Китайские цифровые модули ШИМ контроллеров (PWM) стали заметно доступнее по цене, но правильный выбор модуля, который будет делать именно то что нужно, остаётся актуальным. Вот несколько тестов и советов, которые помогут в процессе подбора подобного устройства избежать ошибок.
Для примера возьмём самый популярный, недорогой и компактный 2-канальный модуль PWM, описанный на Али как «XY-PWM 2-канальный регулируемый генератор импульсов ШИМ с цифровым светодиодным дисплеем».
Это крохотный 2-канальный модуль генератора ШИМ с переменной частотой от 1 Гц до 150 кГц и рабочим циклом от 0% до 100%. Частотой ШИМ и рабочим циклом каждого канала можно управлять независимо с помощью кнопочных переключателей, имеющихся на плате. Модуль может питаться от внешнего источника постоянного тока 5-30 В, но также оснащён и micro-USB 5 В. Он дополнительно предоставляет возможность настраивать определенные параметры импульса извне, через стандартный последовательный COM интерфейс.
Давайте ознакомимся с его основными характеристиками:
- Два независимых ШИМ с переменной частотой и рабочим циклом.
- Параметры настраиваются через последовательный протокол
- Рабочее напряжение: 5 – 30 В постоянного тока.
- Поддерживает micro-USB 5V
- Диапазон частот: 1 Гц ~ 150 кГц
- Точность частоты: около 2%.
- Нагрузочная способность сигнала: выходной ток 8-30 мА
- Выходная амплитуда: 5 В pp по умолчанию
- Рабочий цикл: 0% ~ 100%
Управление модуля имеет три кнопки – SET, UP, DOWN. Быстрое нажатие кнопки SET переключает все четыре параметра (FA1: частота PWM1, DU1: рабочий цикл PWM1, FA2: частота PWM2, DU2: рабочий цикл PWM2), а долгое нажатие позволяет изменять частотный диапазон. Кнопки UP и DOWN можно использовать для изменения текущих параметров.
Обратите внимание, что выбор частоты ШИМ делится на три диапазона:
- XXX (без десятичной точки): наименьшая единица измерения – 1 Гц. Диапазон от 1 Гц до 999 Гц.
- X (одна десятичная точка): Минимальная единица измерения – 0,1 кГц. Диапазон от 0,1 кГц до 99,9 кГц.
- XX (три десятичных знака): наименьшая единица – 1 кГц. Диапазон от 1 кГц до 150 кГц.
Последовательные параметры (скорость 9600 бод):
- Биты данных: 8
- Стоповый бит: 1
- Бит четности: Нет
- Управление потоком: Нет
Формат команды для установки частоты PWM – «S1FXXXT», что означает «Установите частоту PWM1 на XXX Гц (от 001 Гц до 999 Гц). И «S1DXXXT» применимо для установки рабочего цикла (Установите рабочий цикл PWM1 на XXX (001 ~ 100).
- S1: PWM1
- S2: PWM2
- F: частота
- D: Рабочий цикл
- T: знак конца
Конечно можно построить простой генератор ШИМ с помощью таймера 555, но все же для этого потребуется частотомер или осциллограф, чтобы настроить их правильно, а здесь уже всё готово.
Компоненты, расположенные рядом со входом модуля, – это один диод Шоттки SS34 (защита от обратного входного питания) и один стабилизатор напряжения HT7150-1 LDO (5 В / 30 мА). Это позволяет безопасно подавать источник постоянного тока в диапазоне 5-30 В через точки DC IN (VIN + и VIN-). Также можно включить модуль через разъем micro-USB, предпочтительно от источника питания USB или внешнего аккумулятора мобильного телефона. В любом случае, вход питания USB должен быть стандартным, с чистыми 5 В, поскольку на плате нет ничего что могло бы стабилизировать это напряжение. Трехзначный индикатор представляет собой красный светодиодный дисплей с общим катодом (3631AS).
Далее следует пара транзисторов MMBT3904L, вставленных на выводах импульсного выхода микроконтроллера. Тут есть два независимых выходных канала ШИМ, но они используют одну и ту же общую / заземляющую (0 В) линию.
Принципиальная схема ШИМ генератора XY-PWM
Теперь становится ясно, что каждый транзистор работает как «буфер», который инвертирует фактический сигнал импульсного выхода микроконтроллера. С резистором нагрузки коллектора 620 Ом можно ожидать выходного сигнала с широтно-импульсной модуляцией уровня 5 В, который может управлять внешней нагрузкой с 8 мА максимального тока на канал.
Для теста использовался USB-блок питания. Сначала установили оба канала ШИМ на 25 кГц (50%) и наблюдали за выходным сигналом на осциллографе.
Канал осциллографа 1 (желтый) на PWM1, а канал осциллографа 2 (синий) – на базу Q1 (то есть первый вывод импульсного выхода микроконтроллера).
Возвращаясь к двухканальным сигналам ШИМ заметим, что такое дело будет полезно во многих случаях, таких как управление шаговыми двигателями, управление бесколлекторными двигателями постоянного тока, преобразование постоянного напряжения. Поскольку модуль XY-PWM можно использовать для генерации двух сигналов ШИМ с одинаковой (но переменной) частотой и рабочим циклом, результирующие прямоугольные волны с двухфазным смещением могут сыграть важную роль в чередующихся / фазосдвинутых сигналов.
Согласно описанию, двухканальный ШИМ-модуль даже совместим с серией промышленных двухфазных гибридных шаговых сервоприводов RMCS-111x.
Кстати, разъем встроенного 4-контактного интерфейса напоминает знакомый интерфейс программатора SWIM для микроконтроллеров STM. Чаще всего STM8S003K составляет основу такого двухканального модуля ШИМ.
Другое испытание проводилось с небольшим вентилятором BLDC на 12 В / 100 мА, просто подключили его к каналу PWM1 (25 кГц) двойного модуля PWM (с питанием от БП) через один модуль МОП IRF530 (не логика), как показано на схеме подключения. Использовали обычный метод «фиксированной частоты и переменного рабочего цикла» для управления скоростью вентилятора, и установка показала отличную производительность.
Вот выходной сигнал ШИМ 20 кГц (50%) (x2), обработанный двухканальным модулем ШИМ и снятый USB-осциллографом.
Выходное напряжение ШИМ модуля находится на уровне 5 В, потому что транзисторы драйвера питаются от встроенного стабилизатора напряжения 5 В / 30 мА LDO. И простое вырезание одной дорожки сделает ее готовой к выходам ШИМ более высокого уровня.
После этого можно подать более высокое напряжение между контактными площадками V + и GND. Если это вход 12 В, то получим выходы ШИМ с уровнем 12 В, но убедитесь что есть 100% изоляция между V + и дорожкой 5 В, иначе схема может сгореть. В общем подобный блок прекрасная основа более сложных приборов и электрических исполнительных механизмов.
