Широтно Импульсная Модуляция (ШИМ, PWM)
Все микропроцессоры работают с цифровыми сигналами, т.е. с логическим нулем (0 В), или логической единицей (5 В или 3.3 В). Поэтому микропроцессор не может сформировать на выходе промежуточное напряжение. Использование для этих целей внешних ЦАП (www.drive2.ru/b/2558751/) — сложно и задействует сразу много ножек микропроцессора, что неудобно. В этих случаях применяют Широтно-импульсную модуляцию (ШИМ, англ. pulse-width modulation (PWM)) — процесс управления мощностью, подводимой к нагрузке, путём изменения скважности импульсов, при постоянной частоте. Широтно-импульсная модуляция представляет собой периодический импульсный сигнал.
Существуют цифровые и аналоговые ШИМ. Принцип их работы остается одинаковым вне зависимости от исполнения и заключается в сравнении двух видов сигналов:
Uоп – опорное (пилообразное, треугольное) напряжение;
Uупр – входное постоянное напряжение.
Cигналы поступают на компаратор, где они сравниваются, а при их пересечении возникает / исчезает (или становится отрицательным) сигнал на выходе ШИМ.
Выходное напряжение Uвых ШИМ имеет вид импульсов, изменяя их длительность, мы регулируем среднее значение напряжения (Ud) на выходе ШИМ:
Однополярная модуляция означает, что происходит формирование импульсов только положительной величины и имеет место нулевое значение напряжения
Если сформированный таким образом сигнал подать на объект, обладающий фильтрующими свойствами, например, на двигатель постоянного тока или лампу накаливания, то объект будет использовать среднюю мощность сигнала.
Т.е. мощность, потребляемая объектом управления, пропорциональна скважности сигнала ШИМ, при условии, что период импульсов ШИМ на порядок меньше минимальной постоянной времени объекта.
ШИМ может быть встроенным выходом микропроцессора, может быть организована отдельно на выходе микропроцессора с обычным цифровым выходом.
Преимущество использования ШИМ — это легкость изменения величины напряжения при минимальных потерях.
Период тактирования T определяет через какие промежутки времени подаются импульсы.
Длительность импульса — величина показівающая время в течении которого подается сигнал t, с;
Скважность — Соотношение длины импульса (τ) к периоду тактирования (T); пропорционально модулирующей величине. Коэффициент заполнения обычно отображают в процентах (%).
Коэффициент заполнения D – величина обратная скважности.
Несмотря на то, что скважность и коэффициент заполнения могут использоваться в одинаковом контексте, физический смысл их отличается.
Эти величины безразмерны.
PS ШИМ может быть реализован не только при помощи микроконтроллеров, но и на аналоговой базе. Например, простейший ШИМ на основе мультивибратора из двух транзисторов:
cnc-club.ru
Статьи, обзоры, цены на станки и комплектующие.
Подключение диодного лазера большой мощности
Подключение диодного лазера большой мощности
Сообщение ingenegr » 14 янв 2019, 21:47
Возможно, уже даже не в сотый раз но. просьба посодействовать советом в подключении диодного лазера 5,5 Вт к плате управления.
Продавец после подтверждения получения ушел в несознанку и лепечет про «хороший лазер» и «плату управления вы покупали не у нас, впервые видим, купите у нас».
3. Что получилось: драйвер 5,5 Вт лазера, как заявлено и как отмаркировано (SW), имеет поддержку PWM. По умолчанию имеет провод для прямого подключения к блоку питания, соответственно, работает в режиме указки, это неприемлемо. На плате управления ЧПУ имеется промаркированная распайка (но без клемм) под +-Laser и некий средний выход, который напрямую звонится с «-» питания. Рядом выход 7,5-12В, на котором наблюдается напряжение питания (12В). Как проверить, является ли выход на тройной клемме PWM? Как правильно подключить его к драйверу лазера? Схема управления и драйвер запитываются от разных источников питания (12В, 3А и 12В, 8,5 А).
Многоупоминаемого джампера под ардуиной не обнаружено:
4. Есть ли возможность задействовать кнопку включения режима маркера с платы управления для лазера 5,5 Вт (удобно в этом режиме настраивать фокус и перемещать лазер в нужное место, ну и наглядно обводить поле гравировки).
5. Расписываюсь своими нейронами, что в случае успешного запуска составлю пошаговое руководство как я докатился до победы, чтобы последующие чайники не тревожили почтенных мастеров.
Я смог подключиться к своей плате по схеме 2пин-3пин (смотри ниже, вторая сверху), и оно работало не в режиме ШИМ, конечно, но адекватно. Но потом свою плату управления я прошил GRBL v1.1 и все заверте.
В настоящее время пытаюсь вернуть плату в исходное состояние.
Ну и как обещал, в результате общения с продавцом, вышел на производителя, который выслал мне фото подключения лазеров к платам управления:
Анатомия широты. 2 часть
ЧАСТЬ ВТОРАЯ: Нитка с иголкой в ткани энергии.
Что такое ПС и как её получить? Давайте изучим!
Как было сказано в прошлой части, с помощью ключей, энергию можно нарезать порциями в виде прямоугольных импульсов, обладающих новыми качествами и характеристиками, которые можно, а самое главное, нужно понимать для эффективного применения их свойств, целью которых является получение постоянной составляющей (ПС) из ШИМ Сигнала.
Рассмотрим несимметричный периодический прямоугольный сигнал относительно горизонтальной оси:
Отношение ширины импульса tw к его периоду T называют коэффициентом заполнения D (от англ. Duty cycle), а величина, обратная ему называется скважностью S:
На практике для Сигнала одной и той же частоты удобнее пользоваться коэффициентом заполнения, который зачастую выражают в процентах умножая D на 100.
Т.к. Сигнал прямоугольный и несимметричный, то D напрямую влияет на его ПС, и поэтому находится в жесткой линейной зависимости от D и амплитуды (Am):
Как раз именно это важное полезное свойство применяется на практике и позволяет использовать ключевой режим работы РЭ при применении ШИМ для нашей главной! цели: получение ПС из прямоугольного Сигнала.
Изучим как работает ШИМ, для чего создадим схему “PWM Generator work”:
U1 представляет из себя программируемый генератор ШИМ Сигнала (название в библиотеке: PWM Generator), выходной сигнал которого, представляет из себя прямоугольные импульсы следующие с заданной частотой, при этом ширина импульсов линейно зависит от входного напряжения V1 (цепь Vin), которая и определяет значение D.
Настраиваемые параметры ШИМ генератора следующие:
Диапазон входного (программируемого) напряжения Vin должен находиться в диапазоне от MODLOW (соответствует 0%) до MODHIGH (соответствует 100%);
Частота выходных импульсов MODFREQ ;
Амплитуда импульсов на выходе Vout. Минимальное значение: PWMLOW, Максимальное значение: PWMHIGH.
Ширина импульсов tw автоматически рассчитывается внутри симулятора в соответствии с формулой:
Настроим U1 для удобства расчетов:
На вход U1 с V1 подается постоянное напряжение 0,25В (D=25%), что в соответствии с формулой, ширина импульсов должна быть 25 мс.
Теперь давайте посмотрим, что получилось на выходе. В данном случае нам необходимо посмотреть Cигнал во временной области, в Симуляторе это нам позволяет сделать следующий вид анализа: Transient (виртуальный осциллограф), который мы и настроим: отобразим сигнал Vout на временном промежутке от 0 до 200 мс, с шагом 100 мкс.
Запускаем расчет Transient (RUN), Смотрим график и убеждаемся в правильности формулы и работы модели электрической цепи:
У Fourier Analysis есть две настройки:
После настройки Fourier Analysis еще раз запускаем Transient и рядом с окном Transient появится окно Fourier Analysis:
Посмотрите, на нулевой частоте вертикальная красная линия равна 250 мВ, это и есть ПС, которую мы задали в самом начале, а правее от нее остальные составляющие спектра. Давайте посмотрим Сигнал и его спектр противоположного случая, при D=75% (V1=750 мВ), ширина импульса должна быть 75 мс и соответственно ПС должна быть равна 750 мВ:
Сравните внимательно спектры, ПС изменилась с 250 мВ на 750 мВ, а вот остальные спектральные составляющие не изменились в принципе.
Таким образом, для решения задачи преобразования энергии, как было сказано ранее, нас интересует только ПС, а значит надо отфильтровать ее от ВСЕХ ненулевых спектральных составляющих и это можно сделать только с помощью Фильтра Низких Частот (ФНЧ).
Как иголка в руках портнихи, так фильтр в преобразователе вышивает нить из полотна энергии.
ФНЧ можно реализовать двумя базовыми способами:
Создадим следующую схему фильтра “LPF work” в новом проекте:
Для наглядности и удобства дальнейших рассуждений с помощью пунктирных линий схема условно разделена на 3 части.
Так же необходимо учитывать, на первый взгляд не явную характеристику, а именно совокупную добротность Q ФНЧ и Нагрузки в целом, т.к. при высокой добротности в нагрузке могут появляться паразитные выбросы на f0.
В нашем случае добротность (Q) находится по следующей формуле:
Теория гласит, что в зависимости от добротности контура Q существует четыре режима его работы: колебательный, квазиколебательный, критический и апериодический:
колебательный, квазиколебательный режими наблюдаются при Q>0,5, в этих режимах наблюдаются резонансные явления;
критический режим при Q=0,5;
апериодический режим при Q
и посмотрим АЧХ схемы ФНЧ на графике даже не зная конкретных их значений. Для этого нам необходимо настроить и применить следующий тип расчета AC Sweep.
Зная, что f0=10 Гц, хорошо бы посмотреть АЧХ ФНЧ в точке Vload минимум в 10-ти кратном масштабе от этой частоты в обе стороны, т.е. от 1 Гц до 100 Гц, при этом рассчитывая по 100 точек на декаду частоты (т.е. диапазон когда частота изменится в 10 раз):
Запускаем расчет (RUN) AC Sweep и Смотрим график:
Заметьте, что в Output Expression функция Vload “обросла” новой функцией dB(Vload), которая логарифмирует представление нашего графика, нажимая еще раз на (RUN) AC Sweep смотрим:
На графике мысленно видна асимптота правой наклонной его части, а что же находится левее, надо и там все видеть. Для этого достаточно немного перенастроить частоту старта AC Sweep с 1 Гц на 0,01 Гц (т.е. 10 миллиГц):
Зная исходные данные можно проверить себя на правильность наблюдаемых данных. Для этого на графике мысленно построим две пересекающиеся асимптоты (на рисунке ниже: две зеленые линии вдоль прямых участков графика), при этом точка пересечения будет на частоте 5 Гц, это и есть частота среза фильтра
ftr = f0 / 2 = 10 / 2 = 5 Гц, что соответствует исходным данным задачи, а значит наши рассуждения и предварительные расчеты верны.
А что будет, если повысить добротность Q? Для этого достаточно в Text Frame отредактировать строчку +Q = 0.5, изменим Q в 10 раз: +Q = 5 и смело запускаем расчет:
Сравним график с предыдущим:
Цель ФНЧ это подавить все гармоники начиная с основной (f=10 Гц), при Q=0,5 основная гармоника была ослаблена примерно на 14 Дб, тогда как при Q=5 ослабление уменьшилось до 10Дб, т.е. характеристики ФНЧ ухудшились.
На частоте среза ftr = 5Гц появился крайне нежелательный ярко выраженный резонанс, т.к. он может внести в схему неожиданную Обратную Связь (ОС), которая может в корне изменить режимы работы всей схемы в целом.
Мы увидели как влияет Добротность системы ФНЧ+Нагрузка в критическом и колебательных режимах на характеристики ФНЧ, на основе чего сформулируем главный вывод применения ФНЧ в нашем случае: При проектировании ФНЧ для выделения ПС из Сигнала ШИМ необходимо, чтобы частота среза ФНЧ, была ниже основной гармоники Сигнала и исключены псевдоколебательный и уж тем более колебательный режимы работы ФНЧ.
Анатомия широты. 2 часть
ЧАСТЬ ВТОРАЯ: Нитка с иголкой в ткани энергии.
Что такое ПС и как её получить? Давайте изучим!
Как было сказано в прошлой части, с помощью ключей, энергию можно нарезать порциями в виде прямоугольных импульсов, обладающих новыми качествами и характеристиками, которые можно, а самое главное, нужно понимать для эффективного применения их свойств, целью которых является получение постоянной составляющей (ПС) из ШИМ Сигнала.
Рассмотрим несимметричный периодический прямоугольный сигнал относительно горизонтальной оси:
Отношение ширины импульса tw к его периоду T называют коэффициентом заполнения D (от англ. Duty cycle), а величина, обратная ему называется скважностью S:
На практике для Сигнала одной и той же частоты удобнее пользоваться коэффициентом заполнения, который зачастую выражают в процентах умножая D на 100.
Т.к. Сигнал прямоугольный и несимметричный, то D напрямую влияет на его ПС, и поэтому находится в жесткой линейной зависимости от D и амплитуды (Am):
Как раз именно это важное полезное свойство применяется на практике и позволяет использовать ключевой режим работы РЭ при применении ШИМ для нашей главной! цели: получение ПС из прямоугольного Сигнала.
Изучим как работает ШИМ, для чего создадим схему “PWM Generator work”:
U1 представляет из себя программируемый генератор ШИМ Сигнала (название в библиотеке: PWM Generator), выходной сигнал которого, представляет из себя прямоугольные импульсы следующие с заданной частотой, при этом ширина импульсов линейно зависит от входного напряжения V1 (цепь Vin), которая и определяет значение D.
Настраиваемые параметры ШИМ генератора следующие:
Диапазон входного (программируемого) напряжения Vin должен находиться в диапазоне от MODLOW (соответствует 0%) до MODHIGH (соответствует 100%);
Частота выходных импульсов MODFREQ ;
Амплитуда импульсов на выходе Vout. Минимальное значение: PWMLOW, Максимальное значение: PWMHIGH.
Ширина импульсов tw автоматически рассчитывается внутри симулятора в соответствии с формулой:
Настроим U1 для удобства расчетов:
На вход U1 с V1 подается постоянное напряжение 0,25В (D=25%), что в соответствии с формулой, ширина импульсов должна быть 25 мс.
Теперь давайте посмотрим, что получилось на выходе. В данном случае нам необходимо посмотреть Cигнал во временной области, в Симуляторе это нам позволяет сделать следующий вид анализа: Transient (виртуальный осциллограф), который мы и настроим: отобразим сигнал Vout на временном промежутке от 0 до 200 мс, с шагом 100 мкс.
Запускаем расчет Transient (RUN), Смотрим график и убеждаемся в правильности формулы и работы модели электрической цепи:
У Fourier Analysis есть две настройки:
После настройки Fourier Analysis еще раз запускаем Transient и рядом с окном Transient появится окно Fourier Analysis:
Посмотрите, на нулевой частоте вертикальная красная линия равна 250 мВ, это и есть ПС, которую мы задали в самом начале, а правее от нее остальные составляющие спектра. Давайте посмотрим Сигнал и его спектр противоположного случая, при D=75% (V1=750 мВ), ширина импульса должна быть 75 мс и соответственно ПС должна быть равна 750 мВ:
Сравните внимательно спектры, ПС изменилась с 250 мВ на 750 мВ, а вот остальные спектральные составляющие не изменились в принципе.
Таким образом, для решения задачи преобразования энергии, как было сказано ранее, нас интересует только ПС, а значит надо отфильтровать ее от ВСЕХ ненулевых спектральных составляющих и это можно сделать только с помощью Фильтра Низких Частот (ФНЧ).
Как иголка в руках портнихи, так фильтр в преобразователе вышивает нить из полотна энергии.
ФНЧ можно реализовать двумя базовыми способами:
Создадим следующую схему фильтра “LPF work” в новом проекте:
Для наглядности и удобства дальнейших рассуждений с помощью пунктирных линий схема условно разделена на 3 части.
Так же необходимо учитывать, на первый взгляд не явную характеристику, а именно совокупную добротность Q ФНЧ и Нагрузки в целом, т.к. при высокой добротности в нагрузке могут появляться паразитные выбросы на f0.
В нашем случае добротность (Q) находится по следующей формуле:
Теория гласит, что в зависимости от добротности контура Q существует четыре режима его работы: колебательный, квазиколебательный, критический и апериодический:
колебательный, квазиколебательный режими наблюдаются при Q>0,5, в этих режимах наблюдаются резонансные явления;
критический режим при Q=0,5;
апериодический режим при Q
и посмотрим АЧХ схемы ФНЧ на графике даже не зная конкретных их значений. Для этого нам необходимо настроить и применить следующий тип расчета AC Sweep.
Зная, что f0=10 Гц, хорошо бы посмотреть АЧХ ФНЧ в точке Vload минимум в 10-ти кратном масштабе от этой частоты в обе стороны, т.е. от 1 Гц до 100 Гц, при этом рассчитывая по 100 точек на декаду частоты (т.е. диапазон когда частота изменится в 10 раз):
Запускаем расчет (RUN) AC Sweep и Смотрим график:
Заметьте, что в Output Expression функция Vload “обросла” новой функцией dB(Vload), которая логарифмирует представление нашего графика, нажимая еще раз на (RUN) AC Sweep смотрим:
На графике мысленно видна асимптота правой наклонной его части, а что же находится левее, надо и там все видеть. Для этого достаточно немного перенастроить частоту старта AC Sweep с 1 Гц на 0,01 Гц (т.е. 10 миллиГц):
Зная исходные данные можно проверить себя на правильность наблюдаемых данных. Для этого на графике мысленно построим две пересекающиеся асимптоты (на рисунке ниже: две зеленые линии вдоль прямых участков графика), при этом точка пересечения будет на частоте 5 Гц, это и есть частота среза фильтра
ftr = f0 / 2 = 10 / 2 = 5 Гц, что соответствует исходным данным задачи, а значит наши рассуждения и предварительные расчеты верны.
А что будет, если повысить добротность Q? Для этого достаточно в Text Frame отредактировать строчку +Q = 0.5, изменим Q в 10 раз: +Q = 5 и смело запускаем расчет:
Сравним график с предыдущим:
Цель ФНЧ это подавить все гармоники начиная с основной (f=10 Гц), при Q=0,5 основная гармоника была ослаблена примерно на 14 Дб, тогда как при Q=5 ослабление уменьшилось до 10Дб, т.е. характеристики ФНЧ ухудшились.
На частоте среза ftr = 5Гц появился крайне нежелательный ярко выраженный резонанс, т.к. он может внести в схему неожиданную Обратную Связь (ОС), которая может в корне изменить режимы работы всей схемы в целом.
Мы увидели как влияет Добротность системы ФНЧ+Нагрузка в критическом и колебательных режимах на характеристики ФНЧ, на основе чего сформулируем главный вывод применения ФНЧ в нашем случае: При проектировании ФНЧ для выделения ПС из Сигнала ШИМ необходимо, чтобы частота среза ФНЧ, была ниже основной гармоники Сигнала и исключены псевдоколебательный и уж тем более колебательный режимы работы ФНЧ.
cnc-club.ru
Статьи, обзоры, цены на станки и комплектующие.
Помогите пожалуйста подключить лазер с TTL к плате
Помогите пожалуйста подключить лазер с TTL к плате
Сообщение sambur77 » 24 окт 2017, 21:56
Re: Помогите пожалуйста подключить лазер с TTL к плате
Сообщение fat_robot » 24 окт 2017, 23:01
Re: Помогите пожалуйста подключить лазер с TTL к плате
Сообщение sambur77 » 24 окт 2017, 23:06
Re: Помогите пожалуйста подключить лазер с TTL к плате
Сообщение fat_robot » 24 окт 2017, 23:21
Re: Помогите пожалуйста подключить лазер с TTL к плате
Сообщение fat_robot » 24 окт 2017, 23:25
Re: Помогите пожалуйста подключить лазер с TTL к плате
Сообщение sambur77 » 24 окт 2017, 23:43
Re: Помогите пожалуйста подключить лазер с TTL к плате
Сообщение sambur77 » 24 окт 2017, 23:49
Re: Помогите пожалуйста подключить лазер с TTL к плате
Сообщение fat_robot » 25 окт 2017, 07:58
Re: Помогите пожалуйста подключить лазер с TTL к плате
Сообщение selenur » 25 окт 2017, 08:47
Re: Помогите пожалуйста подключить лазер с TTL к плате
Сообщение sambur77 » 25 окт 2017, 09:22
Re: Помогите пожалуйста подключить лазер с TTL к плате
Сообщение sambur77 » 25 окт 2017, 11:04
Re: Помогите пожалуйста подключить лазер с TTL к плате
Сообщение Rom327 » 25 окт 2017, 11:25
Re: Помогите пожалуйста подключить лазер с TTL к плате
Сообщение sambur77 » 25 окт 2017, 11:39
Re: Помогите пожалуйста подключить лазер с TTL к плате
Сообщение DOKTOR_666 » 12 ноя 2017, 14:56
чтобы не плодить похожие темы спрошу тут
Re: Помогите пожалуйста подключить лазер с TTL к плате
Сообщение Alex lamaka » 12 ноя 2017, 23:05
Re: Помогите пожалуйста подключить лазер с TTL к плате
Сообщение DOKTOR_666 » 13 ноя 2017, 08:16
Re: Помогите пожалуйста подключить лазер с TTL к плате
Сообщение Alex lamaka » 13 ноя 2017, 08:45
Re: Помогите пожалуйста подключить лазер с TTL к плате
Сообщение drey82 » 13 ноя 2017, 09:48
Re: Помогите пожалуйста подключить лазер с TTL к плате
Сообщение DOKTOR_666 » 13 ноя 2017, 10:29
Re: Помогите пожалуйста подключить лазер с TTL к плате
Сообщение Alex lamaka » 13 ноя 2017, 11:26