PWM regulator: princip rada i opseg primjene. Podešavanje svjetline LED dioda pomoću PWM

Modulacija širine impulsa (PWM) metoda je pretvorbe signala u kojoj se trajanje impulsa (faktor rada) mijenja, ali frekvencija ostaje konstantna. U engleskoj terminologiji to se naziva PWM (pulse-width modulation). U ovom članku ćemo detaljno pogledati što je PWM, gdje se koristi i kako radi.

Područje primjene

S razvojem tehnologije mikrokontrolera otvorile su se nove mogućnosti za PWM. Ovo je načelo postalo osnova za elektroničke uređaje koji zahtijevaju i podešavanje izlaznih parametara i njihovo održavanje na zadanoj razini. Metoda modulacije širine impulsa koristi se za promjenu svjetline svjetlosti, brzine vrtnje motora, kao i za upravljanje tranzistorom snage impulsnih izvora napajanja (PSU).

Modulacija širine impulsa (PW) aktivno se koristi u izgradnji sustava za kontrolu svjetline LED dioda. Zbog niske inercije, LED ima vremena da se prebaci (treperi i ugasi se) na frekvenciji od nekoliko desetaka kHz. Njegov rad u pulsnom načinu ljudsko oko percipira kao stalni sjaj. S druge strane, svjetlina ovisi o trajanju impulsa (otvoreno stanje LED-a) tijekom jednog razdoblja. Ako je vrijeme impulsa jednako vremenu pauze, to jest, radni ciklus je 50%, tada će svjetlina LED-a biti polovica nominalne vrijednosti. S popularizacijom LED svjetiljki od 220 V, postavilo se pitanje povećanja pouzdanosti njihovog rada s nestabilnim ulaznim naponom. Rješenje je pronađeno u obliku univerzalnog mikrosklopa - pokretača snage koji radi na principu modulacije širine impulsa ili frekvencije impulsa. Detaljno je opisan sklop temeljen na jednom od ovih pokretača.

Mrežni napon koji se dovodi na ulaz pogonskog čipa stalno se uspoređuje s referentnim naponom unutar strujnog kruga, generirajući PWM (PWM) signal na izlazu, čije parametre postavljaju vanjski otpornici. Neki mikro krugovi imaju pin za dovod analognog ili digitalnog upravljačkog signala. Stoga se rad pokretača impulsa može kontrolirati pomoću drugog PHI pretvarača. Zanimljivo je da LED ne prima visokofrekventne impulse, već struju uglađenu induktorom, što je obvezni element takvih krugova.

Velika uporaba PWM-a odražava se na svim LCD panelima s LED pozadinskim osvjetljenjem. Nažalost, u LED monitorima većina PWB pretvarača radi na frekvenciji od stotina Hertza, što negativno utječe na vid korisnika računala.

Arduino mikrokontroler također može raditi u načinu PWM kontrolera. Da biste to učinili, pozovite funkciju AnalogWrite(), označavajući u zagradama vrijednost od 0 do 255. Nula odgovara 0V, a 255 5V. Međuvrijednosti se izračunavaju proporcionalno.

Raširena proliferacija uređaja koji rade na principu PWM omogućila je čovječanstvu da se odmakne od transformatorskih napajanja linearnog tipa. Rezultat je povećanje učinkovitosti i višestruko smanjenje težine i veličine izvora napajanja.

PWM kontroler sastavni je dio modernog prekidačkog napajanja. Upravlja radom tranzistora snage koji se nalazi u primarnom krugu impulsnog transformatora. Zbog prisutnosti kruga povratne veze, napon na izlazu napajanja uvijek ostaje stabilan. Najmanje odstupanje izlaznog napona detektira se povratnom spregom pomoću mikro kruga, koji trenutno ispravlja radni ciklus upravljačkih impulsa. Osim toga, moderni PWM kontroler rješava niz dodatnih zadataka koji pomažu u povećanju pouzdanosti napajanja:

• osigurava način mekog pokretanja pretvarača;
• ograničava amplitudu i radni ciklus upravljačkih impulsa;
• kontrolira razinu ulaznog napona;
• štiti od kratkih spojeva i pregrijavanja prekidača napajanja;
• ako je potrebno, prebacuje uređaj u stanje pripravnosti.

Princip rada PWM kontrolera

Zadatak PWM kontrolera je upravljanje prekidačem napajanja promjenom upravljačkih impulsa. Kada radi u sklopnom načinu rada, tranzistor je u jednom od dva stanja (potpuno otvoren, potpuno zatvoren). U zatvorenom stanju struja kroz p-n spoj ne prelazi nekoliko μA, što znači da disipacija snage teži nuli. U otvorenom stanju, unatoč velikoj struji, otpor pn spoja je izuzetno nizak, što također dovodi do beznačajnih toplinskih gubitaka. Najveća količina topline oslobađa se u trenutku prijelaza iz jednog stanja u drugo. Ali zbog kratkog vremena prijelaza u usporedbi s frekvencijom modulacije, gubici snage tijekom prebacivanja su beznačajni.

Modulacija širine impulsa dijeli se na dvije vrste: analognu i digitalnu. Svaki tip ima svoje prednosti i može se implementirati na različite načine u dizajnu sklopova.

Analogni PWM

Princip rada analognog PWM modulatora temelji se na usporedbi dvaju signala čije se frekvencije razlikuju za nekoliko redova veličine. Element za usporedbu je operacijsko pojačalo (komparator). Na jedan njegov ulaz dovodi se pilasti napon visoke konstantne frekvencije, a na drugi niskofrekventni modulirajući napon promjenjive amplitude. Komparator uspoređuje obje vrijednosti i generira pravokutne impulse na izlazu, čije je trajanje određeno trenutnom vrijednošću modulirajućeg signala. U ovom slučaju, frekvencija PWM jednaka je frekvenciji pilastog signala.

Digitalni PWM

Modulacija širine impulsa u digitalnom tumačenju jedna je od mnogih funkcija mikrokontrolera (MCU). Radeći isključivo s digitalnim podacima, MK može generirati ili visoku (100%) ili nisku (0%) razinu napona na svojim izlazima. Međutim, u većini slučajeva, za učinkovitu kontrolu opterećenja, napon na MC izlazu mora se promijeniti. Na primjer, podešavanje brzine motora, promjena svjetline LED-a. Što trebam učiniti da dobijem bilo koju vrijednost napona u rasponu od 0 do 100% na izlazu mikrokontrolera?

Problem je riješen metodom modulacije širine impulsa i korištenjem fenomena oversamplinga, kada je navedena frekvencija preklapanja nekoliko puta veća od odziva upravljanog uređaja. Promjenom radnog ciklusa impulsa mijenja se prosječna vrijednost izlaznog napona. U pravilu se cijeli proces odvija na frekvenciji od desetaka do stotina kHz, što omogućuje glatku prilagodbu. Tehnički, ovo se provodi pomoću PWM kontrolera - specijaliziranog mikro kruga koji je "srce" bilo kojeg digitalnog upravljačkog sustava. Aktivna uporaba kontrolera temeljenih na PWM-u je zbog njihovih neporecivih prednosti:

• visoka učinkovitost pretvorbe signala;
• stabilnost rada;
• ušteda energije koju troši opterećenje;
• niska cijena;
• visoka pouzdanost cijelog uređaja.

Možete primiti PWM signal na pinovima mikrokontrolera na dva načina: hardverski i softverski. Svaki MK ima ugrađeni mjerač vremena koji može generirati PWM impulse na određenim pinovima. Ovako se postiže hardverska implementacija. Primanje PWM signala pomoću softverskih naredbi ima više mogućnosti u pogledu razlučivosti i omogućuje korištenje većeg broja pinova. Međutim, softverska metoda dovodi do velikog opterećenja MK-a i zauzima puno memorije.

Važno je napomenuti da u digitalnom PWM-u broj impulsa po razdoblju može biti različit, a sami impulsi mogu se nalaziti u bilo kojem dijelu razdoblja. Razina izlaznog signala određena je ukupnim trajanjem svih impulsa po razdoblju. Treba razumjeti da je svaki dodatni impuls prijelaz tranzistora snage iz otvorenog stanja u zatvoreno stanje, što dovodi do povećanja gubitaka tijekom prebacivanja.

Primjer korištenja PWM regulatora

Jedna od opcija za implementaciju PWM jednostavnog regulatora već je opisana ranije u. Izgrađen je na temelju mikro kruga i ima mali kabelski svežanj. No, unatoč jednostavnom dizajnu kruga, regulator ima prilično širok raspon primjena: krugovi za kontrolu svjetline LED dioda, LED trake, podešavanje brzine rotacije DC motora.

Pročitajte također

Jedan od pristupa koji se koristi za značajno smanjenje toplinskih gubitaka energetskih komponenti radijskih krugova je korištenje sklopnih načina rada instalacija. S takvim sustavima, elektroenergetska komponenta je ili otvorena - u ovom trenutku postoji praktički nula pad napona na njoj, ili otvorena - u ovom trenutku se do nje dovodi nula struje. Rasipanje snage može se izračunati množenjem struje i napona. U ovom načinu rada moguće je postići učinkovitost od oko 75-80% ili više.

Što je PWM?

Za dobivanje signala potrebnog oblika na izlazu, prekidač napajanja mora biti otvoren samo određeno vrijeme, proporcionalno izračunatim pokazateljima izlaznog napona. Ovo je princip modulacije širine impulsa (PWM). Zatim, signal ovog oblika, koji se sastoji od impulsa različite širine, ulazi u područje filtra temeljeno na induktoru i kondenzatoru. Nakon pretvorbe, izlaz će biti gotovo idealan signal potrebnog oblika.

Opseg PWM nije ograničen na prekidačke izvore napajanja, stabilizatore i pretvarače napona. Korištenje ovog principa pri projektiranju snažnog audio pojačala omogućuje značajno smanjenje potrošnje energije uređaja, dovodi do minijaturizacije kruga i optimizira sustav prijenosa topline. Nedostaci uključuju osrednju kvalitetu izlaznog signala.

Formiranje PWM signala

Stvaranje PWM signala željenog oblika prilično je teško. Međutim, industrija danas može oduševiti prekrasnim posebnim čipovima poznatim kao PWM kontroleri. Oni su jeftini i potpuno rješavaju problem generiranja signala širine pulsa. Upoznavanje s njihovim tipičnim dizajnom pomoći će vam u snalaženju u strukturi takvih kontrolera i njihovoj uporabi.

Standardni krug PWM kontrolera pretpostavlja sljedeće izlaze:

• Zajednički izlaz (GND). Izvodi se u obliku noge koja je spojena na zajedničku žicu kruga napajanja uređaja.
• Pin za napajanje (VC). Odgovoran za napajanje kruga. Važno je ne brkati ga sa susjedom sa sličnim imenom - VCC pinom.
• Pin za kontrolu napajanja (VCC). U pravilu, PWM upravljački čip preuzima kontrolu nad tranzistorima snage (bipolarni ili s efektom polja). Ako se izlazni napon smanji, tranzistori će se otvoriti samo djelomično, a ne potpuno. Brzo se zagrijavaju, uskoro će propasti, ne mogu se nositi s opterećenjem. Kako bi se isključila ova mogućnost, potrebno je pratiti napon napajanja na ulazu mikro kruga i ne dopustiti da prijeđe projektiranu oznaku. Ako napon na ovom pinu padne ispod napona postavljenog posebno za ovaj kontroler, upravljački uređaj se isključuje. Obično je ovaj pin spojen izravno na VC pin.

Izlazni upravljački napon (OUT)

Broj pinova mikro kruga određen je njegovim dizajnom i principom rada. Nije uvijek moguće odmah razumjeti složene pojmove, ali pokušajmo istaknuti bit. Postoje mikrosklopovi na 2 pina koji upravljaju kaskadama push-pull (dvostruke ruke) (primjeri: most, polu-most, 2-taktni inverzni pretvarač). Postoje i analozi PWM kontrolera za upravljanje jednokrakim (jednokrakim) kaskadama (primjeri: naprijed/natrag, pojačanje/smanjenje, invertiranje).

Osim toga, izlazni stupanj može biti jednociklusni ili dvociklični. Push-pull se uglavnom koristi za pogon FET-a ovisnog o naponu. Za brzo zatvaranje potrebno je postići brzo pražnjenje kondenzatora gate-source i gate-drain. U tu svrhu koristi se push-pull izlazni stupanj regulatora čija je zadaća osigurati kratko spajanje izlaza na zajednički kabel ako je potrebno zatvoriti tranzistor s efektom polja.

PWM kontroleri za veliku snagu također mogu imati kontrole prekidača izlaza (driver). Preporuča se koristiti IGBT tranzistore kao izlazne sklopke.

Glavni problemi PWM pretvarača

Prilikom rada bilo kojeg uređaja nemoguće je u potpunosti eliminirati mogućnost kvara, a to se također odnosi i na pretvarače. Složenost dizajna nije važna; čak i dobro poznati TL494 PWM kontroler može uzrokovati probleme u radu. Kvarovi imaju različitu prirodu - neki od njih mogu se otkriti okom, dok je za otkrivanje drugih potrebna posebna mjerna oprema.

Da biste koristili PWM kontroler, trebali biste se upoznati s popisom glavnih kvarova uređaja, a tek kasnije - s opcijama za njihovo uklanjanje.

Rješavanje problema

Jedan od najčešćih problema je kvar ključnih tranzistora. Rezultati se mogu vidjeti ne samo kada pokušate pokrenuti uređaj, već i kada ga pregledate multimetrom.

Osim toga, postoje i drugi kvarovi koje je nešto teže otkriti. Prije izravne provjere PWM kontrolera, možete razmotriti najčešće slučajeve kvarova. npr.:

• Regulator se zaustavlja nakon pokretanja - prekid OS petlje, pad struje, problemi s kondenzatorom na izlazu filtra (ako postoji) ili upravljačkim programom; Možda je upravljanje PWM kontrolerom pošlo po zlu. Potrebno je pregledati uređaj za strugotine i deformacije, izmjeriti pokazatelje opterećenja i usporediti ih sa standardnim.
• PWM kontroler se ne pokreće - nedostaje jedan od ulaznih napona ili je uređaj neispravan. Provjera i mjerenje izlaznog napona može pomoći ili, u krajnjem slučaju, zamijeniti ga poznatim radnim analogom.
• Izlazni napon se razlikuje od nominalnog napona - postoji problem s OOS petljom ili s regulatorom.
• Nakon starta PWM na napajanju ide u zaštitu ako nema kratkog spoja na tipkama - neispravan rad PWM-a ili drivera.
• Nestabilan rad ploče, prisutnost čudnih zvukova - prekid OOS petlje ili RC lanca, degradacija kapaciteta filtra.

Konačno

Univerzalni i višenamjenski PWM kontroleri sada se mogu pronaći gotovo posvuda. Oni služe ne samo kao sastavni dio napajanja za većinu modernih uređaja - standardna računala i druge svakodnevne uređaje. Na temelju kontrolera razvijaju se nove tehnologije koje mogu značajno smanjiti potrošnju resursa u mnogim područjima ljudske djelatnosti. Vlasnici privatnih kuća će imati koristi od regulatora punjenja baterija iz fotonaponskih baterija, koji se temelje na principu modulacije širine impulsa struje punjenja.

Visoka učinkovitost čini razvoj novih uređaja temeljenih na principu PWM vrlo obećavajućim. Sekundarni izvori energije nisu jedino područje djelovanja.

Ovaj članak daje opis dvije sheme strujnog kruga regulatora na temelju istosmjerne struje, koji su implementirani na temelju operacijskog pojačala K140UD6.

PWM regulator napona 12 volti - opis

Značajka ovih sklopova je mogućnost korištenja gotovo svih dostupnih operativnih pojačala, s naponom napajanja od 12 volti, na primjer, ili.

Promjenom napona na neinvertirajućem ulazu operacijskog pojačala (pin 3) možete promijeniti izlazni napon. Stoga se ovi krugovi mogu koristiti kao regulator struje i napona, u dimerima i također kao regulator brzine istosmjernog motora.

Strujni krugovi su prilično jednostavni, sastoje se od jednostavnih i pristupačnih radio komponenti i, ako su ispravno instalirani, odmah počinju raditi. Snažni n-kanalni tranzistor s efektom polja koristi se kao upravljačka sklopka. Snaga tranzistora s efektom polja, kao i područje radijatora, moraju se odabrati prema trenutnoj potrošnji opterećenja.

Kako bi se spriječio kvar na vratima tranzistora s efektom polja, kada se koristi PWM regulator s naponom napajanja od 24 volta, potrebno je spojiti otpor od 1 kOhm između vrata VT2 i kolektora tranzistora VT1 i spojiti zener dioda od 15 volti paralelno s otporom R7.

Ako je potrebno promijeniti napon na opterećenju, čiji je jedan od kontakata spojen na masu (to se događa u automobilu), tada se koristi krug u kojem je spojen odvod n-kanalnog tranzistora s efektom polja na plus izvora napajanja, a opterećenje je spojeno na njegov izvor.

Poželjno je stvoriti uvjete pod kojima će se tranzistor s efektom polja potpuno otvoriti, kontrolni krug vrata trebao bi sadržavati čvor s povećanim naponom reda 27 ... 30 volti. U tom će slučaju napon između izvora i vrata biti veći od 15 V.

Ako je potrošnja struje opterećenja manja od 10 ampera, tada je moguće koristiti snažne p-kanalne tranzistore s efektom polja u PWM regulatoru.

U drugoj shemi PWM regulator napona 12 volti Također se mijenja tip tranzistora VT1, a mijenja se i smjer rotacije promjenjivog otpornika R1. Dakle, u prvoj verziji kruga, smanjenje upravljačkog napona (ručka se pomiče na "-" izvor napajanja) uzrokuje povećanje izlaznog napona. Druga opcija ima sve obrnuto.

kravitnik.narod.ru

Prijenosni USB osciloskop, 2 kanala, 40 MHz....

Modulacija širine impulsa(PWM, engleski) Modulacija širine impulsa (PWM)) - aproksimacija željenog signala (višerazinskog ili kontinuiranog) stvarnim binarnim signalima (s dvije razine - na/isključeno), tako da su u prosjeku u određenom vremenskom razdoblju njihove vrijednosti jednake. Formalno se može napisati ovako:

Gdje x(t) - željeni ulazni signal u granici od t1 prije t2, i ∆ T ja- trajanje ja th PWM impuls, svaki s amplitudom A. ∆T ja odabire se na način da su ukupne površine (energije) obiju veličina približno jednake u dovoljno dugom vremenskom razdoblju, a jednake su i prosječne vrijednosti veličina u razdoblju:

Kontrolirane “razine” u pravilu su parametri snage elektrane, npr. napon impulsnih pretvarača / regulatora konstantnog napona / ili brzina elektromotora. Za impulsne izvore x(t) = U konst stabilizacija.

Glavni razlog za uvođenje PWM je poteškoća u osiguravanju proizvoljnog napona_(električni). Postoji određeni osnovni konstantni napon napajanja (u mreži, iz baterija i sl.) i na temelju njega treba nabaviti niži proizvoljni i koristiti ga za napajanje elektromotora ili druge opreme. Najjednostavnija opcija je razdjelnik napona, ali ima smanjenu učinkovitost, povećanu proizvodnju topline i potrošnju energije. Druga mogućnost je tranzistorski krug. Omogućuje vam podešavanje napona bez korištenja mehanike. Problem je što se tranzistori najviše zagrijavaju kada su poluotvoreni (50%). A ako još uvijek možete "živjeti" s takvom učinkovitošću, tada oslobađanje topline, posebno u industrijskim razmjerima, dovodi cijelu ideju u ništa. Zbog toga je odlučeno koristiti tranzistorski sklop, ali samo u graničnim stanjima (uključeno/isključeno), a dobiveni izlaz izravnati LC sklopom (filter) ako je potrebno. Ovaj pristup je vrlo energetski učinkovit. PWM se posvuda široko koristi. Ako čitate ovaj članak na LCD monitoru (telefon/PDA/... s LCD pozadinskim osvjetljenjem), tada svjetlinom pozadinskog osvjetljenja upravlja PWM. Na starijim monitorima možete smanjiti svjetlinu i čuti kako PWM počinje škripati (vrlo tiho škripanje s frekvencijom od nekoliko kiloherca). Glatko trepćuća LED svjetla također "škripe", na primjer, u prijenosnim računalima. PWM zvučni signal može se vrlo dobro čuti noću u tišini.

Možete čak koristiti COM priključak kao PWM. Jer 0 se prenosi kao 0 0000 0000 1 (8 podatkovnih bitova + start/stop), a 255 kao 0 1111 1111 1, tada je raspon izlaznog napona 10-90% u koracima od 10%.

TRN- pretvarač širine impulsa koji generira PWM signal na temelju zadane vrijednosti upravljačkog napona. Glavna prednost SHIP-a je visoka učinkovitost njegovih pojačala snage, koja se postiže korištenjem isključivo u prekidačkom načinu rada. Ovo značajno smanjuje izlaznu snagu na pretvaraču struje (PC).

Primjena

PWM koristi tranzistore (mogu postojati i drugi elementi) ne u linearnom načinu, već u načinu rada s prebacivanjem, odnosno tranzistor je uvijek otvoren (isključen) ili zatvoren (u stanju zasićenja). U prvom slučaju, tranzistor ima gotovo beskonačan otpor, tako da struja gotovo da i ne teče u krugu, i iako cijeli napon napajanja pada na tranzistoru, odnosno učinkovitost = 0%, u apsolutnom smislu snaga koju oslobađa tranzistor tranzistor je nula. U drugom slučaju, otpor tranzistora je izuzetno nizak, pa je stoga pad napona na njemu blizu nule - oslobođena snaga je također mala.

Princip rada PWM

PWM je impulsni signal konstantne frekvencije i promjenjivog radnog ciklusa, odnosno omjera perioda ponavljanja impulsa i njegovog trajanja. Postavljanjem radnog ciklusa (trajanje impulsa) možete promijeniti prosječni napon na PWM izlazu.

Generira ga analogni komparator, na čiji se negativni ulaz dovodi referentni signal u obliku "pile" ili "trokuta", a na pozitivni ulaz dolazi stvarni modulirani kontinuirani analogni signal. Frekvencija pulsa odgovara frekvenciji "zuba" pile. Onaj dio perioda kada je ulazni signal viši od referentnog signala, izlaz je jedinica, ispod je nula.

U digitalnoj tehnologiji, čiji izlazi mogu imati samo jednu od dvije vrijednosti, aproksimacija željene prosječne izlazne razine pomoću PWM-a potpuno je prirodna. Krug je jednako jednostavan: generira se pilasti signal N-brojač bitova. Digitalni uređaji (DSHIP) rade na fiksnoj frekvenciji, obično mnogo višoj od odziva kontroliranih instalacija ( ponovno uzorkovanje). Tijekom razdoblja između rubova takta, DSCH izlaz ostaje stabilan, ili je nizak ili visok, ovisno o izlazu digitalnog komparatora, koji uspoređuje vrijednost brojača s razinom približavajućeg digitalnog signala V(n). Izlaz tijekom mnogih ciklusa takta može se protumačiti kao niz impulsa s dvije moguće vrijednosti 0 i 1, koji se međusobno zamjenjuju u svakom ciklusu takta T. Učestalost pojavljivanja pojedinačnih impulsa proporcionalna je razini signala koji se približava ~ V(n). Jedinice koje slijede jedna za drugom tvore konturu jednog šireg impulsa. Trajanje primljenih impulsa promjenljive širine ~ V(n), višekratnici razdoblja sata T, a frekvencija je 1/( T*2 N). Niska frekvencija znači dugo, relativno T, razdoblja konstantnosti signala na istoj razini, što daje nisku ujednačenost distribucije impulsa.

Opisani krug digitalnog generiranja spada pod definiciju jednobitne (dvorazinske) pulsno kodne modulacije ( PCM). 1-bitni PCM se može smatrati u smislu PWM-a kao niz impulsa s frekvencijom od 1/ T a širina 0 odn T. Dostupno prekomjerno uzorkovanje omogućuje vam postizanje prosjeka u kraćem vremenskom razdoblju. Vrsta jednobitnog PCM-a kao što je modulacija gustoće impulsa ( modulacija gustoće impulsa), koji se također naziva pulsno frekvencijska modulacija.

Kontinuirani analogni signal se obnavlja aritmetičkim prosjekom impulsa tijekom mnogih razdoblja pomoću jednostavnog niskopropusnog filtra. Iako obično ni to nije potrebno, budući da elektromehaničke komponente pogona imaju induktivitet, a kontrolni objekt (OA) ima inerciju, impulsi iz PWM izlaza se izglađuju i op-amp, s dovoljnom frekvencijom PWM-a signal, ponaša se kao da kontrolira obični analogni signal.

vidi također

• Vektorska modulacija je vektorska modulacija širine impulsa koja se koristi u energetskoj elektronici.
• SACD je format audio diska koji koristi modulaciju širine pulsa audio signala.

PWM ili PWM (Pulse-Width Modulation) - modulacija širine impulsa- Ova metoda je dizajnirana za kontrolu veličine napona i struje. Djelovanje PWM-a je promjena širine impulsa konstantne amplitude i konstantne frekvencije.

Svojstva PWM regulacije koriste se u pretvaračima impulsa, u krugovima za upravljanje istosmjernim motorima ili svjetlinom LED dioda.

Princip rada PWM

Princip rada PWM-a, kao što i samo ime govori, je promjena širine impulsa signala. Kada se koristi metoda modulacije širine impulsa, frekvencija i amplituda signala ostaju konstantne. Najvažniji parametar PWM signala je radni ciklus, koji se može odrediti sljedećom formulom:

Također se može primijetiti da zbroj vremena visokog i niskog signala određuje period signala:

Gdje:

• Tona - vrijeme visoke razine
• Toff - vrijeme niske razine
• T—period signala

Gornje i najniže vrijeme signala prikazano je na donjoj slici. Napon U1 je stanje visoke razine signala, odnosno njegova amplituda.

Sljedeća slika primjer je PWM signala s određenim visokim i niskim vremenskim intervalom.

PWM proračun radnog ciklusa

Izračun radnog ciklusa PWM pomoću primjera:

Da biste izračunali postotak faktora popunjenosti, morate izvršiti slične izračune i pomnožiti rezultat sa 100%:

Kao što slijedi iz izračuna, u ovom primjeru signal (visoka razina) karakterizira punjenje jednako 0,357 ili inače 37,5%. Faktor popunjenosti je apstraktna vrijednost.

Važna karakteristika modulacije širine impulsa također može biti frekvencija signala, koja se izračunava po formuli:

Vrijednost T, u našem primjeru, treba uzeti u sekundama kako bi se jedinice u formuli podudarale. Budući da je formula za frekvenciju 1/s, pretvorimo 800 ms u 0,8 s.

Zahvaljujući mogućnosti podešavanja širine impulsa, moguće je mijenjati npr. prosječnu vrijednost napona. Donja slika prikazuje različite radne cikluse uz održavanje iste frekvencije signala i iste amplitude.

Da biste izračunali prosječni PWM napon, trebate znati radni ciklus, jer je prosječni napon proizvod radnog ciklusa i amplitude signalnog napona.
Na primjer, radni ciklus je bio jednak 37,5% (0,357), a amplituda napona U1 = 12V će dati prosječni napon Uav:

U ovom slučaju prosječni napon PWM signala je 4,5 V.

PWM daje vrlo jednostavnu mogućnost smanjenja napona u rasponu od napona napajanja U1 do 0. To se može koristiti, na primjer, za brzinu vrtnje DC (istosmjernog) motora napajanog prosječnom vrijednošću napona.

PWM signal može generirati mikrokontroler ili analogni krug. Signal iz takvih sklopova karakterizira nizak napon i vrlo niska izlazna struja. Ako je potrebno regulirati snažna opterećenja, treba koristiti upravljački sustav, na primjer, pomoću tranzistora.

To može biti bipolarni ili tranzistor s efektom polja. U sljedećim primjerima koristit će se.

PWM signal se dovodi u bazu tranzistora VT1 kroz otpornik R1, drugim riječima, tranzistor VT1 se uključuje i isključuje kako se signal mijenja. Ovo je slično situaciji u kojoj se tranzistor može zamijeniti običnim prekidačem, kao što je prikazano u nastavku:

Kada je sklopka zatvorena, LED se napaja preko otpornika R2 (ograničenje struje) s naponom od 12V. A kada je prekidač otvoren, strujni krug se prekida i LED se gasi. Takvo prebacivanje s niskom frekvencijom rezultirat će .

Međutim, ako je potrebno kontrolirati intenzitet LED dioda, potrebno je povećati frekvenciju PWM signala, kako bi se zavaralo ljudsko oko. Teoretski, prebacivanje na frekvenciji od 50 Hz više nije nevidljivo ljudskom oku, što rezultira efektom smanjenja svjetline LED-a.

Što je niži radni ciklus, LED će biti slabiji jer će LED biti uključen kraće tijekom jednog razdoblja.

Isti princip i slična shema mogu se koristiti za. U slučaju motora, međutim, potrebno je koristiti višu frekvenciju uključivanja (iznad 15-20 kHz) iz dva razloga.

Prvi od njih odnosi se na zvuk koji motor može proizvesti (neugodno škripanje). Frekvencija od 15-20 kHz je teorijska granica čujnosti ljudskog uha, tako da će frekvencije iznad te granice biti nečujne.

Drugo pitanje tiče se stabilnosti motora. Kada motor pokrećete niskofrekventnim signalom s niskim radnim ciklusom, brzina motora bit će nestabilna ili može dovesti do potpunog zaustavljanja. Stoga, što je veća frekvencija PWM signala, to je veća stabilnost prosječnog izlaznog napona. Također je manja valovitost napona.

Međutim, ne biste trebali previše povećavati frekvenciju PWM signala, jer na visokim frekvencijama tranzistor možda neće imati vremena za potpuno otvaranje ili zatvaranje, a upravljački krug neće raditi ispravno. To posebno vrijedi za tranzistore s efektom polja, gdje vrijeme punjenja može biti relativno dugo, ovisno o dizajnu.

Previsoka frekvencija PWM signala također uzrokuje povećanje gubitaka u tranzistoru, jer svakim prebacivanjem dolazi do gubitaka energije. Kod upravljanja velikim strujama na visokim frekvencijama potrebno je odabrati tranzistor velike brzine s malim otporom vodljivosti.

Prilikom kontrole, ne zaboravite koristiti diodu za zaštitu tranzistora VT1 od indukcijskih prenapona koji se pojavljuju kada je tranzistor isključen. Zahvaljujući upotrebi diode, indukcijski impuls se prazni kroz nju i unutarnji otpor motora, čime se štiti tranzistor.