделирует среднее значение напряжения за счет изменения ширина импульсов на основании сигнала с цепи обратной связи. Отмечу, что названия и классификация у каждого автора часто отличается, иногда ШИМ-контроллером называют простой ШИМ-регулятор напряжения, а описанное в этой статьей семейство электронных микросхем называют «Интегральная подсистема для импульсных стабилизированных преобразователей». От названия суть не меняется, но возникают споры и недопонимания.

Информация, опубликованная на данном веб-сайте, представлена исключительно в ознакомительных целях, за применение этой информации администрация сайта ответственности не несет.

Что такое шим контроллер, как он устроен и работает, виды и схемы

Раньше для питания устройств использовали схему с понижающим (или повышающим, или многообмоточным) трансформатором, диодным мостом, фильтром для сглаживания пульсаций. Для стабилизации использовались линейные схемы на параметрических или интегральных стабилизаторах. Главным недостатком был низкий КПД и большой вес и габариты мощных блоков питания.

Во всех современных бытовых электроприборах используются импульсные блоки питания (ИБП, ИИП – одно и то же). В большинстве таких блоков питания в качестве основного управляющего элемента используют ШИМ-контроллер. В этой статье мы рассмотрим его устройство и назначение.

Содержание статьи

  • Определение и основные преимущества
  • Основные характеристики
  • Общая структура
  • Назначение выводов
  • Примеры реальных устройств
  • TL494 — обзор
  • UC3843 — обзор
  • ШИМ со встроенным силовым ключем

Полезная электроника своими руками, электронные самоделки в Telegram : Практическая электроника на каждый день

ШИМ-контроллер что это такое и для чего нужен

Определение и основные преимущества

ШИМ-контроллер – это устройство, которое содержит в себе ряд схемотехнических решений для управления силовыми ключами. При этом управление происходит на основании информации полученной по цепям обратной связи по току или напряжению – это нужно для стабилизации выходных параметров.

Иногда, ШИМ-контроллерами называются генераторы ШИМ-импульсов, но в них нет возможности подключить цепи обратной связи, и они подходят скорее для регуляторов напряжения, чем для обеспечения стабильного питания приборов. Однако в литературе и интернет-порталах часто можно встретить названия типа «ШИМ-контроллер, на NE555» или «… на ардуино» — это не совсем верно по вышеуказанным причинам, они могут использоваться только для регулирования выходных параметров, но не для их стабилизации.

Широтно-импульсная модуляция

Аббревиатура «ШИМ» расшифровывается, как широтно-импульсная модуляция – это один из методов модуляции сигнала не за счёт величины выходного напряжения, а именно за счёт изменения ширины импульсов. В результате формируется моделируемый сигнал за счёт интегрирования импульсов с помощью C- или LC-цепей, другими словами – за счёт сглаживания.

Вывод: ШИМ-контроллер – устройство, которое управляет ШИМ-сигналом.

Основные характеристики

Для ШИМ-сигнала можно выделить две основных характеристики:

1. Частота импульсов – от этого зависит рабочая частота преобразователя. Типовыми являются частоты выше 20 кГц, фактически 40-100 кГц.

2. Коэффициент заполнения и скважность. Это две смежных величины характеризующие одно и то же. Коэффициент заполнения может обозначаться буквой S, а скважность D.

где T – это период сигнала,

Коэффициент заполнения – часть времени от периода, когда на выходе контроллера формируется управляющий сигнал, всегда меньше 1. Скважность всегда больше 1. При частоте 100 кГц период сигнала равен 10 мкс, а ключ открыт в течении 2.5 мкс, то коэффициент заполнения – 0.25, в процентах – 25%, а скважность равна 4.

Коэффициент заполнения

Также важно учитывать внутреннюю конструкцию и предназначение по количеству управляемых ключей.

Отличия от линейных схем потери

Как уже было сказано, преимуществом перед линейными схемами у импульсных источников питания является высокий КПД (больше 80, а в настоящее время и 90%). Это обусловлено следующим:

Допустим сглаженное напряжение после диодного моста равно 15В, ток нагрузки 1А. Вам нужно получить стабилизированное питание напряжением 12В. Фактически линейный стабилизатор представляет собой сопротивление, которое изменяет свою величину в зависимости от величины входного напряжения для получения номинального выходного – с небольшими отклонениями (доли вольт) при изменениях входного (единицы и десятки вольт).

На резисторах, как известно, при протекании через них электрического тока выделяется тепловая энергия. На линейных стабилизаторах происходит такой же процесс. Выделенная мощность будет равна:

Так как в рассмотренном примере ток нагрузки 1А, входное напряжение 15В, а выходное – 12В, то рассчитаем потери и КПД линейного стабилизатора (КРЕНка или типа L7812):

Pпотерь=(15В-12В)*1А = 3В*1А = 3Вт

Тогда КПД равен:

Если же входное напряжение вырастит до 20В, например, то КПД снизится:

Основной особенностью ШИМ является то, что силовой элемент, пусть это будет MOSFET, либо открыт полностью, либо полностью закрыт и ток через него не протекает. Поэтому потери КПД обусловлены только потерями проводимости

И потерями переключения. Это тема для отдельной статьи, поэтому не будем останавливаться на этом вопросе. Также потери блока питания возникают в выпрямительных диодах (входных и выходных, если блок питания сетевой), а также на проводниках, пассивных элементах фильтра и прочем.

Общая структура

Рассмотрим общую структуру абстрактного ШИМ-контроллер. Я употребил слово «абстрактного» потому что, в общем, все они похожи, но их функционал все же может отличаться в определенных пределах, соответственно будет отличаться структура и выводы.

Внутри ШИМ-контроллера, как и в любой другой ИМС находится полупроводниковый кристалл, на котором расположена сложная схема. В состав контроллера входят следующие функциональные узлы:

1. Генератор импульсов.

2. Источник опорного напряжения. (ИОН)

3. Цепи для обработки сигнала обратной связи (ОС): усилитель ошибки, компаратор.

4. Генератор импульсов управляет встроенными транзисторами, которые предназначены для управления силовым ключом или ключами.

Количество силовых ключей, которыми может управлять ШИМ-контроллер, зависит от его предназначения. Простейшие обратноходовые преобразователи в своей схеме содержат 1 силовой ключ, полумостовые схемы (push-pull) — 2 ключа, мостовые — 4.

ШИМ-контроллер

От типа ключа также зависит выбор ШИМ-контроллера. Для управления биполярным транзистором основным требованием является, чтобы выходной ток управления ШИМ-контроллера не был ниже, чем ток транзистора деленный на H21э, чтобы его включать и отключать достаточно просто подавать импульсы на базу. В этом случае подойдет большинство контроллеров.

В случае управления ключами с изолированным затвором (MOSFET, IGBT) есть определенные нюансы. Для быстрого отключения нужно разрядить емкость затвора. Для этого выходную цепь затвора выполняют из двух ключей — один из них соединен с источником питания с выводом ИМС и управляет затвором (включает транзистор), а второй установлен между выходом и землей, когда нужно отключить силовой транзистор — первый ключ закрывается, второй открывается, замыкая затвор на землю и разряжает его.

US3842B

В некоторых ШИМ-контроллрах для маломощных блоков питания (до 50 Вт) силовые ключи встроенные и внешние не используются. Пример — 5l0830R

Если говорить обобщенно, то ШИМ-контроллер можно представить в виде компаратора, на один вход которого подан сигнал с цепи обратной связи (ОС), а на второй вход пилообразный изменяющийся сигнал. Когда пилообразный сигнал достигает и превышает по величине сигнал ОС, то на выходе компаратора возникает импульс.

При изменениях сигналов на входах ширина импульсов меняется. Допустим, что вы подключили мощный потребитель к блоку питания, и на его выходе напряжение просело, тогда напряжение ОС также упадет. Тогда в большей части периода будет наблюдаться превышение пилообразного сигнала над сигналом ОС, и ширина импульсов увеличится. Всё вышесказанное в определенной мере отражено на графиках.

Пилообразный сигнал

Рабочая частота генератора устанавливается с помощью частотозадающей RC-цепи.

Рабочая частота генератора устанавливается с помощью частотозадающей RC-цепи

Функциональная схема ШИМ-контроллера на примере TL494, мы рассмотрим его позже подробнее. Назначение выводов и отдельных узлов описано в следующем подзаголовке.

ШИМ-контроллер TL494

Назначение выводов

ШИМ-контроллеры выпускаются в различных корпусах. Выводов у них может быть от трех до 16 и более. Соответственно от количества выводов, а вернее их назначения зависит гибкость использования контроллера. Например, в популярной микросхеме UC3843 — чаще всего 8 выводов, а в еще более культовой — TL494 — 16 или 24.

Поэтому рассмотрим типовые названия выводов и их назначение:

  • GND – общий вывод соединяется с минусом схемы или с землей.
  • Uc (Vc) – питание микросхемы.
  • Ucc (Vss, Vcc) – Вывод для контроля питания. Если питание проседает, то возникает вероятность того, что силовые ключи не будут полностью открываться, а из-за этого начнут греться и сгорят. Вывод нужен чтобы отключить контроллер в подобной ситуации.
  • OUT – как видно из название — это выход контроллера. Здесь выводятся управляющий ШИМ-сигнал для силовых ключей. Выше мы упомянули, что в преобразователях разных топологий имеют разное количество ключей. Название вывода может отличаться в зависимости от этого. Например, в контроллерах для полумостовых схем он может называться HO и LO для верхнего и нижнего ключа соответственно. При этом и выход может быть однотактный и двухтактный (с одним ключем и двумя) — для управления полевыми транзисторами (пояснение см. выше). Но и сам контроллер может быть для однотактной и двухтактной схемы — с одним и двумя выходными выводами соответственно. Это важно.
  • Vref – опорное напряжения, обычно соединяется с землей через небольшой конденсатор (единицы микрофарад).
  • ILIM – сигнал с датчика тока. Нужен для ограничения выходного тока. Соединяется с цепями обратной связи.
  • ILIMREF – на ней устанавливается напряжение срабатывания ножки ILIM
  • SS – формируется сигнал для мягкого старта контроллера. Предназначен для плавного выхода на номинальный режим. Между ней и общим проводом для обеспечения плавного пуска устанавливают конденсатор.
  • RtCt – выводы для подключения времязадающей RC-цепи, которая определяет частоту ШИМ-сигнала.
  • CLOCK – тактовые импульсы для синхронизации нескольких ШИМ-контроллеров между собой тогда RC-цепь подключается только к ведущему контроллеру, а RT ведомых с Vref, CT ведомых соединяюся с общим.
  • RAMP – это ввод сравнения. На него подают пилообразное напряжение, например с вывода Ct, Когда оно превышает значение напряжение на выходе усиления ошибки, то на OUT появляется отключающий импульс — основа для ШИМ-регулирования.
  • INV и NONINV – это инвертирующий и неинвертирующий входы компаратора, на котором построен усилитель ошибки. Простыми словами: чем больше напряжении на INV — тем длинее выходные импульсы и наоборот. К нему подключается сигнал с делителя напряжения в цепи обратной связи с выхода. Тогда неинвертирующий вход NONINV подключают к общему проводу — GND.
  • EAOUT или Error Amplifier Output рус. Выход усилителя ошибки. Не смотря на то, что есть входы усилителя ошибки и с их помощью, в принципе можно регулировать выходные параметры, но контроллер довольно медленно на это реагирует. В результате медленной реакции может возникнуть возбуждение схемы, и она выйдет из строя. Поэтому с этого вывода через частотозависимые цепи подают сигналы на INV. Это еще называется частотной коррекцией усилителя ошибки.

Пример испрользования ШИМ-контроллера

Примеры реальных устройств

Для закрепления информации давайте рассмотрим несколько примеров типовых ШИМ-контроллеров и их схем включения. Мы будем делать это на примере двух микросхем:

  • TL494 (её аналоги: KA7500B, КР1114ЕУ4, Sharp IR3M02, UA494, Fujitsu MB3759);
  • UC3843.

Они активно используются в блоках питания для компьютеров. Кстати, эти блоки питания обладают немалой мощностью (100 Вт и больше по 12В шине). Часто используются в качестве донора для переделки под лабораторный блок питания или универсальное мощное зарядное устройство, например для автомобильных аккумуляторов.

TL494 – обзор

Начнем с 494-й микросхемы. Её технические характеристики:

Характеристики TL494

Характеристики TL494

В этом конкретном примере можно видеть большинство описанных выше выводов:

1. Неинвертирующий вход первого компаратора ошибки

2. Инвертирующий вход первого компаратора ошибки

3. Вход обратной связи

4. Вход регулировки мертвого времени

5. Вывод для подключения внешнего времязадающего конденсатора

6. Вывод для подключения времязадающего резистора

7. Общий вывод микросхемы, минус питания

8. Вывод коллектора первого выходного транзистора

9. Вывод эмиттера первого выходного транзистора

10. Вывод эмиттера второго выходного транзистора

11. Вывод коллектора второго выходного транзистора

12. Вход подачи питающего напряжения

13. Вход выбора однотактного или же двухтактного режима работы микросхемы

14. Вывод встроенного источника опорного напряжения 5 вольт

15. Инвертирующий вход второго компаратора ошибки

16. Неинвертирующий вход второго компаратора ошибки

На рисунке ниже изображен пример компьютерного блока питания на этой микросхеме.

Пример компьютерного блока питания на TL494

UC3843 — обзор

Другой популярной ШИМ является микросхема 3843 – на ней также строятся компьютерные и не только блоки питания. Её цоколевка расположена ниже, как вы можете наблюдать, у неё всего 8 выводов, но функции она выполняет те же, что и предыдущая ИМС.

Бывает UC3843 и в 14-ногом корпусе, но встречаются гораздо реже. Обратите внимание на маркировку – дополнительные выводы либо дублируются, либо незадействованы (NC).

UC3843

Расшифруем назначением выводов:

1. Вход компаратора (усилителя ошибки).

2. Вход напряжения обратной связи. Это напряжение сравнивается с опорным внутри ИМС.

3. Датчик тока. Подключается к резистору стоящему в между силовым транзистором и общим проводом. Нужен для защиты от перегрузок.

4. Времязадающая RC-цепь. С её помощью задаётся рабочая частота ИМС.

6. Выход. Управляющее напряжение. Подключается к затвору транзистора, здесь двухтактный выходной каскад для управления однотактным преобразователем (одним транзистором), что можно наблюдать на рисунке ниже.

7. Напряжение питания микросхемы.

8. Выход источника опорного напряжения (5В, 50 мА).

Её внутренняя структура.

Внутренняя структура UC3843

Можно убедится, что во многом похожа и на другие ШИМ-контроллеры.

Простая схема сетевого источника питания на UC3842

Явно полезное:

ШИМ со встроенным силовым ключем

ШИМ-контроллеры со встроенным силовым ключем используются как в трансформаторных импульсных блоках питания, так и в бестрансформаторных DC-DC преобразователях понижающего (Buck), повышающего (Boost) и понижающее-повышающего (Buck-Boost) типов.

Пожалуй, одним из наиболее удачных примеров будет распространенная микросхема LM2596, на базе которого на рынке можно найти массу таких преобразователей, как изображен ниже.

ШИМ со встроенным силовым ключем

Такая микросхема содержит в себе все вышеописанные технические решения, а также вместо выходного каскада на маломощных ключах в ней встроен силовой ключ, способный выдержать ток до 3А. Ниже изображена внутренняя структура такого преобразователя.

Можно убедиться, что в сущности особых отличий от рассмотренных в ней нет.

А вот пример трансформаторного блока питания для светодиодной ленты на подобном контроллере, как видите силового ключа нет, а только микросхема 5L0380R с четырьмя выводами. Отсюда следует, что в определенных задачах сложная схемотехника и гибкость TL494 просто не нужна. Это справедливо для маломощных блоков питания, где нет особых требований к шумам и помехам, а выходные пульсации можно погасить LC-фильтром. Это блок питания для светодиодных лент, ноутбуков, DVD-плееров и прочее.

Схема трансформаторного блока питания для светодиодной ленты

Заключение

В начале статьи было сказано о том, что ШИМ-контроллер это устройство которое моделирует среднее значение напряжения за счет изменения ширина импульсов на основании сигнала с цепи обратной связи. Отмечу, что названия и классификация у каждого автора часто отличается, иногда ШИМ-контроллером называют простой ШИМ-регулятор напряжения, а описанное в этой статьей семейство электронных микросхем называют «Интегральная подсистема для импульсных стабилизированных преобразователей». От названия суть не меняется, но возникают споры и недопонимания.

  • Как сделать выпрямитель и простейший блок питания
  • Что можно сделать с помощью осциллографа
  • Как происходит преобразование аналогового сигнала в цифровой

Надеюсь, что эта статья была для вас полезной. Смотрите также другие статьи в категории Электрическая энергия в быту и на производстве » Практическая электроника

Подписывайтесь на канал в Telegram про электронику для профессионалов и любителей: Практическая электроника на каждый день

Поделитесь этой статьей с друзьями:

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *