PWM regulátor výkonu 12V/30A

fotka1.jpg
fotka1
fotka2.jpg
fotka2
fotka3.jpg
fotka3
fotka4.jpg
fotka4
fotka5.jpg
fotka5
fotka6.jpg
fotka6

   

 

    Důvodem k návrhu a stavbě tohoto zařízení byl požadavek na regulaci otáček ventilátoru, který se používá pro cirkulaci vzduchu a pro topení v automobilu. Samozřejmě je možní jej použít libovolně pro regulaci výkonu stejnosměrnou zátěží při proudu až do 30A. Protože měl daný motor ventilátoru poměrně vysoký proudový odběr (asi 10A), nebylo možné použít klasický lineární regulátor. Oproti tomu PWM regulátor má velmi vysokou účinnost a téměř bezeztrátovou funkci, protože výstupní tranzistor pracuje ve spínacím režimu.

    Regulátor je použitelný univerzálně nejen pro řízení otáček motoru, ale např. pro ovládání jasu žárovky, výkonu topného tělesa atd. Jeho napájecí napětí je v rozsahu 3-15V a maximální výstupní proud až 30A. Rozsah regulace je 2.5 - 92% (naměřená hodnota). V praxi je však rozdíl 0-100%, tj. z úplného zastavení motoru do plného výkonu.

 

obr. 1 - Princip PWM regulace

 

    Principem PWM regulace je změna poměru času, kdy motor běží/neběží. Spínání motoru probíhá s dostatečně vysokou frekvencí (v tomto případě asi 100Hz), takže chod motoru je díky jeho vlastní setrvačnosti zcela plynulý bez škubání. Pokud je střída (poměr) 1:1, pak je výkon motoru přesně poloviční. Zvyšováním střídy se otáčky motoru zvyšují, snižováním snižují (viz. obr.1). Výstupní napětí je pak dáno poměrem periody kdy motor běží ku poměru kdy motor neběží. Výpočet je potom stejný jako pro napěťový dělič.

 

 

oObr. 2 - Schéma PWM regulátoru

 

    Schéma regulátoru je poměrně jednoduché, ve své podstatě se jedná pouze o oscilátor (monostabilní klopný obvod). Ten je realizovaný známým obvodem 556, což je dvojitý časovač. Frekvenci kmitů udává kondenzátor 680n a je nastavena asi na 100 Hz. Snížením frekvence pod určitou mez (pod 10 Hz) má motor v nízkých otáčkách trhavý chod. Příliš vysoká frekvence zase snižuje jeho účinnost při rozběhu. Oba tyto extrémy podstatně zlepšuje vyhlazovací kondenzátor 2200u/35V, který je připojen paralelně k zátěži (na schématu není zakreslen, protože je připojen přímo na svorky motoru). Zátěž se připojuje mezi výstup OUT (- pól motoru) a +12V (+ pól motoru). Tam je rovněž připojen zmíněný kondenzátor. Na svorky A, B, C se připojuje potenciometr 50k/N, kterým se reguluje výkon. A je střední vývod potenciometru (jezdec), B je pravý vývod, C levý vývod. Vstupy D a E jsou připojeny na spínač, který je součástí potenciometru. Při otočení potenciometrem na minimum vypne spínač a ten odpojí pin 4 (reset) od kladného napětí. Obvod 556 přestane kmitat a zátěž je zcela odpojena. Odběr regulátoru je pak v jednotkách mA.

    Použil jsem bipolární verzi obvodu 556 (označuje se písmenem N na konci), ale je možné použít i verzi CMOS (556C), která má nulový odběr v klidovém stavu. Protože je regulátor v automobilu napájen ze svorky 15, tedy pouze při zapnutém zapalování, je odběr regulátoru zcela zanedbatelný.

    Výkonový tranzistor BUZ 11 je schopen sepnout proud 32A, regulátor jsem zkoušel pro proudy do 10A bez výrazného oteplení. Tranzistor je přišroubován na hliníkový výlisek, který je pod DPS. Výlisek pochází z původního regulátoru, který byl v daném vozidle nefunkční. Deska plošných spojů je přilepena silikonem na horní stěnu výlisku.

 

    Fotky 1 a 2 zachycují první verzi regulátoru s 4ks FET tranzistorů v SMD provedení. Ty jsem po oživení nahradil tranzistorem BUZ11, který je vhodnější už z důvodu tepelného propojení k chladiči (výlisku).

    Regulátor funguje spolehlivě a na první zapojení.

== tato stránka se nachází na adrese www.djpeak.cz ==