ШІМ-регулятор на AVR

Вашій увазі представлена схема, що дозволяє регулювати яскравість світлодіодної стрічки за допомогою Широтно-Імпульсної Модуляції (ШИМ, англ. PWM). Дана методика широко використовується в потужних контролерах, адже, на відміну від регулювання напруги, не викликає перекосу яскравості у окремих сегментах і значно економічніша.

Особливості:

• 2 незалежних канали ШИМ (з рознесенням фаз на 180°);
• Напруга живлення: 8 - 20 V;
• Робочий ток навантаження: 3.4 A/канал (при живленні 12 V еквівалентно 40 W);
• Низькі втрати в силовому ключі (опір відкритого каналу 45 mΩ);
• Опціональна Гамма-корекція дозволяє рівномірно регулювати яскравість;
• Захист від сплесків на вході (аналогова та програмна фільтрація);
• Власне енергоспоживання менше 10 mA (0.12 W @ 12 V);
• Висока частота ШИМ (~18.75 kHz) не викликає стробоскопічного ефекту та втоми очей при управлінні світлодіодною стрічкою.

Пристрій засноване на мікроконтролері ATtiny13A, який аналізує вхідні напруги на висновках PB3 і PB4, перераховує їх і виводить ШИМ-сигнали з відповідним заповненням на висновки PB0 і PB1. Ці сигнали надходять на польові транзистори T1 і T2, які в свою чергу комутують потужні навантаження (в даному прикладі - світлодіодну стрічку).

Перемичка J1 задає режим роботи пристрою: коли вона встановлена в нижнє (по схемі) положення, заповнення ШИМу лінійно залежить від напруги на відповідному вході. Коли перемичка встановлена в верхнє положення мікроконтролер перераховує значення необхідного заповнення ШИМ за допомогою таблиці значень. В результаті виходить гамма-крива, т. е. рівень яскравості підстроєний під чутливість людського ока. Графік залежності вихідного заповнення від вхідної напруги наведений нижче:

Зелений графік - перемичка J1 в нижньому положенні, синій - в верхньому

Особливості ШИМ-генератора

На відміну від "класичного" Fast PWM в даній схемі використовується Phase-correct PWM зі зсувом каналів на 180 градусів один відносно одного. Нижче показано, як працюють обидва алгоритми.

По ілюстрації видно, що по можливості канали в режимі Phase-correct зі зсувом 180° включаються по черзі, тим самим навантаження розподіляється більш рівномірно по часу, перетин обох сигналів мінімальне. Зменшуються просадки напруги на вводних проводах, а отже паразитна зв'язок каналів по живленню мінімізується.

Компоненти

Схема не вимоглива до точного підбору компонентів, більшість деталей можна заміняти на аналогічні з подібним номіналом. Наприклад, якщо у Вас немає змінних резисторів на 100 кОм, то можна поставити 50 кОм або 500 кОм, при цьому схема продовжить справно працювати. У якості T1 і T2 можна встановити практично будь-який транзистор серії IRLML (з урахуванням комутованого струму)
Якщо Вам не потрібен другий канал, то можна прибрати R2, R4, C2 і T2, а вивід PB4 мікроконтролера заземлити (PB1 при цьому залишити непідключеним)

Для індикації використані 3 світлодіоди (3мм зеленого світіння) з резисторами 1 кОм, підключені анодами до входу живлення 12V, а катодами до стоків транзисторів і до мінуса живлення. Додатково, паралельно керамічному конденсатору С3 підключений електролітичний конденсатор 100µF, що допомагає згладити пульсації мережі. Його установка не є обов'язковою, але бажаною.

Прошивка

Мікроконтролер рекомендується прошивати до впайки на плату або внутрисхемно, але при цьому не встановлюючи транзистори T1 і T2, адже зайва ємність на лінії може заважати при прошивці.

Конфігурація фьюзів показана нижче: 

На скріншоті галочка означає 0 - запрограмований фьюз. Для Вашої зручності фьюзи описані в коментарях у файлі main.asm.

Налаштування зводиться до встановлення перемички J1 в бажане положення. Після цього пристрій готове до роботи.

На завершення пара фото (ручки на змінних резисторах ще не одягнені):

Список радіоелементів