Что такое ШИМ-контроллер, как он устроен и работает, аналоги ШИМ- контроллера

Определение и основные преимущества 
 

ШИМ-контроллер – это устройство, управляющие силовыми ключами, на основании информации полученной по цепям обратной связи по току или напряжению.

Аббревиатура «ШИМ» расшифровывается, как широтно-импульсная модуляция – это один из методов модуляции сигнала не за счёт величины выходного напряжения, а именно за счёт изменения ширины импульсов. В результате формируется моделируемый сигнал за счёт интегрирования импульсов с помощью C- или LC-цепей, другими словами – за счёт сглаживания.
 

Вывод: ШИМ-контроллер – устройство, которое управляет ШИМ-сигналом.
 

Общая структура 
 

Рассмотрим подробнее общую структуру ШИМ-контроллер. Внутри ШИМ-контроллера, как и в любой другой ИМС находится полупроводниковый кристалл, на котором расположена сложная схема. 

 

В состав ШИМ-контроллера входят следующие функциональные узлы:

 

Количество силовых ключей, которыми может управлять ШИМ-контроллер, зависит от его предназначения. Простейшие обратноходовые преобразователи в своей схеме содержат 1 силовой ключ, полумостовые схемы (push-pull) - 2 ключа, мостовые - 4.

Определенные нюансы присутствуют в случае управления ключами с изолированным затвором (MOSFET, IGBT). Для быстрого отключения необходимо разрядить емкость затвора. Следовательно, выходную цепь затвора выполняют из двух ключей - один из них соединен с источником питания с выводом ИМС и управляет затвором (включает транзистор), а второй установлен между выходом и землей, когда нужно отключить силовой транзистор - первый ключ закрывается, второй открывается, замыкая затвор на землю и разряжает его.
 

Типовые названия выводов и их назначение:
 

• GND – общий вывод соединяется с минусом схемы
• Uc (Vc) – питание микросхемы.
• Ucc (Vss, Vcc) – Вывод для контроля питания. Если питание проседает, то возникает вероятность того, что силовые ключи не будут полностью открываться, а из-за этого начнут греться и сгорят. Вывод нужен, чтобы отключить контроллер в подобной ситуации.
• OUT – как видно из названия — это выход контроллера. Здесь выводятся управляющий ШИМ-сигнал для силовых ключей. При этом выход может быть однотактный и двухтактный (с одним ключом и двумя) - для управления полевыми. 
• Vref – опорное напряжения, обычно соединяется с землей через небольшой конденсатор (единицы микрофарад).
• ILIM – сигнал с датчика тока. Нужен для ограничения выходного тока. Соединяется с цепями обратной связи.
• ILIMREF – на неё устанавливается напряжение срабатывания ножки ILIM
• SS – формируется сигнал для мягкого старта контроллера. Предназначен для плавного выхода на номинальный режим. Между ней и общим проводом для обеспечения плавного пуска устанавливают конденсатор.
• RtCt – выводы для подключения времязадающей RC-цепи, которая определяет частоту ШИМ-сигнала.
• CLOCK – тактовые импульсы для синхронизации нескольких ШИМ-контроллеров между собой. Тогда RC-цепь подключается только к ведущему контроллеру, а RT ведомых с Vref, CT ведомых соединяются с общим.
• RAMP – это ввод сравнения. На него подают пилообразное напряжение, например с вывода Ct, когда оно превышает значение напряжение на выходе усиления ошибки, то на OUT появляется отключающий импульс - основа для ШИМ-регулирования.
• INV и NONINV – это инвертирующие и неинвертирующие входы компаратора, на котором построен усилитель ошибки. Простыми словами: чем больше напряжении на INV - тем длиннее выходные импульсы и наоборот. К нему подключается сигнал с делителя напряжения в цепи обратной связи с выхода. Тогда неинвертирующий вход NONINV подключают к общему проводу - GND.
• EAOUT или Error Amplifier Output рус. Выход усилителя ошибки. Несмотря на то, что есть входы усилителя ошибки и с их помощью, можно регулировать выходные параметры, но контроллер довольно медленно на это реагирует. В результате медленной реакции может возникнуть возбуждение схемы, и она выйдет из строя. Поэтому с этого вывода через частотозависимые цепи подают сигналы на INV. Это также называется частотной коррекцией усилителя ошибки.