User manual

Pro odstranění tohoto efektu se jde při výkonovém řízení jinou cestou. Místo změny napětí se mění jen doba
spínání. Přesněji řečeno, mění se v rychlém sledu (periodicky) zapínání a vypínání napájecího napětí a čím
větší je podíl zapnutého napětí, tím větší je příkon a tím rychleji se točí motor. Energie se tedy přivádí ve
formě pulsů, čímž se mění poměr puls/pauza. Tento způsob se také správně nazývá pulsní šířková
modulace (PWM). Při periodickém pravoúhlém signálu s periodou t jsou pauzy v levé třetině relativně krátké
a spínací časy jsou odpovídajícím způsobem dlouhé. V pravé třetině je poměr obrácený a uprostřed je
poměr přibližně v rovnováze, tento střední stav odpovídá spínací době přibližně 50 % (symetrická střída 1:1).
Proměnlivý signál se může vytvořit také tím, že vycházíme z trojúhelníkového tvaru napětí a toto napětí se
porovnává s proměnnou úrovní stejnosměrného signálu. To se provede jednoduše tak, že se oba signály
přivedou na vstupy operačního zesilovače: jakmile se protne trojúhelník se stejnosměrnou úrovní, dojde
k překlopení výstupu operačního zesilovače, tzn. mezi plusem a zemí. Je-li přiveden trojúhelník na mínus-
vstup–In,nastaví se výstup při překročení stejnosměrné úrovně na zem (nulu) a pokud je hodnota menší než
stejnosměrná hodnota, nastaví se plus. Velikost stejnosměrného napětí určuje poměr pausa/puls na výstupu
operačního zesilovače a vytváří tak pulsní šířkovou modulaci.
Abyste vytvořili trojúhelníkové napětí, můžete použít např. základní zapojení operačního zesilovače. Ještě
jednodušší je však použít univerzální časový zdroj NE555 a zapojit ho jako astabilní multivibrátor.
Kondenzátor C1 je periodicky nabíjen a vybíjen, což se děje mezi 1/3 a 2/3 napájecí napětí +Uv. Obě tyto
prahové hodnoty 33% a 66% jsou v NE555 pevně nastaveny (přednapětí obou komparátorů). Přísně vzato,
nevytváří nabíjení a vybíjení přesný trojúhelník s lineárním stoupáním a poklesem, ale pro naše účely toto
přiblížení stačí. Nám stačí vytvořit jen rozsekané stejnosměrné napětí. Jako komparátor ke srovnání
trojúhelníkového a stejnosměrného napětí je použita polovina CA3240, druhý operační zesilovač z tohoto
integrovaného obvodu je použit pro proudové omezení. Obvod snímá zatěžovací proud z výkonového
tranzistoru s obvyklým vnějším zapojením: u IRC540 se jedná o zapojení zvané HEX. V principu je to
výkonový MOSFET jako náš běžný univerzální typ RFP15N05, má však navíc dva vývody Sense a Kelvin.
První z nich (Sense) slouží jako proudové čidlo (Sensor), které odpovídá skutečně protékajícímu proudu
drain/source. Provádí se to tak, že přesně definovaná část celkového proudu drainu je odváděna na zem.
U tohoto typu je poměr proudu source/senzor nastavena na 1430:1.
To znamená, že odpor ležící v zatěžovaném obvodu pro hlídání proudu nemusí být protékán plným
zatěžovacím proudem, nýbrž jen malou částí velikosti cca. 1 ‰.
Přednosti tohoto zapojení jsou patrné: při velkých proudech okolo 10 A se musí normálně použít extrémně
malý odpor (nejvýše několik mΩ), aby se udržel malý úbytek napětí. Vytvořit takto malý odpor je velice
problematické (takový odpor má normálně spoj vytvořený pájením). Vývod Kelvin nemá nic společného
s teplotou. Tento vývod je uvnitř přímo spojen s vývodem Source a přivádí jeho napětí přímo ven bez
průchodu parazitními odpory přívodů. Tyto odpory vznikají např. vnitřním propojením mezi čipem a vývody,
dále odporem samotného polovodiče, který se uplatní teprve tehdy, když protékají větší zátěžné proudy.
Venkovní propojení vývodů „Kelvin“ a „Source“ odstraní tyto nežádoucí odpory.
Ze schéma zapojení vychází najevo, že řídící díl s elektronikou pro PWM a proudové omezení s napěťovým
stabilizátorem 9 V (IC2) jsou odděleny od zatěžovacího obvodu. U generátoru trojúhelníku IC1 je vidět
poměrně složité zapojení předřadných odporů R1…R3/P1 spojených s D1/D2. Tyto dvě diody se starají
společně s R2 o to, aby nabíjení a vybíjení kondenzátoru C1 probíhalo ve stejném poměru a tím se zajistila
stejná délka trvání (symetrický trojúhelníkový signál). Potenciometr P1 slouží k nastavení základní
frekvence, která se dá přizpůsobit použitému typu motoru. Tímto způsobem se dosáhne optimálního řízení
výkonu. Potenciometr P2 dodává nastavitelné přednapětí, které ovlivňuje frekvenci trojúhelníkového signálu.
Tímto potenciometrem se dá nastavit napětí v rozsahu 2,5…7,5 V, tedy více než je amplituda
trojúhelníkového signálu (3…6 V). Na výstupu 1 operačního zesilovače vzniká popsaný PWM signál, který je
řízen komplementárním stupněm T1/T2. Tento stupeň spolu se Zenerovými diodami zajišťuje velmi strmý
řídící signál pro výkonový tranzistor T3.
Proudové čidlo, odpor R18, ležící v pomocném zatěžovacím obvodu, je protékáno částí (1/1430)
zatěžovacího proudu. Úbytek napětí, který na tomto čidle vznikne, je srovnáván operačním zesilovačem 2
s přednastaveným napětím potenciometru P3, které může ležet v rozsahu 0…0,5 V (D5 omezuje napětí na
R15 na cca. 0,6 V), takže výstup operačního zesilovače Op2 spíná podle velikosti zatěžovacího proudu
(0…10 A) na plus. Následkem toho vedou tranzistory T4 a T5, takže se nastavené stejnosměrné napětí z P2
zvýší (posune v kladné polaritě). To vede na výstupu operačního zesilovače Op1 ke zvětšování střídy, tím
k invertování funkce budícího stupně T1/T2 a na výkonovém spínači T3 se to projeví jako zmenšení doby
zapnutí.
Při dosažení maximálního proudu v zatěžovacím obvodu zapůsobí proudové omezení, díky RC článku
R17/C88 se to však provede velmi pozvolně. Toto bezpečnostní opatření tak ihned redukuje dodávání
výkonu spotřebiči.
4