PWM valdiklis: veikimo principas ir taikymo sritis. Šviesos diodų ryškumo reguliavimas naudojant PWM

Impulso pločio moduliacija (PWM) – tai signalo konvertavimo būdas, kai impulso trukmė (darbo koeficientas) keičiasi, tačiau dažnis išlieka pastovus. Anglų kalba jis vadinamas PWM (impulso pločio moduliacija). Šiame straipsnyje mes išsamiai apžvelgsime, kas yra PWM, kur jis naudojamas ir kaip jis veikia.

Taikymo sritis

Tobulėjant mikrovaldiklių technologijai, PWM atsivėrė naujos galimybės. Šis principas tapo pagrindu elektroniniams įrenginiams, kuriems reikia ir reguliuoti išvesties parametrus, ir palaikyti juos tam tikrame lygyje. Impulso pločio moduliavimo metodas naudojamas šviesos ryškumui, variklių sukimosi greičiui keisti, taip pat valdant impulsinio tipo maitinimo šaltinių (PSU) galios tranzistorių.

Impulsinio pločio (PW) moduliacija aktyviai naudojama kuriant LED šviesumo valdymo sistemas. Dėl mažos inercijos šviesos diodas turi laiko persijungti (mirksėti ir užgesti) kelių dešimčių kHz dažniu. Jo veikimą impulsiniu režimu žmogaus akis suvokia kaip nuolatinį švytėjimą. Savo ruožtu ryškumas priklauso nuo impulso trukmės (atviros šviesos diodo būsenos) per vieną laikotarpį. Jei impulso laikas yra lygus pauzės laikui, tai yra, darbo ciklas yra 50%, tada šviesos diodo ryškumas bus pusė vardinės vertės. Populiarėjant 220 V LED lempoms, iškilo klausimas, kaip padidinti jų veikimo patikimumą esant nestabiliai įėjimo įtampai. Sprendimas buvo rastas universalios mikroschemos pavidalu – galios tvarkyklės, veikiančios impulso pločio arba impulsų dažnio moduliavimo principu. Išsamiai aprašyta viena iš šių tvarkyklių pagrįsta grandinė.

Tinklo įtampa, tiekiama į tvarkyklės lusto įvestį, nuolat lyginama su grandinės atskaitos įtampa, išėjime generuojant PWM (PWM) signalą, kurio parametrus nustato išoriniai rezistoriai. Kai kurios mikroschemos turi kaištį analoginiam arba skaitmeniniam valdymo signalui tiekti. Taigi impulsų tvarkyklės veikimą galima valdyti naudojant kitą PHI keitiklį. Įdomu tai, kad šviesos diodas gauna ne aukšto dažnio impulsus, o srovę, išlygintą induktoriaus, kuris yra privalomas tokių grandinių elementas.

Platus PWM naudojimas atsispindi visuose LCD skydeliuose su LED foniniu apšvietimu. Deja, LED monitoriuose dauguma PWB keitiklių veikia šimtų hercų dažniu, o tai neigiamai veikia kompiuterių vartotojų regėjimą.

Arduino mikrovaldiklis taip pat gali veikti PWM valdiklio režimu. Norėdami tai padaryti, iškvieskite funkciją AnalogWrite(), skliausteliuose nurodydami reikšmę nuo 0 iki 255. Nulis atitinka 0 V, o 255 – 5 V. Tarpinės vertės apskaičiuojamos proporcingai.

Plačiai paplitęs PWM principu veikiančių prietaisų paplitimas leido žmonijai atitolti nuo linijinio tipo transformatorių maitinimo šaltinių. Dėl to padidėja efektyvumas ir kelis kartus sumažėja maitinimo šaltinių svoris ir dydis.

PWM valdiklis yra neatsiejama šiuolaikinio perjungiamojo maitinimo dalis. Jis valdo galios tranzistoriaus, esančio impulsinio transformatoriaus pirminėje grandinėje, veikimą. Dėl grįžtamojo ryšio grandinės įtampa maitinimo šaltinio išėjime visada išlieka stabili. Mažiausias išėjimo įtampos nuokrypis aptinkamas per grįžtamąjį ryšį mikroschema, kuri akimirksniu pakoreguoja valdymo impulsų darbo ciklą. Be to, modernus PWM valdiklis išsprendžia daugybę papildomų užduočių, kurios padeda padidinti maitinimo patikimumą:

• suteikia keitiklio minkšto paleidimo režimą;
• riboja valdymo impulsų amplitudę ir darbo ciklą;
• kontroliuoja įėjimo įtampos lygį;
• apsaugo nuo trumpųjų jungimų ir maitinimo jungiklio perkaitimo;
• jei reikia, perjungia įrenginį į budėjimo režimą.

PWM valdiklio veikimo principas

PWM valdiklio užduotis yra valdyti maitinimo jungiklį keičiant valdymo impulsus. Kai veikia perjungimo režimu, tranzistorius yra vienoje iš dviejų būsenų (visiškai atidarytas, visiškai uždarytas). Uždarytoje būsenoje srovė per p-n sandūrą neviršija kelių μA, o tai reiškia, kad galios sklaida linkusi į nulį. Atviroje būsenoje, nepaisant didelės srovės, pn sandūros varža yra itin maža, o tai taip pat lemia nereikšmingus šiluminius nuostolius. Didžiausias šilumos kiekis išsiskiria perėjimo iš vienos būsenos į kitą momentu. Tačiau dėl trumpo perėjimo laiko, palyginti su moduliavimo dažniu, galios nuostoliai perjungimo metu yra nereikšmingi.

Impulso pločio moduliavimas skirstomas į du tipus: analoginį ir skaitmeninį. Kiekvienas tipas turi savo privalumų ir gali būti įgyvendinamas skirtingais būdais grandinės projekte.

Analoginis PWM

Analoginio PWM moduliatoriaus veikimo principas pagrįstas dviejų signalų, kurių dažniai skiriasi keliomis eilėmis, palyginimu. Palyginimo elementas yra operacinis stiprintuvas (komparatorius). Į vieną iš jo įėjimų tiekiama aukšto pastovaus dažnio pjūklinė įtampa, o į kitą – žemo dažnio kintamos amplitudės moduliacinė įtampa. Komparatorius lygina abi reikšmes ir išvestyje generuoja stačiakampius impulsus, kurių trukmę lemia dabartinė moduliuojančio signalo vertė. Šiuo atveju PWM dažnis yra lygus pjūklo signalo dažniui.

Skaitmeninis PWM

Impulso pločio moduliavimas skaitmeninėje interpretacijoje yra viena iš daugelio mikrovaldiklio (MCU) funkcijų. Veikdamas tik su skaitmeniniais duomenimis, MK gali generuoti aukštą (100%) arba žemą (0%) įtampos lygį savo išėjimuose. Tačiau daugeliu atvejų, norint efektyviai valdyti apkrovą, reikia pakeisti įtampą MC išėjime. Pavyzdžiui, reguliuoti variklio sūkius, keisti šviesos diodo ryškumą. Ką turėčiau daryti, kad gaučiau bet kokią įtampos vertę nuo 0 iki 100% mikrovaldiklio išvestyje?

Problema išspręsta naudojant impulsų pločio moduliavimo metodą ir taikant oversampling fenomeną, kai nurodytas perjungimo dažnis kelis kartus didesnis už valdomo įrenginio atsaką. Keičiant impulsų darbo ciklą, pasikeičia vidutinė išėjimo įtampos vertė. Paprastai visas procesas vyksta nuo dešimčių iki šimtų kHz, o tai leidžia sklandžiai reguliuoti. Techniškai tai įgyvendinama naudojant PWM valdiklį - specializuotą mikroschemą, kuri yra bet kurios skaitmeninės valdymo sistemos „širdis“. Aktyvus PWM pagrindu veikiančių valdiklių naudojimas yra dėl neabejotinų pranašumų:

• didelis signalo konvertavimo efektyvumas;
• darbo stabilumas;
• taupyti apkrovos sunaudotą energiją;
• žema kaina;
• didelis viso įrenginio patikimumas.

PWM signalą mikrovaldiklio kontaktuose galite priimti dviem būdais: technine ir programine įranga. Kiekvienas MK turi įmontuotą laikmatį, galintį generuoti PWM impulsus tam tikruose kontaktuose. Taip pasiekiamas aparatinės įrangos diegimas. PWM signalo priėmimas naudojant programinės įrangos komandas turi daugiau galimybių raiškos požiūriu ir leidžia naudoti didesnį kontaktų skaičių. Tačiau programinės įrangos metodas sukelia didelę MK apkrovą ir užima daug atminties.

Pažymėtina, kad skaitmeniniame PWM impulsų skaičius per laikotarpį gali būti skirtingas, o patys impulsai gali būti bet kurioje laikotarpio dalyje. Išvesties signalo lygis nustatomas pagal bendrą visų impulsų per periodą trukmę. Reikėtų suprasti, kad kiekvienas papildomas impulsas yra galios tranzistoriaus perėjimas iš atviros būsenos į uždarą būseną, dėl ko perjungimo metu padidėja nuostoliai.

PWM reguliatoriaus naudojimo pavyzdys

Viena iš paprasto PWM reguliatoriaus įdiegimo variantų jau buvo aprašyta anksčiau. Jis pagamintas mikroschemos pagrindu ir turi nedidelį diržą. Tačiau, nepaisant paprastos grandinės konstrukcijos, reguliatorius turi gana platų pritaikymo spektrą: šviesos diodų ryškumo valdymo grandinės, LED juostos, nuolatinės srovės variklių sukimosi greičio reguliavimas.

Taip pat skaitykite

Vienas iš būdų, kaip žymiai sumažinti radijo grandinių galios komponentų šildymo nuostolius, yra įrenginių perjungimo darbo režimų naudojimas. Tokiose sistemose elektros energijos komponentas yra arba atviras – šiuo metu joje praktiškai nėra nulinio įtampos kritimo, arba atviras – šiuo metu į jį tiekiama nulinė srovė. Galios sklaidą galima apskaičiuoti padauginus srovę ir įtampą. Šiuo režimu galima pasiekti apie 75-80% ar didesnį efektyvumą.

Kas yra PWM?

Norint gauti reikiamos formos signalą išėjime, maitinimo jungiklis turi būti atidarytas tik tam tikrą laiką, proporcingą apskaičiuotiems išėjimo įtampos rodikliams. Tai yra impulsų pločio moduliacijos (PWM) principas. Tada tokios formos signalas, susidedantis iš įvairaus pločio impulsų, patenka į filtro sritį, remiantis induktoriumi ir kondensatoriumi. Po konvertavimo išvestis bus beveik idealus reikiamos formos signalas.

PWM taikymo sritis neapsiriboja perjungimo maitinimo šaltiniais, stabilizatoriais ir įtampos keitikliais. Naudojant šį principą kuriant galingą garso stiprintuvą, galima žymiai sumažinti įrenginio energijos sąnaudas, miniatiūrizuoti grandinę ir optimizuoti šilumos perdavimo sistemą. Trūkumai apima vidutinę išvesties signalo kokybę.

PWM signalų formavimas

Sukurti norimos formos PWM signalus yra gana sunku. Tačiau pramonė šiandien gali džiaugtis nuostabiais specialiais lustais, žinomais kaip PWM valdikliai. Jie yra nebrangūs ir visiškai išsprendžia impulso pločio signalo generavimo problemą. Susipažinimas su jų tipine konstrukcija padės naršyti tokių valdiklių struktūrą ir jų naudojimą.

Standartinė PWM valdiklio grandinė turi šiuos išėjimus:

• Bendra išvestis (GND). Jis įgyvendinamas kaip kojelė, kuri yra prijungta prie bendro prietaiso maitinimo grandinės laido.
• Maitinimo kaištis (VC). Atsakingas už grandinės maitinimo tiekimą. Svarbu nepainioti jo su kaimynu panašiu pavadinimu – VCC kaiščiu.
• Galios valdymo kaištis (VCC). Paprastai PWM valdiklio lustas perima galios tranzistorių (dvipolio arba lauko efekto) valdymą. Jei išėjimo įtampa sumažėja, tranzistoriai atsidarys tik iš dalies, o ne visiškai. Greitai įkaista, jie greitai suges, negalės susidoroti su apkrova. Norint atmesti šią galimybę, būtina stebėti maitinimo įtampą mikroschemos įėjime ir neleisti jai viršyti projektinio ženklo. Jei šio kaiščio įtampa nukrenta žemiau nustatytos specialiai šiam valdikliui, valdymo įtaisas išsijungia. Paprastai šis kaištis yra tiesiogiai prijungtas prie VC kaiščio.

Išėjimo valdymo įtampa (OUT)

Mikroschemos kontaktų skaičių lemia jo konstrukcija ir veikimo principas. Ne visada įmanoma iš karto suprasti sudėtingus terminus, bet pabandykime pabrėžti esmę. Ant 2 kaiščių yra mikroschemos, kurios valdo stūmimo ir traukimo (dvigubos rankos) kaskadas (pavyzdžiai: tiltas, pusiau tiltas, 2 taktų atvirkštinis keitiklis). Taip pat yra PWM valdiklių analogų, skirtų vieno galo (vienos rankos) kaskadoms valdyti (pavyzdžiai: pirmyn/atgal, boost/buck, invertuojant).

Be to, išėjimo pakopa gali būti vieno arba dviejų ciklų. Push-pull daugiausia naudojamas valdyti nuo įtampos priklausomą FET. Norint greitai uždaryti, būtina greitai iškrauti vartų šaltinio ir vartų išleidimo kondensatorius. Tam naudojama valdiklio stūmimo išėjimo pakopa, kurios užduotis yra užtikrinti, kad išėjimas būtų trumpinamas į bendrą kabelį, jei reikia uždaryti lauko tranzistorių.

Didelės galios PWM valdikliai taip pat gali turėti išvesties jungiklių valdiklius (tvarkykles). Kaip išvesties jungiklius rekomenduojama naudoti IGBT tranzistorius.

Pagrindinės PWM keitiklių problemos

Naudojant bet kurį įrenginį neįmanoma visiškai pašalinti gedimo galimybės, ir tai taip pat taikoma keitikliams. Dizaino sudėtingumas nesvarbus, net gerai žinomas TL494 PWM valdiklis gali sukelti veikimo problemų. Gedimai yra kitokio pobūdžio – vienus jų galima aptikti akimis, o kitiems aptikti reikalinga speciali matavimo įranga.

Norėdami naudoti PWM valdiklį, turėtumėte susipažinti su pagrindinių įrenginio gedimų sąrašu ir tik vėliau - su jų pašalinimo galimybėmis.

Problemų sprendimas

Viena iš dažniausiai pasitaikančių problemų yra pagrindinių tranzistorių gedimas. Rezultatai matomi ne tik bandant paleisti įrenginį, bet ir jį apžiūrėjus multimetru.

Be to, yra ir kitų gedimų, kuriuos aptikti yra kiek sunkiau. Prieš tiesiogiai tikrindami PWM valdiklį, galite apsvarstyti dažniausiai pasitaikančius gedimų atvejus. Pvz.:

• Valdiklis užstringa po paleidimo - OS kilpos pertrauka, srovės kritimas, problemos su kondensatoriumi filtro išvestyje (jei yra) arba tvarkykle; Galbūt sugedo PWM valdiklio valdymas. Būtina apžiūrėti įrenginį, ar nėra drožlių ir deformacijų, išmatuoti apkrovos rodiklius ir palyginti juos su standartiniais.
• PWM valdiklis neįsijungia – trūksta vienos iš įėjimo įtampų arba įrenginys sugedęs. Gali padėti patikrinti ir išmatuoti išėjimo įtampą arba, kraštutiniu atveju, pakeisti žinomu veikiančiu analogu.
• Išėjimo įtampa skiriasi nuo vardinės įtampos – yra problema su OOS kilpa arba su valdikliu.
• Po paleidimo maitinimo šaltinio PWM pereina į apsaugą, jei raktuose nėra trumpojo jungimo - netinkamas PWM arba tvarkyklių veikimas.
• Nestabilus plokštės veikimas, keistų garsų buvimas - OOS kilpos arba RC grandinės pertrauka, filtro talpos pablogėjimas.

Pagaliau

Universalių ir daugiafunkcinių PWM valdiklių dabar galima rasti beveik visur. Jie tarnauja ne tik kaip neatskiriama daugelio šiuolaikinių įrenginių maitinimo šaltinių dalis – standartiniai kompiuteriai ir kiti kasdieniai įrenginiai. Remiantis valdikliais, kuriamos naujos technologijos, kurios gali žymiai sumažinti išteklių suvartojimą daugelyje žmogaus veiklos sričių. Privačių namų savininkams bus naudingi baterijų įkrovimo valdikliai iš fotovoltinių baterijų, pagrįsti įkrovimo srovės impulsų pločio moduliavimo principu.

Dėl didelio efektyvumo naujų įrenginių, pagrįstų PWM principu, kūrimas yra daug žadantis. Antriniai energijos šaltiniai nėra vienintelė veiklos sritis.

Šiame straipsnyje aprašomos dvi nuolatinės srovės pagrindu veikiančio reguliatoriaus jungimo schemos, kurios įgyvendinamos operacinio stiprintuvo K140UD6 pagrindu.

PWM įtampos reguliatorius 12 voltų - aprašymas

Šių grandinių savybė yra galimybė naudoti praktiškai bet kokius turimus operacinius stiprintuvus, kurių maitinimo įtampa yra 12 voltų, pavyzdžiui, arba.

Pakeitus įtampą neinvertuojančiame operacinio stiprintuvo įėjime (3 kontaktas), galite pakeisti išėjimo įtampą. Taigi šios grandinės gali būti naudojamos kaip srovės ir įtampos reguliatorius, reguliatoriuose ir kaip nuolatinės srovės variklio greičio reguliatorius.

Grandinės yra gana paprastos, jas sudaro paprasti ir prieinami radijo komponentai ir, tinkamai sumontuoti, jie iškart pradeda veikti. Galingas lauko efekto n kanalų tranzistorius naudojamas kaip valdymo jungiklis. Lauko tranzistoriaus galia, taip pat radiatoriaus plotas turi būti parenkami pagal dabartinį apkrovos suvartojimą.

Norint išvengti lauko tranzistoriaus užtvaro gedimo, naudojant PWM reguliatorių, kurio maitinimo įtampa yra 24 voltai, tarp VT2 vartų ir tranzistoriaus VT1 kolektoriaus reikia prijungti 1 kOhm varžą ir prijungti. 15 voltų zenerio diodas lygiagrečiai su varža R7.

Jei reikia pakeisti įtampą apkrovai, kurios vienas iš kontaktų yra prijungtas prie žemės (tai atsitinka automobilyje), tada naudojama grandinė, kurioje yra prijungtas n kanalo lauko tranzistoriaus nutekėjimas prie maitinimo šaltinio pliuso, o apkrova prijungta prie jos šaltinio.

Pageidautina sudaryti sąlygas, kad lauko tranzistorius visiškai atsidarytų, vartų valdymo grandinėje turėtų būti mazgas su padidinta įtampa 27...30 voltų. Šiuo atveju įtampa tarp šaltinio ir vartų bus didesnė nei 15 V.

Jei apkrovos srovės suvartojimas yra mažesnis nei 10 amperų, ​​tada PWM reguliatoriuje galima naudoti galingus lauko efekto p kanalo tranzistorius.

Antroje schemoje PWM įtampos reguliatorius 12 voltų Taip pat keičiasi tranzistoriaus VT1 tipas, keičiasi ir kintamo rezistoriaus R1 sukimosi kryptis. Taigi, pirmojoje grandinės versijoje valdymo įtampos sumažėjimas (rankena pereina į „-“ maitinimo šaltinį) padidina išėjimo įtampą. Antrajame variante viskas yra atvirkščiai.

kravitnik.narod.ru

Nešiojamas USB osciloskopas, 2 kanalai, 40 MHz....

Impulso pločio moduliavimas(PWM, anglų k.) Impulso pločio moduliacija (PWM)) - norimo signalo (daugiapakopis arba nuolatinis) priartinimas prie faktinių dvejetainių signalų (su dviem lygiais - įjungta/išjungti), kad vidutiniškai per tam tikrą laikotarpį jų vertės būtų vienodos. Formaliai tai gali būti parašyta taip:

Kur x(t) – norimas įvesties signalas riboje nuo t1 prieš t2, ir ∆ T i- trukmė i PWM impulsas, kiekvienas su amplitudė A. ∆T i parenkamas taip, kad abiejų dydžių bendrieji plotai (energijos) būtų maždaug vienodi per pakankamai ilgą laikotarpį, o vidutinės dydžių vertės per laikotarpį taip pat būtų vienodos:

Valdomi „lygiai“, kaip taisyklė, yra elektrinės galios parametrai, pavyzdžiui, impulsų keitiklių / pastovios įtampos reguliatorių / arba elektros variklio greitis. Impulsiniams šaltiniams x(t) = U konst stabilizavimas.

Pagrindinė PWM įvedimo priežastis yra savavališkos įtampos_(elektrinės) teikimo sunkumai. Yra tam tikra bazinė pastovi maitinimo įtampa (tinkle, iš baterijų ir pan.) ir jos pagrindu reikia gauti žemesnę savavališką ir naudoti ją elektros varikliams ar kitai įrangai maitinti. Paprasčiausias variantas yra įtampos daliklis, tačiau jis sumažino efektyvumą, padidino šilumos gamybą ir energijos suvartojimą. Kitas variantas yra tranzistoriaus grandinė. Tai leidžia reguliuoti įtampą nenaudojant mechanikos. Bėda ta, kad tranzistoriai labiausiai įkaista būdami pusiau atviri (50%). Ir jei jūs vis dar galite "gyventi" su tokiu efektyvumu, tada šilumos išsiskyrimas, ypač pramoniniu mastu, panaikina visą idėją. Štai kodėl buvo nuspręsta naudoti tranzistoriaus grandinę, bet tik ribinėse būsenose (įjungta / išjungta), o prireikus išlyginti gautą išėjimą LC grandine (filtru). Šis metodas labai taupo energiją. PWM plačiai naudojamas visur. Jei skaitote šį straipsnį LCD monitoriuje (telefonas/PDA/... su LCD foniniu apšvietimu), tai foninio apšvietimo ryškumą valdo PWM. Senesniuose monitoriuose galite sumažinti ryškumą ir išgirsti, kad PWM pradeda girgždėti (labai tylus, kelių kilohercų dažnis). Sklandžiai mirksinčios LED lemputės taip pat „girgžda“, pavyzdžiui, nešiojamuosiuose kompiuteriuose. PWM pypsėjimas labai gerai girdimas naktį tyloje.

Jūs netgi galite naudoti COM prievadą kaip PWM. Nes 0 perduodamas kaip 0 0000 0000 1 (8 duomenų bitai + pradžia/sustabdymas), o 255 kaip 0 1111 1111 1, tada išėjimo įtampos diapazonas yra 10-90 % 10 % žingsniais.

erškėtis- impulso pločio keitiklis, generuojantis PWM signalą pagal tam tikrą valdymo įtampos vertę. Pagrindinis SHIP privalumas yra didelis jo galios stiprintuvų efektyvumas, kuris pasiekiamas juos naudojant išskirtinai perjungimo režimu. Tai žymiai sumažina galios keitiklio (PC) išėjimo galią.

Taikymas

PWM tranzistorius (gali būti ir kitų elementų) naudoja ne tiesiniu, o perjungimo režimu, tai yra, tranzistorius visada yra atviras (išjungtas) arba uždarytas (sotumo būsenoje). Pirmuoju atveju tranzistorius turi beveik begalinę varžą, todėl grandinėje beveik neteka srovė, ir nors tranzistoriaus skersai krenta visa maitinimo įtampa, tai yra, efektyvumas = 0%, absoliučiais skaičiais išskiriama galia tranzistorius lygus nuliui. Antruoju atveju tranzistoriaus varža yra labai maža, todėl įtampos kritimas jame yra artimas nuliui - išleidžiama galia taip pat yra maža.

PWM veikimo principas

PWM yra pastovaus dažnio ir kintamo darbo ciklo impulsinis signalas, ty impulso pasikartojimo laikotarpio ir jo trukmės santykis. Nustatydami darbo ciklą (impulso trukmę) galite pakeisti vidutinę įtampą PWM išėjime.

Generuojamas analoginio komparatoriaus, kurio neigiama įvestis tiekiama atskaitos signalu „pjūklo“ arba „trikampio“ pavidalu, o teigiama įvestis – su faktiniu moduliuotu nuolatiniu analoginiu signalu. Impulsų dažnis atitinka pjūklo „dantukų“ dažnį. Ta periodo dalis, kai įvesties signalas didesnis už atskaitos signalą, išėjimas yra vienas, žemiau jo – nulis.

Skaitmeninėje technologijoje, kurios išėjimai gali turėti tik vieną iš dviejų reikšmių, apytikslis norimo vidutinio išėjimo lygis naudojant PWM yra visiškai natūralus. Grandinė tokia pat paprasta: generuojamas pjūklo signalas N- bitų skaitiklis. Skaitmeniniai įrenginiai (DSHIP) veikia fiksuotu dažniu, paprastai daug didesniu nei kontroliuojamų įrenginių atsakas ( pakartotinis mėginių ėmimas). Laikotarpiais tarp laikrodžio kraštų DSCH išėjimas išlieka stabilus, jis yra žemas arba aukštas, priklausomai nuo skaitmeninio komparatoriaus išėjimo, kuris lygina skaitiklio vertę su artėjančio skaitmeninio signalo lygiu. V(n). Daugelio laikrodžio ciklų išvestis gali būti interpretuojama kaip impulsų serija su dviem galimomis reikšmėmis 0 ir 1, pakeičiant viena kitą kiekvieną laikrodžio ciklą. T. Pavienių impulsų atsiradimo dažnis proporcingas artėjančio signalo ~ lygiui V(n). Vienas po kito sekantys vienetai sudaro vieno platesnio impulso kontūrą. Priimamų kintamo pločio impulsų trukmė ~ V(n), laikrodžio periodo kartotiniai T, o dažnis yra 1/( T*2 N). Žemas dažnis reiškia ilgą, santykinai T, signalo pastovumo periodai tame pačiame lygyje, o tai suteikia mažą impulsų pasiskirstymo vienodumą.

Aprašyta skaitmeninės generavimo grandinė patenka į vieno bito (dviejų lygių) impulsinio kodo moduliacijos apibrėžimą ( PCM). 1 bito PCM PWM terminais galima laikyti impulsų, kurių dažnis yra 1/ T ir plotis 0 arba T. Turima per didelė atranka leidžia pasiekti vidurkį per trumpesnį laikotarpį. Vieno bito PCM tipas, pvz., impulsų tankio moduliacija ( impulsų tankio moduliacija), kuris taip pat vadinamas impulsų dažnio moduliacija.

Nepertraukiamas analoginis signalas atkuriamas aritmetiniu impulsų vidurkiu per daugelį laikotarpių naudojant paprastą žemųjų dažnių filtrą. Nors paprastai net to nereikia, kadangi pavaros elektromechaniniai komponentai turi induktyvumą, o valdymo objektas (OA) turi inerciją, impulsai iš PWM išėjimo išlyginami, o operacinė stiprintuvas – esant pakankamam PWM dažniui. signalas, elgiasi taip, lyg valdytų įprastą analoginį signalą.

taip pat žr

• Vektorinė moduliacija yra vektoriaus impulsų pločio moduliacija, naudojama galios elektronikoje.
• SACD yra garso disko formatas, kuriame naudojamas garso signalo impulsų pločio moduliavimas.

PWM arba PWM (impulso pločio moduliacija) – impulsų pločio moduliacija- Šis metodas skirtas įtampos ir srovės dydžiui valdyti. PWM veiksmas yra pakeisti pastovios amplitudės ir pastovaus dažnio impulso plotį.

PWM reguliavimo savybės naudojamos impulsų keitikliuose, nuolatinės srovės variklių arba šviesos diodų ryškumo valdymo grandinėse.

PWM veikimo principas

PWM veikimo principas, kaip rodo pats pavadinimas, yra pakeisti signalo impulso plotį. Naudojant impulsų pločio moduliavimo metodą, signalo dažnis ir amplitudė išlieka pastovūs. Svarbiausias PWM signalo parametras yra darbo ciklas, kurį galima nustatyti pagal šią formulę:

Taip pat galima pastebėti, kad didelio ir žemo signalo laiko suma lemia signalo periodą:

Kur:

• Tona – aukšto lygio laikas
• Toff – žemo lygio laikas
• T – signalo periodas

Signalo didžiausias ir žemas laikas parodytas apatiniame paveikslėlyje. Įtampa U1 yra aukšto lygio signalo būsena, ty jo amplitudė.

Toliau pateiktame paveikslėlyje yra PWM signalo pavyzdys su konkrečiu aukštu ir žemu laiko intervalu.

PWM darbo ciklo skaičiavimas

PWM darbo ciklo apskaičiavimas naudojant pavyzdį:

Norėdami apskaičiuoti procentinį užpildymo koeficientą, turite atlikti panašius skaičiavimus ir padauginti rezultatą iš 100%:

Kaip matyti iš skaičiavimo, šiame pavyzdyje signalui (aukštam lygiui) būdingas užpildymas, lygus 0,357 arba kitaip 37,5%. Užpildymo koeficientas yra abstrakti reikšmė.

Svarbi impulsų pločio moduliavimo charakteristika taip pat gali būti signalo dažnis, kuris apskaičiuojamas pagal formulę:

Mūsų pavyzdyje T reikšmė turėtų būti paimta sekundėmis, kad formulės vienetai sutaptų. Kadangi dažnio formulė yra 1/sek, tai konvertuokime 800ms į 0,8s.

Dėl galimybės reguliuoti impulso plotį galima keisti, pavyzdžiui, vidutinę įtampos vertę. Toliau pateiktame paveikslėlyje pavaizduoti skirtingi darbo ciklai, išlaikant tą patį signalo dažnį ir tą pačią amplitudę.

Norėdami apskaičiuoti vidutinę PWM įtampą, turite žinoti darbo ciklą, nes vidutinė įtampa yra darbo ciklo ir signalo įtampos amplitudės sandauga.
Pavyzdžiui, darbo ciklas buvo lygus 37,5% (0,357), o įtampos amplitudė U1 = 12V duos vidutinę įtampą Uav:

Šiuo atveju vidutinė PWM signalo įtampa yra 4,5 V.

PWM suteikia labai paprastą galimybę sumažinti įtampą diapazone nuo maitinimo įtampos U1 iki 0. Tai gali būti naudojama, pavyzdžiui, nuolatinės srovės (nuolatinės srovės) variklio, maitinamo vidutine įtampos verte, sukimosi greičiui.

PWM signalas gali būti generuojamas mikrovaldikliu arba analogine grandine. Signalas iš tokių grandinių pasižymi žema įtampa ir labai maža išėjimo srove. Jei reikia reguliuoti galingas apkrovas, reikia naudoti valdymo sistemą, pavyzdžiui, naudojant tranzistorių.

Tai gali būti dvipolis arba lauko tranzistorius. Tolesniuose pavyzdžiuose jis bus naudojamas.

PWM signalas į tranzistoriaus VT1 bazę tiekiamas per rezistorių R1, kitaip tariant, tranzistorius VT1 įsijungia ir išsijungia pasikeitus signalui. Tai panaši į situaciją, kai tranzistorius gali būti pakeistas įprastu jungikliu, kaip parodyta toliau:

Kai jungiklis uždarytas, šviesos diodas maitinamas per rezistorių R2 (srovės ribojimas), kurio įtampa yra 12 V. O kai jungiklis atidarytas, grandinė nutrūksta ir šviesos diodas užgęsta. Toks perjungimas žemu dažniu sukels .

Tačiau jei reikia reguliuoti šviesos diodų intensyvumą, būtina padidinti PWM signalo dažnį, kad būtų galima apgauti žmogaus akį. Teoriškai perjungimas 50 Hz dažniu žmogaus akiai nebėra nematomas, dėl to sumažėja šviesos diodo ryškumas.

Kuo mažesnis darbo ciklas, tuo silpnesnis bus šviesos diodas, nes šviesos diodas degs trumpiau per vieną laikotarpį.

Galima naudoti tą patį principą ir panašią schemą. Tačiau variklio atveju būtina naudoti didesnį perjungimo dažnį (virš 15-20 kHz) dėl dviejų priežasčių.

Pirmasis iš jų yra susijęs su garsu, kurį gali skleisti variklis (nemalonus girgždėjimas). 15-20 kHz dažnis yra teorinė žmogaus ausies girdimumo riba, todėl dažniai, viršijantys šią ribą, bus negirdimi.

Antrasis klausimas susijęs su variklio stabilumu. Varikliui važiuojant žemo dažnio signalu ir žemu darbo ciklu, variklio sūkiai bus nestabilūs arba gali visiškai sustoti. Todėl kuo didesnis PWM signalo dažnis, tuo didesnis vidutinės išėjimo įtampos stabilumas. Taip pat yra mažesnis įtampos pulsavimas.

Tačiau neturėtumėte per daug padidinti PWM signalo dažnio, nes esant dideliems dažniams tranzistorius gali nespėti visiškai atsidaryti ar užsidaryti, o valdymo grandinė neveiks tinkamai. Tai ypač pasakytina apie lauko tranzistorius, kur įkrovimo laikas gali būti gana ilgas, priklausomai nuo konstrukcijos.

Per didelis PWM signalo dažnis taip pat padidina tranzistoriaus nuostolius, nes kiekvienas perjungimas sukelia energijos nuostolius. Valdant dideles sroves aukštais dažniais, būtina pasirinkti greitaeigį tranzistorių su mažu laidumo varža.

Valdydami nepamirškite naudoti diodo, kad apsaugotumėte tranzistorių VT1 nuo indukcijos viršįtampių, atsirandančių, kai tranzistorius yra išjungtas. Dėl diodo naudojimo indukcinis impulsas išleidžiamas per jį ir vidinę variklio varžą, taip apsaugant tranzistorių.