Схема и расчет широтно-импульсного генератора.

  Генератор предназначен для регулирования тока в нагрузке, поэтому расчету подлежат номиналы элементов, исходя из желательного диапазона регулирования. Примененная микросхема интегрального таймера управляет зарядом/разрядом конденсатора С так, что отношение длительности положительного импульса на выходе микросхемы к периоду повторения импульсов оказывается зависимым только от сопротивлений R1, R2, R3 и положения движка R3. При этом импульсу соответствует открытое состояние выходного ключа (нагрузка потребляет ток), а паузе между импульсами – отсутствие тока. Пренебрегая потерями в выходном ключе, имеем для процентной доли тока в нагрузке по сравнению с прямым подключением к источнику (АКБ):

I=100*(R1+Rr)/(R1+R2+R3).

Если пределы регулирования процентной доли тока в нагрузке I1 и I2 (I1>I2), то имеем систему уравнений:

I1=100*(R1+R3)/(R1+R2+R3)

I2=100*R1/(R1+R2+R3),

которая разрешается для R1 и R2 следующим образом:

R1=R3*I2/(I1-I2) (1)

R2=R1*(100/I2-1)-R3 (2)

Как видно из (1) практически при I1>>I2

R3/R1 ~ I1/I2 (3.1)

Чтобы оценить величину R2, следует поделить (2) на (1). Заменяя R3/R1 на I1/I2 и пренебрегая 1 по сравнению с I1/I2, имеем:

R2 ~ R1*(100-I1)/I2 или для I1=99% получаем R2~R1/I2 (3.2)

Как видно из (3.1) и (3.2)

R3/R2 ~ I1 (3.3)

В (3.2) и (3.3) I1 и I2 имеют смысл безразмерных величин: если I1=99%, то по (3.3)

R3 ~ 100*R2, а не R3 = 99% R2.

Назначение оценочных формул (3.1), (3.2), (3.3) в том, чтобы облегчить комплектование генератора деталями имеющихся номиналов при заданных I1 и I2.

Величина С емкости конденсатора с достаточной точностью определяется по желаемому периоду Т повторения импульсов управления следующим выражением:

C=1.5*T/(R1+R2+R3) (4)

Если T задан в миллисекундах, а R – в килоомах, результат будет в микрофарадах.

Пример расчета генератора:

Дано: требуется изменять ток в нагрузке от I1=99% до I2=1%.

Задать R3 и найти: R1, R2, C

1. Выбираем из стандартного ряда R3=470КОм, ожидая получить на основании (3.1) R1 ~ 5КОм, а на основании (3.3) R2 ~ 5Ком

2. Из (1) имеем R1=470/98=4.8КОм (5)

3. Из (2) и (5) имеем R2=4.8*99-470=5.2КОм

4. Выбираем из стандартного ряда R1=4.7Ком и R2=5.1КОм (6)

5. Выбираем желаемый период повторения импульсов, например, T=7мс (7)

6. Подставляем R3, а также (6) и (7) в (4): С=10.5/479.8=0.02188мкф=21.88нф

7. Выбираем из стандартного ряда С=22нф

Собранный на основании приведенного расчета генератор имел следующие параметры: Т=6.5мс, I1=98.9%, I2=1.0% (I1 и I2 определялись как процентное отношение длительности наблюдаемых положительных импульсов в точке А к периоду их повторения).

Испытание генератора с воздушным клапаном х.х. 0 280 140 165 (VW Passat, двиг. PF 1.8 л) обнаружило, что указанный клапан полностью закрывается, когда ток падает до 23% от максимальной величины. Таким образом, для такого индивидуального применения в целях получения максимальной плавности регулирования следует пересчитать номиналы элементов генератора, приняв I2=20%. Если задать R3=470Ком, а Т=7мс, то, выбирая из стандартного ряда, получим на основании (1), (2), (4): R1=120Ком, R2=6.2Ком, С=15нф.

На практике можно не заменять конденсатор, поскольку среднее значение тока в нагрузке не зависит от емкости С, следует обращать внимание лишь на сохранение порядка Т (величины периода повторения импульсов управления).

Заметим, что диод на входе питания служит для защиты от неправильной полярности подключения АКБ, диод в выходном ключе играет защитную роль при подключении индуктивной нагрузки (закорачивает экстратоки), а лампа накаливания небольшой мощности применена для визуального контроля изменения выходного тока. Устанавливать выходной транзистор на радиатор не обязательно.

Использованы материалы «Radio, Fernsehen, Elektronik» 11’ 1988 в переводе, опубликованном в «Радио» 11’ 1990.