Uno degli approcci utilizzati, che può ridurre significativamente le perdite di riscaldamento dei componenti di potenza dei circuiti radio, è l'uso di modalità operative di commutazione degli impianti. Con tali sistemi, il componente di alimentazione elettrica è aperto - in questo momento c'è effettivamente una caduta di tensione zero su di esso, o aperto - in questo momento viene applicata corrente zero. La potenza dissipata può essere calcolata moltiplicando i valori di corrente e di tensione. In questa modalità, risulta raggiungere un'efficienza di circa il 75-80% o più.

Cos'è il PWM?

Per ottenere in uscita un segnale della forma richiesta, l'interruttore di alimentazione deve essere aperto solo per un certo tempo, proporzionale agli indicatori della tensione di uscita calcolata. Questo è il principio della modulazione di larghezza di impulso (PWM, PWM). Inoltre, un segnale di questa forma, costituito da impulsi di larghezza diversa, entra nell'area del filtro sulla base di un'induttanza e di un condensatore. Dopo la conversione, l'uscita sarà un segnale quasi perfetto della forma richiesta.

L'ambito di PWM non si limita ai regolatori a commutazione e ai convertitori di tensione. L'uso di questo principio nella progettazione di un potente amplificatore di frequenza audio consente di ridurre notevolmente il consumo energetico del dispositivo, porta alla miniaturizzazione del circuito e ottimizza il sistema di trasferimento del calore. Gli svantaggi includono la qualità mediocre del segnale di uscita.

Formazione di segnali PWM

La creazione di segnali PWM della forma desiderata è piuttosto difficile. Tuttavia, l'industria oggi può accontentare meravigliosi microcircuiti speciali noti come controller PWM. Sono economici e risolvono completamente il problema della generazione di un segnale a larghezza di impulso. Acquisire familiarità con il dispositivo di tali controller e il loro utilizzo aiuterà a familiarizzare con il loro design tipico.

Il circuito del controller PWM standard presuppone le seguenti uscite:

• Uscita comune (GND). È implementato sotto forma di una gamba, che è collegata al filo comune del circuito di alimentazione del dispositivo.
• Potenza in uscita (VC). Responsabile dell'alimentazione del circuito. È importante non confonderlo con un vicino con un nome simile: il pin VCC.
• Pin di controllo dell'alimentazione (VCC). Di norma, il chip del controller PWM assume la guida dei transistor di potenza (bipolari o di campo). Se la tensione di uscita diminuisce, i transistor si apriranno solo parzialmente e non del tutto. Riscaldandosi rapidamente, presto falliranno, incapaci di far fronte al carico. Per escludere questa possibilità, è necessario monitorare la tensione di alimentazione all'ingresso del microcircuito e non superare il segno calcolato. Se la tensione su questo pin scende al di sotto della tensione impostata specificatamente per questo controller, il dispositivo di controllo viene spento. Di norma, questo pin è collegato direttamente al pin VC.

Tensione di controllo in uscita (OUT)

Il numero di pin del microcircuito è determinato dal suo design e dal principio di funzionamento. Non sempre è possibile capire subito termini complessi, ma proviamo a metterne in evidenza l'essenza. Sono presenti dei microcircuiti su 2 uscite che controllano le cascate push-pull (a due bracci) (esempi: ponte, semiponte, inverter a 2 tempi). Esistono anche analoghi dei controller PWM per il controllo di cascate a ciclo singolo (a braccio singolo) (esempi: avanti / indietro, boost / step-down, inversione).

Inoltre, lo stadio di uscita può avere una struttura a ciclo singolo ea due cicli. Il push-pull viene utilizzato principalmente per controllare un FET dipendente dalla tensione. Per una rapida chiusura è necessario ottenere una rapida scarica delle capacità gate-source e gate-drain. Per questo viene utilizzato lo stadio di uscita del controller push-pull, il cui compito è garantire che l'uscita sia chiusa a un cavo comune se è necessario chiudere il transistor ad effetto di campo.

I controller PWM per alimentatori ad alta potenza possono anche avere controlli della chiave di uscita (driver). Si consiglia di utilizzare transistor IGBT come chiavi di uscita.

I principali problemi dei convertitori PWM

Durante il funzionamento di qualsiasi dispositivo, è impossibile eliminare completamente la possibilità di un guasto e questo vale anche per i convertitori. La complessità del design non ha importanza, anche il noto controller PWM TL494 può causare problemi durante il funzionamento. I guasti sono di natura diversa: alcuni possono essere rilevati a occhio, mentre altri richiedono apparecchiature di misurazione speciali per essere rilevati.

Per scoprire come controllare il controller PWM, dovresti familiarizzare con l'elenco dei principali malfunzionamenti dei dispositivi e, solo in seguito, con le opzioni per eliminarli.

Risoluzione dei problemi

Uno dei problemi più comuni è la rottura dei transistor chiave. I risultati possono essere visti non solo quando si tenta di avviare il dispositivo, ma anche esaminandolo con un multimetro.

Inoltre, ci sono altri malfunzionamenti che sono un po' più difficili da rilevare. Prima di controllare direttamente il controller PWM, puoi considerare i casi più comuni di guasti. Per esempio:

• Il controller si blocca dopo l'avvio: interruzione del loop del sistema operativo, caduta di corrente, problemi con il condensatore all'uscita del filtro (se presente), il driver; forse il controllo del controller PWM è andato storto. È necessario ispezionare il dispositivo per trucioli e deformazioni, misurare gli indicatori di carico e confrontarli con quelli tipici.
• Il controller PWM non si avvia - manca una delle tensioni di ingresso o il dispositivo è difettoso. L'ispezione e la misurazione della tensione di uscita possono aiutare, in casi estremi, la sostituzione con un analogo funzionante noto.
• La tensione di uscita è diversa da quella nominale - problemi con il loop OOS o con il controller.
• Dopo l'avvio, il PWM sull'alimentatore va in protezione se non c'è un cortocircuito sui tasti: il PWM o i driver non funzionano correttamente.
• Funzionamento instabile della scheda, presenza di suoni strani - rottura del circuito OOS o della catena RC, degrado della capacità del filtro.

Finalmente

I controller PWM universali e multifunzionali ora possono essere trovati quasi ovunque. Servono non solo come parte integrante dell'alimentazione della maggior parte dei dispositivi moderni: computer tipici e altri dispositivi di uso quotidiano. Sulla base dei controllori si stanno sviluppando nuove tecnologie in grado di ridurre significativamente il consumo di risorse in molti settori dell'attività umana. I proprietari di case private avranno bisogno di regolatori di carica per batterie da batterie fotovoltaiche, basati sul principio della modulazione dell'ampiezza dell'impulso della corrente di carica.

L'elevata efficienza rende molto promettente lo sviluppo di nuovi dispositivi basati sul principio PWM. Le fonti di alimentazione secondarie non sono affatto l'unico settore di attività.