Wie verwende ich Pin5, um das Tastverhältnis eines 555-basierten PWM zu steuern?

Ich habe eine einfache PWM mit einem 555-IC gebaut, um einen Motor für einen optischen Chopper anzutreiben, und ich möchte den Ausgang des Chopper-Signals als Geschwindigkeitskorrektur-Rückmeldung für die PWM verwenden können. Ich denke, ich sollte dies mit Pin 5 auf dem 555-Chip tun können, aber ich habe keine wirkliche Ahnung, wie es geht. Die aktuelle Idee besteht darin, das Signal vom Chopper über einen F / V-Wandler in eine Art Komparator zu leiten und diesen Ausgang dann zu verwenden, um das Tastverhältnis der PWM zu erhöhen / zu verringern und die Drehzahl des Motors nach oben oder unten einzustellen. Ich glaube, ich bin auf dem richtigen Weg, ich habe einfach keine wirkliche Ahnung, wie ich das machen soll, weil ich ein Astronom bin, der sich mit Elektronik beschäftigt, aber keine wirkliche Ausbildung im Schaltungsdesign hat. Bitte helfen Sie, wenn Sie können.

Die von tcrosley vorgeschlagene Lösung ist ein alter Favorit, verwendet sehr kostengünstige Teile und enthält den 555.

Wenn Sie einen anderen Chiptyp ausprobieren möchten, ist der LTC6992 buchstäblich für diese Art von Anwendung konzipiert. Es befindet sich in einem relativ kleinen 6-poligen SMT-Gehäuse, sodass Sie einen Breakout oder eine Evaluierungsplatine benötigen, um damit zu arbeiten, es sei denn, Sie stellen eine Leiterplatte her.

Es akzeptiert ein 0-1V-Steuersignal und Sie können die Frequenz und den Frequenzbereich mit (höchstens) drei Widerständen an den SET- und DIV-Pins von weniger als 4 Hz bis 1 MHz programmieren.

Ich habe hier die folgende Schaltung gefunden , die besagt: "Das Tastverhältnis wird auf 0-100% eingestellt, während die Grundfrequenz stabil gehalten wird."

Sie können die variable Spannung von Ihrer Rückkopplungsschleife anstelle des Potis verwenden, um den + Eingang des Komparators zu speisen.

Astable 555 Timer

Das folgende Bild zeigt die Verkabelung eines 555 im Astable-Modus gemäß Wikipedia:

Die Spannung von Pin 6 "springt" zwischen $0.5V_\text{ctrl}$ und $V_\text{ctrl}$. Wenn die Spannung von Pin 6 auf dem Weg nach oben ist, wird Pin 3 hoch gehalten, und wenn die Spannung an Pin 6 abnimmt, wird Pin 3 niedrig gehalten. Das Tastverhältnis und die Periode der Impulse hängen von den von Ihnen gewählten Widerständen und Kapazitäten ab.

Bei dieser Anordnung wird die Spannung an Pin 5 gehalten $V_\text{ctrl} = 2/3 V_\text{cc}$Sie können dies jedoch überschreiben, wenn Sie Pin 5 auf einer anderen Spannung halten. Dadurch wird die Obergrenze (und Untergrenze) der Spannung an Pin 6 geändert. Um zu verstehen, wie sich dies auf das Timing auswirkt, müssen wir uns mit der Mathematik eines Ladekondensators befassen. Natürlich kann die Spannung eines Ladekondensators wie folgt modelliert werden:

$$V(t) = V_0(1-e^{\frac{-t}{\tau_c}})$$ In dieser Gleichung $V(t)$ ist die Spannung des Kondensators zum Zeitpunkt $t$, $V_0$ ist die Differenz zwischen der Anfangsspannung und der stationären Spannung für den Kondensator und $\tau_c$ist die Ladezeitkonstante. Für den erstaunlichen 555:$\tau_c = (R_1 + R_2) C$.

"Pünktlich

Nehmen wir an, der 555 ist bereits aufgewärmt und der Ausgang wechselt von niedrig nach hoch. Dies entspricht dem Moment, in dem der Kondensator eine Spannung hat (nennen wir das $V_C$) von $0.5 V_\text{ctrl}$. Nach diesem Moment wird der Kondensator aufgeladen. wann$V_C$ erreicht $V_\text{ctrl}$Der Ausgang wechselt von hoch nach niedrig und der Kondensator beginnt sich zu entladen (dazu später mehr). Nennen wir die Zeit, die der Kondensator zum Laden benötigt$t_\text{on}$. Nehmen Sie den Moment, in dem der Kondensator zu laden beginnt$t=0$ Wir können die Ladungsgleichung für den Kondensator wie folgt angeben:

$$V(t) = (V_\text{cc} - 0.5 V_\text{ctrl})(1-e^\frac{-t}{\tau_c}) + 0.5V_\text{ctrl}$$ Basierend auf der oben genannten Definition: $V(t_\text{on}) = V_\text{ctrl}$. Wenn wir diese zusammen nehmen, können wir sie lösen$t_\text{on}$ (Dies ist eine Übung für den Leser). $$t_\text{on} = \tau_c \ln\left(\frac{V_\text{cc} - 0.5V_\text{ctrl}}{V_\text{cc} - V_\text{ctrl}} \right)$$

Im Standard astable 555, $V_\text{ctrl} = \frac{2}{3}V_\text{cc}$Damit können wir die obige Gleichung vereinfachen $t_\text{on} = \tau_c \ln(2)$. Dies sollte dem Leser bekannt sein. Wenn wir uns jedoch anpassen$V_\text{ctrl}$ wir werden sehen, dass der Wert für $t_\text{on}$ variiert dramatisch wie unten gezeigt (mit asymptotischem Verhalten als $V_\text{ctrl} \rightarrow V_\text{cc}$).

"Freizeit

Jetzt werden wir zeigen, dass die "Aus" -Zeit nicht abhängig ist $V_\text{ctrl}$. Wir wissen, dass ein Entladekondensator mit der folgenden Beziehung modelliert werden kann:

$$V(t) = V_0 e^\frac{-t}{\tau_d}$$ Wo $V_0$ ist die Anfangsspannung (in diesem Fall $V_0 = V_\text{ctrl}$), $V(t)$ ist die Spannung zum Zeitpunkt $t$, und $\tau_d$ ist die Entladungszeitkonstante ($\tau_d = R_2C$).

Sagen wir das mal $t_\text{off}$ ist die Zeitdauer, die der Kondensator benötigt, um sich zu entladen $V_\text{ctrl}$ zu $0.5V_\text{ctrl}$. Wenn wir diese Informationen in die Entladungsgleichung einfügen, erhalten wir:

$$0.5V_\text{ctrl} = V_\text{ctrl}e^\frac{-t_\text{off}}{\tau_d}$$ Auflösen nach $t_\text{off}$ gibt eine vertraute Beziehung für den 555-Timer im Astable-Modus. $$t_\text{off} = \tau_d \ln(2)$$

Fazit

Wie wir gesehen haben, ändert das Anlegen einer Spannung an Pin 5 das Tastverhältnis und die Periode, indem die Zeitdauer geändert wird, in der der Ausgang hoch ist, während die Zeitdauer, in der der Ausgang niedrig ist, konstant ist. Die Variation von$V_\text{ctrl}$ und $t_\text{on}$ ist grundsätzlich linear wenn $V_\text{ctrl} < \frac{2}{3}V_\text{cc}$Berücksichtigen Sie dies beim Einrichten Ihres Feedbacks.

In Bezug auf Ihre Anwendung bin ich mir nicht sicher, welches Signal Sie an Pin 5 zurückmelden wollten. Wenn Sie diesbezüglich Ratschläge wünschen, müssen Sie einen Schaltplan Ihrer Schaltung veröffentlichen!