|
De M171 en M195 van Kemo Electronic zijn vermogensregelingen voor gelijkspanningen tot 28 Vdc die werken volgens het principe van de Pulse Width Modulation PWM. De modules kunnen 10 A respectievelijk 20 A leveren aan de belasting. |
Wat is Pulse Width Modulation?
Vermogen of gemiddelde spanning regelen?
De fabrikant levert beide modules als 'vermogenregelaars'. Dat is in feite een verkeerde benaming. Wat de M171 en de M195 doen is een aan de ingang aangesloten gelijkspanning snel in pulsjes hakken en deze pulsjes aan de uitgang aanbieden. Door de breedte van deze pulsjes te variëren ontstaat aan de uitgang van de modules een pulstrein waarvan de gemiddelde spanningswaarde gelijk is aan ongeveer 0 % tot ongeveer 100 % van de waarde van de ingangsspanning. Als u deze pulstrein aan een belasting aanbiedt zal het door deze belasting verbruikte vermogen natuurlijk afhankelijk zijn van de breedte van de pulsen in de pulstrein. In de praktijk regelt u dus inderdaad het vermogen dat de belasting van de modules verbruikt, maar theoretisch regelt u iets heel anders.
Het regelen van het vermogen van gelijkspanningen
U kent natuurlijk het dimmerprincipe oftewel de fase-aansnij besturing. Hiermee kunt u op een heel economische manier spanning en dus vermogen regelen. Dit principe is echter uitsluitend geschikt voor het regelen van het leverbare vermogen van een wisselspanning. Als u het vermogen van een gelijkspanning moet regelen staan twee principes ter beschikking:
- de lineaire vermogensregeling
- de pulsbreedte modulatie of pulse width modulation PWM
Het principe van deze regeling is getekend in onderstaande figuur. De gelijkspanning aan de ingang gaat via de regeltransistor T1 naar de uitgang. Uit de gelijkspanning op de ingang wordt via de weerstand R1 en de zenerdiode D2 een zeer stabiele referentiespanning Vref afgeleid. Deze gaat naar de potentiometer R2, waarmee u de grootte van de uitgangsspanning Vuit kunt instellen. De uitgangsspanning Vuit wordt namelijk in de comparator COMP1 vergeleken met de door u ingestelde referentiespanning. De comparator COMP1 stuurt de regeltransistor T1 dusdanig, dat de uitgangsspanning van de voeding gelijk wordt aan de door u ingestelde referentiespanning. Door het verdraaien van de loper van de potentiometer kunt u de uitgangsspanning instellen.
Dit in wezen zeer eenvoudige principe heeft één groot nadeel. In de regeltransistor gaat heel wat vermogen verloren gaat. Stel dat de ingangsspanning van de schakeling 35 Vdc bedraagt en u dat de uitgangsspanning instelt op 5 Vdc. Over dit onderdeel staat dan:
35 Vdc - 5 Vdc = 30 Vdc.
Als de voeding een stroom van 10 A aan de belasting moet leveren, wordt in de regeltransistor een vermogen van niet minder dan 300 W opgewekt. Vermogen is immers het product van spanning maal stroom. Die 300 W vermogen uit zich onder de vorm van warmte, heel veel warmte. De regeltransistor T1 moet dus op een forse koelplaat worden gemonteerd, die de warmte moet afvoeren naar de omgevingslucht. Waarschijnlijk is het zelfs nodig om deze koelplaat te voorzien van een ventilator.
 |
| Het principe van lineaire vermogensregeling. (© 2017 Jos Verstraten) |
PWM, in het Nederlands pulsbreedte modulatie, zorgt ervoor dat u het vermogen van een gelijkspanning uiterst efficiënt kunt regelen. Bij PWM wordt niet de grootte van de spanning, maar de aan/uit-verhouding (pulsbreedte of duty cycle) geregeld. Als u aan de ingang een gelijkspanning van 12 V aanlegt, zal deze spanning ook aan de uitgang verschijnen. De spanning is echter niet continu aanwezig maar wordt als het ware heel snel in stukjes gehakt, oftewel gepulst. Dit 'in stukjes hakken' gebeurt 300 tot 600 keer per seconde. Hoe breder deze pulsjes, hoe hoger de gemiddelde waarde van de spanning op de uitgang. Door de breedte (de periode) van deze spanningspulsjes te regelen, kunt u dus ook het uitgangsvermogen regelen.
Het gevolg is dat de stroom die de belasting verbruikt gedurende de pulsbreedte altijd maximaal zal zijn. Immers, de spanning op de uitgang is gedurende deze pulsbreedte ook maximaal. U kunt dit principe dus gebruiken voor het dimmen van 12 V LED-lampen en voor het met maximaal koppel regelen van het toerental van 12 V of 24 V gelijkspanningsmotoren.
 |
| Het principe van pulse width modulation. (© 2017 Jos Verstraten) |
De Kemo Electronic modules M171 en M195
Kennismaking
Deze twee modules werken beiden volgens het principe van de pulsbreedte modulatie. Het verschil is de maximale stroom die de modules kunnen leveren:
- M171: 5 A ongekoeld, 10 A gekoeld
- M195: 5 A ongekoeld, 20 A gekoeld
Met de bijgeleverde potentiometer van 4,7 kΩ kunt u de gemiddelde waarde van de uitgangsspanning regelen tussen vrijwel 0 % en vrijwel 100 % van de waarde van de ingangsspanning.
 |
| De M171 en M195 van Kemo Electronic. (© Kemo Electronic) |
Deze modules moeten gevoed worden met gelijkspanning, u mag geen wisselspanning aansluiten!
Afmetingen van de modules
Beide modules zijn ondergebracht in identieke behuizingen, waarvan de afmetingen zijn samengevat in onderstaande figuur.
 |
| De afmetingen van de modules. (© Kemo Electronic) |
Koeling verplicht!
De modules zijn ondergebracht in een behuizing met metalen koelflens. Bij belastingen van meer dan 5 A moet deze flens op een aluminium koelplaat worden geschroefd. Deze flens mag nooit warmer worden dan 70 °C. De module moet met vier stuks M3 schroeven op een vlak koelprofiel gemonteerd worden. Dit kan ook de achterwand van een metalen behuizing zijn. U mag geen grotere schroeven gebruiken of de gaten in de module uitboren! De schroefkop moet goed contact maken met het aluminium en niet met de kunststof rand van de module. Bij montage van de module moet deze altijd volledig vlak tegen de koeling aan liggen. Reden hiervoor is, dat aan de binnenkant van de aluminium flens SMD-onderdelen direct verbonden zijn met deze plaat, dit voor optimale warmte-overdracht.
Bij het gebruik van een koelprofiel is het van het allergrootste belang dat er een goed thermisch contact bestaat tussen de aluminium koelflens van de module en de gladde achterkant van het koelprofiel. Vandaar dat het noodzakelijk is de montageplaat van de Kemo-module goed in te smeren warmtegeleidende pasta, zoals de CMP-COOLPAST20 van König Electronic.
 |
| Het koelen van de modules. (© Kemo Electronic) |
Voorbeeldschakelingen
Regelen met de meegeleverde potentiometer
De modules kunnen gevoed worden met een gelijkspanning tussen 9 V en 28 V. De waarde van deze spanning moet gelijk zijn aan de werkspanning van de belasting. Wilt u 12 V LED-lampen dimmen, dan moet u dus een gelijkspanning van 12 V (bijvoorbeeld van een gestabiliseerde netstekkervoeding) op de ingang van de module aansluiten. De belasting gaat naar de plus van de voeding en naar een uitgang van de module.
De drie draden (1,5 mm2 tot 2,5 mm2) worden op de module aangesloten via de meegeleverde 6,3 mm faston-connectoren.
Met de potentiometer (wordt meegeleverd) kunt u het uitgangsvermogen regelen tussen vrijwel 0% tot vrijwel 100% van de maximale waarde.
 |
| Het regelen van het vermogen met de potentiometer. (© Kemo Electronic) |
U kunt de pulsbreedte ook regelen met een stuurspanning van 0 Vdc tot 5 Vdc. Deze gelijkspanning wordt aangelegd op twee van de drie potentiometer aansluitingen van de module. Let op de polariteit van deze stuurspanning!
 |
| Het regelen van het vermogen met een stuurspanning. (© Kemo Electronic) |
Technische gegevens
- Functie: regelen van het vermogen van gelijkspanningsgevoede apparatuur
- Werkingsprincipe: pulsbreedte modulatie, PWM
- Frequentie van de PWM bij de M171: 10 kHz tot 20 kHz
- Frequentie van de PWM bij de M195: 300 Hz tot 600 Hz
- Ingangsspanning: 9 V tot 28 V gelijkspanning
- Uitgangsstroom ongekoeld: 5 A max. continu
- Uitgangsstroom gekoeld M171: 10 A max. continu
- Uitgangsstroom gekoeld M195: 20 A max. continu
- Regelbereik M171: 5 % tot 95 % van het maximaal vermogen
- Regelbereik M195: 0 % tot 100 % van het maximaal vermogen
- Potentiometer: 4,7 kΩ lin (wordt meegeleverd)
- Afmetingen module: 87 mm x 60 mm x 33 mm
- EAN-code M171: 4024028031712
- EAN-code M195: 4024028031958
Koop uw KEMO-modules bij Amazon
