Ano ang PWM - Pulse Width Modulation

Ang modulasyon ay isang non-linear electrical process kung saan ang mga parameter ng isang signal (carrier) ay binago gamit ang isa pang signal (modulating, information). Sa teknolohiya ng komunikasyon, ang frequency, amplitude, at phase modulation ay malawakang ginagamit. Sa power electronics at microprocessor na teknolohiya, ang pulse-width modulation ay naging laganap.

Ano ang PWM (Pulse Width Modulation)

Sa pulse-width modulation ng orihinal na signal, ang amplitude, frequency at phase ng orihinal na signal ay nananatiling hindi nagbabago. Ang tagal (lapad) ng hugis-parihaba na pulso ay maaaring magbago sa ilalim ng pagkilos ng signal ng impormasyon. Sa Ingles na teknikal na panitikan, ito ay dinaglat bilang PWM - pulse-width modulation.

Paano gumagana ang PWM

Ang pulse width modulated signal ay nabuo sa dalawang paraan:

• analog;
• digital.

Gamit ang analog na paraan ng paglikha ng isang PWM signal, isang carrier sa anyo ng isang sawtooth o triangular signal ay fed sa isang inverting input ng paghahambing, at impormasyon - sa hindi pagbabaligtad. Kung ang instantaneous carrier level ay mas mataas kaysa sa modulating signal, ang output ng comparator ay zero, kung mas mababa - isa. Ang output ay isang discrete signal na may dalas na tumutugma sa dalas ng carrier triangle o saw, at isang haba ng pulso na proporsyonal sa antas ng modulating na boltahe.

Bilang halimbawa, ang pulse width modulation ng isang triangular na signal ay linearly na tumataas. Ang tagal ng output pulses ay proporsyonal sa antas ng output signal.

Available din ang mga analog na PWM controller sa anyo ng mga yari na microcircuits, sa loob kung saan naka-install ang isang comparator at isang carrier generation circuit. May mga input para sa pagkonekta ng mga panlabas na elemento ng setting ng frequency at pagbibigay ng signal ng impormasyon. Ang isang signal ay tinanggal mula sa output na kumokontrol sa makapangyarihang mga dayuhang key. Mayroon ding mga input para sa feedback - kailangan ang mga ito upang mapanatili ang mga set na parameter ng kontrol. Ganito, halimbawa, ang TL494 chip. Para sa mga kaso kung saan ang kapangyarihan ng consumer ay medyo maliit, ang mga PWM controller na may mga built-in na key ay magagamit. Ang panloob na key ng LM2596 microcircuit ay idinisenyo para sa kasalukuyang hanggang 3 amperes.

Ang digital na pamamaraan ay isinasagawa gamit ang mga dalubhasang microcircuits o microprocessors. Ang haba ng pulso ay kinokontrol ng panloob na programa. Maraming mga microcontroller, kabilang ang sikat na PIC at AVR, ay may built-in na module para sa pagpapatupad ng hardware ng PWM "on board", upang makatanggap ng signal ng PWM, kailangan mong i-activate ang module at itakda ang mga parameter ng operasyon nito.Kung ang naturang module ay hindi magagamit, kung gayon ang PWM ay maaaring maayos na maayos sa pamamagitan ng software, hindi ito mahirap. Ang pamamaraang ito ay nagbibigay ng higit na kapangyarihan at kalayaan sa pamamagitan ng flexible na paggamit ng mga output, ngunit gumagamit ng mas maraming mapagkukunan ng controller.

Mga katangian ng signal ng PWM

Ang mahahalagang katangian ng PWM signal ay:

• amplitude (U);
• dalas (f);
• duty cycle (S) o duty cycle D.

Ang amplitude sa volts ay nakatakda depende sa load. Dapat itong magbigay ng na-rate na boltahe ng supply ng mamimili.

Ang dalas ng signal na binago ng lapad ng pulso ay pinili mula sa mga sumusunod na pagsasaalang-alang:

1. Kung mas mataas ang dalas, mas mataas ang katumpakan ng kontrol.
2. Ang dalas ay hindi dapat mas mababa kaysa sa oras ng pagtugon ng device na kinokontrol ng PWM, kung hindi, magaganap ang mga kapansin-pansing ripples ng kinokontrol na parameter.
3. Kung mas mataas ang dalas, mas mataas ang mga pagkalugi sa paglipat. Ito ay nagmumula sa katotohanan na ang oras ng paglipat ng susi ay may hangganan. Sa naka-lock na estado, ang lahat ng supply boltahe ay bumaba sa pangunahing elemento, ngunit halos walang kasalukuyang. Sa bukas na estado, ang buong kasalukuyang pag-load ay dumadaloy sa susi, ngunit ang pagbaba ng boltahe ay maliit, dahil ang resistensya ng throughput ay ilang ohms. Sa parehong mga kaso, ang pagwawaldas ng kapangyarihan ay bale-wala. Ang paglipat mula sa isang estado patungo sa isa pa ay nangyayari nang mabilis, ngunit hindi kaagad. Sa proseso ng pag-unlock-locking, ang isang malaking boltahe ay bumababa sa isang bahagyang bukas na elemento at sa parehong oras ang isang makabuluhang kasalukuyang dumadaloy sa pamamagitan nito. Sa oras na ito, ang dissipated power ay umabot sa mataas na halaga. Ang panahong ito ay maikli, ang susi ay walang oras upang magpainit nang malaki.Ngunit sa isang pagtaas sa dalas ng naturang mga agwat ng oras sa bawat yunit ng oras, ito ay nagiging higit pa, at ang pagkawala ng init ay tumataas. Samakatuwid, upang bumuo ng mga susi, mahalagang gumamit ng mabilis na mga elemento.
4. Kapag nagmamaneho de-kuryenteng motor ang dalas ay kailangang alisin mula sa lugar na naririnig ng isang tao - 25 kHz pataas. Dahil sa mas mababang dalas ng PWM, nangyayari ang isang hindi kasiya-siyang sipol.

Ang mga kinakailangang ito ay madalas na salungat sa isa't isa, kaya ang pagpili ng dalas sa ilang mga kaso ay isang kompromiso.

Ang halaga ng modulasyon ay nagpapakilala sa siklo ng tungkulin. Dahil pare-pareho ang rate ng pag-uulit ng pulso, pare-pareho din ang tagal ng panahon (T=1/f). Ang panahon ay binubuo ng isang salpok at isang paghinto, pagkakaroon ng isang tagal, ayon sa pagkakabanggit, t_imp at t_huminto, at t_imp+t_huminto=T. Ang duty cycle ay ang ratio ng tagal ng pulso sa panahon - S \u003d t_imp/T. Ngunit sa pagsasagawa, naging mas maginhawang gamitin ang katumbas na halaga - ang fill factor: D=1/S=T/t_imp. Ito ay mas maginhawa upang ipahayag ang fill factor bilang isang porsyento.

Ano ang pagkakaiba ng PWM at SIR

Sa dayuhang teknikal na panitikan walang pagkakaiba sa pagitan ng pulse-width modulation at pulse-width regulation (PWR). Sinusubukan ng mga espesyalista sa Russia na makilala ang mga konseptong ito. Sa katunayan, ang PWM ay isang uri ng modulasyon, iyon ay, ang mga pagbabago sa signal ng carrier sa ilalim ng impluwensya ng isa pa, modulate ng isa. Ang signal ng carrier ay gumaganap bilang isang carrier ng impormasyon, at ang modulating signal ay nagtatakda ng impormasyong ito. At ang regulasyon ng pulse-width ay ang regulasyon ng load mode gamit ang PWM.

Mga dahilan at aplikasyon ng PWM

Ang prinsipyo ng pulse width modulation ay ginagamit sa mga speed controller ng malalakas na asynchronous na motor. Sa kasong ito, ang adjustable frequency modulating signal (single-phase o three-phase) ay nabuo ng isang low-power sine wave generator at ipinatong sa carrier sa analog na paraan. Ang output ay isang PWM signal, na pinapakain sa mga susi ng kinakailangang kapangyarihan. Pagkatapos ay maaari mong ipasa ang resultang pagkakasunud-sunod ng mga pulso sa pamamagitan ng isang low-pass na filter, halimbawa, sa pamamagitan ng isang simpleng RC circuit, at piliin ang orihinal na sinusoid. O magagawa mo nang wala ito - natural na magaganap ang pagsasala dahil sa pagkawalang-galaw ng makina. Malinaw, mas mataas ang dalas ng carrier, mas malapit ang output waveform sa orihinal na sinusoid.

Ang isang natural na tanong ay lumitaw - bakit imposibleng palakasin kaagad ang signal ng generator, halimbawa, gamit ang malalakas na transistor? Dahil ang isang regulating element na tumatakbo sa isang linear mode ay muling mamamahagi ng kapangyarihan sa pagitan ng load at ng susi. Sa kasong ito, ang makabuluhang kapangyarihan ay nasayang sa pangunahing elemento. Kung ang isang malakas na elemento ng kontrol ay gumagana sa isang key mode (trinistor, triac, RGBT transistor), kung gayon ang kapangyarihan ay ipinamamahagi sa paglipas ng panahon. Ang mga pagkalugi ay magiging mas mababa, at ang kahusayan ay magiging mas mataas.

Sa digital na teknolohiya, walang partikular na alternatibo sa regulasyon ng pulse-width. Ang amplitude ng signal ay pare-pareho doon, ang boltahe at kasalukuyang ay maaaring mabago lamang sa pamamagitan ng pag-modulate ng carrier kasama ang lapad ng pulso at kasunod na pag-average nito. Samakatuwid, ang PWM ay ginagamit upang ayusin ang boltahe at kasalukuyang sa mga bagay na maaaring mag-average ng signal ng pulso. Ang pag-average ay nangyayari sa iba't ibang paraan:

1. dahil sa load inertia.Kaya, ang thermal inertia ng mga thermoelectric heaters at incandescent lamp ay nagpapahintulot sa mga regulated na bagay na hindi kapansin-pansing lumamig sa mga paghinto sa pagitan ng mga pulso.
2. Dahil sa inertia of perception. Ang LED ay may oras upang lumabas mula sa pulso hanggang sa pulso, ngunit hindi ito napapansin ng mata ng tao at nakikita ito bilang isang pare-parehong glow na may iba't ibang intensity. Ang prinsipyong ito ay ginagamit upang kontrolin ang liwanag ng mga tuldok ng LED monitor. Ngunit ang hindi mahahalata na pagkurap na may dalas na ilang daang hertz ay naroroon pa rin at nagdudulot ng pagkapagod sa mata.
3. dahil sa mechanical inertia. Ang ari-arian na ito ay ginagamit sa kontrol ng brushed DC motors. Sa tamang napiling dalas ng regulasyon, ang motor ay walang oras na pabagalin sa mga patay na paghinto.

Samakatuwid, ang PWM ay ginagamit kung saan ang average na halaga ng boltahe o kasalukuyang gumaganap ng isang mapagpasyang papel. Bilang karagdagan sa mga karaniwang kaso na nabanggit, kinokontrol ng pamamaraan ng PWM ang average na kasalukuyang sa mga welding machine at charger ng baterya, atbp.

Kung hindi posible ang natural na pag-average, sa maraming pagkakataon ang papel na ito ay maaaring kunin ng nabanggit na low-pass na filter (LPF) sa anyo ng isang RC chain. Para sa mga praktikal na layunin, ito ay sapat na, ngunit dapat itong maunawaan na imposibleng ihiwalay ang orihinal na signal mula sa PWM gamit ang isang low-pass na filter nang walang pagbaluktot. Pagkatapos ng lahat, ang PWM spectrum ay naglalaman ng walang katapusang bilang ng mga harmonika na hindi maiiwasang mahuhulog sa passband ng filter. Samakatuwid, ang isa ay hindi dapat bumuo ng mga ilusyon tungkol sa hugis ng reconstructed sinusoid.

Napakahusay at epektibong kontrol ng PWM RGB LED. Ang device na ito ay may tatlong p-n junctions - pula, asul, berde.Sa pamamagitan ng hiwalay na pagbabago sa liwanag ng glow ng bawat channel, maaari kang makakuha ng halos anumang kulay ng LED glow (maliban sa purong puti). Ang mga posibilidad para sa paglikha ng mga lighting effect na may PWM ay walang katapusan.

Ang pinakakaraniwang aplikasyon ng isang pulse width modulated digital signal ay upang kontrolin ang average na kasalukuyang o boltahe na dumadaloy sa isang load. Ngunit ang hindi karaniwang paggamit ng ganitong uri ng modulasyon ay posible rin. Ang lahat ay nakasalalay sa imahinasyon ng developer.

Mga katulad na artikulo: