Impulsa platuma modulācija

PWM vai PWM (impulsa platuma modulācija) ir veids, kā kontrolēt slodzes barošanu. Kontrole sastāv no impulsa ilguma maiņas ar nemainīgu impulsa atkārtošanās ātrumu. Impulsa platuma modulācija ir pieejama analogā, digitālā, binārā un trīskāršā veidā.

Impulsa platuma modulācijas izmantošana ļauj palielināt elektrisko pārveidotāju efektivitāti, īpaši impulsu pārveidotājiem, kas mūsdienās veido pamatu dažādu elektronisko ierīču sekundārajiem barošanas avotiem. Flyback un forward viena, push-pull un pustilta, kā arī tilta pārslēgšanas pārveidotāji mūsdienās tiek vadīti ar PWM līdzdalību, tas attiecas arī uz rezonanses pārveidotājiem.

Impulsa platuma modulācija ļauj pielāgot mobilo tālruņu, viedtālruņu, klēpjdatoru šķidro kristālu displeju fona apgaismojuma spilgtumu. PWM ir ieviests metināšanas iekārtas, automašīnu invertoros, lādētājos utt. Katrs lādētājs mūsdienās savā darbībā izmanto PWM.

Taustiņu režīma bipolārie un lauka efekta tranzistori tiek izmantoti kā komutācijas elementi mūsdienu augstfrekvences pārveidotājos. Tas nozīmē, ka daļu perioda tranzistors ir pilnībā atvērts un daļu perioda tas ir pilnībā aizvērts.

Un tā kā pārejas stāvokļos, kas ilgst tikai desmitiem nanosekundes, slēdža izdalītā jauda ir maza, salīdzinot ar pārslēgto jaudu, kā rezultātā vidējā jauda, ​​kas izdalās siltuma veidā uz slēdža, izrādās niecīga. Šajā gadījumā slēgtā stāvoklī tranzistora kā slēdža pretestība ir ļoti maza, un sprieguma kritums tajā tuvojas nullei.

Atvērtā stāvoklī tranzistora vadītspēja ir tuvu nullei un strāva caur to praktiski neplūst. Tas ļauj izveidot kompaktus pārveidotājus ar augstu efektivitāti, tas ir, ar zemiem siltuma zudumiem. ZCS (Zero Current Switching) rezonanses pārveidotāji samazina šos zudumus.

Analoga tipa PWM ģeneratoros vadības signālu ģenerē analogais komparators, kad, piemēram, trijstūra vai triodes signāls tiek pievadīts komparatora invertējošajai ieejai un nepārtraukts modulējošs signāls neinvertējošajai ieejai.

Tiek saņemti izejas impulsi taisnstūrveida, to atkārtošanās ātrums ir vienāds ar zāģa frekvenci (vai trīsstūrveida viļņu formu), un impulsa pozitīvās daļas ilgums ir saistīts ar laiku, kurā modulējošā līdzstrāvas signāla līmenis tiek pievadīts neinvertējošajai ieejai. komparators ir augstāks par zāģa signāla līmeni, kas tiek padots uz apgriezto ieeju.Kad zāģa spriegums ir augstāks par modulācijas signālu, izeja būs impulsa negatīvā daļa.

Ja zāģis tiek pielietots salīdzinājuma neinvertējošajai ieejai, bet modulējošais signāls tiek pielietots invertējošajam, tad kvadrātviļņu izejas impulsiem būs pozitīva vērtība, ja zāģa spriegums ir lielāks par modulējošā signāla vērtību. tiek pielietots invertējošajai ieejai, un negatīvs - ja zāģa spriegums ir zemāks par modulācijas signālu. Analogās PWM ģenerēšanas piemērs ir TL494 mikroshēma, ko mūsdienās plaši izmanto komutācijas barošanas avotu būvniecībā.

Digitālo PWM izmanto binārajā digitālajā tehnoloģijā. Arī izejas impulsiem ir tikai viena no divām vērtībām (ieslēgta vai izslēgta), un vidējais izvades līmenis tuvojas vēlamajam. Šeit zāģa zoba signālu iegūst, izmantojot N-bitu skaitītāju.

PWM digitālās ierīces darbojas arī ar nemainīgu frekvenci, obligāti pārsniedzot vadāmās ierīces reakcijas laiku, šo pieeju sauc par pārtveršanu. Starp pulksteņa malām digitālā PWM izeja paliek stabila, augsta vai zema, atkarībā no digitālā komparatora izejas pašreizējā stāvokļa, kas salīdzina skaitītāja signāla un aptuvenā digitālā signāla līmeņus.

Izvade tiek iestatīta kā impulsu secība ar stāvokļiem 1 un 0, katrs pulksteņa stāvoklis var būt vai nevar būt apgriezts. Impulsu frekvence ir proporcionāla tuvojošā signāla līmenim, un secīgas vienības var veidot plašāku, garāku impulsu.

Iegūtie mainīgā platuma impulsi būs pulksteņa perioda daudzkārtņi, un frekvence būs vienāda ar 1/2NT, kur T ir pulksteņa periods, N ir pulksteņa ciklu skaits. Šeit ir iespējama zemāka frekvence pulksteņa frekvences izteiksmē. Aprakstītā digitālās ģenerēšanas shēma ir viena bita vai divu līmeņu PWM, impulsa kodēta PCM modulācija.

Šī divpakāpju impulsu kodētā modulācija būtībā ir impulsu secība ar frekvenci 1/T un platumu T vai 0. Pārmēru izmanto, lai iegūtu vidējo ilgākā laika periodā. Augstas kvalitātes PWM tiek panākts ar viena bita impulsa blīvo modulāciju, ko sauc arī par impulsa frekvences modulāciju.

Digitālajā impulsa platuma modulācijā taisnstūrveida apakšimpulsi, kas aizpilda periodu, var parādīties jebkurā perioda vietā, un tad tikai to skaits ietekmē perioda signāla vidējo vērtību. Tātad, ja mēs sadalām periodu 8 daļās, tad impulsu kombinācijas 11001100, 11110000, 11000101, 10101010 utt. sniegs tādu pašu perioda vidējo rādītāju, bet atsevišķas vienības padara atslēgas tranzistora darba ciklu smagāku.

Elektronikas gaismekļi, runājot par PWM, sniedz līdzīgu analoģiju ar mehāniku. Ja pagriežat smagu spararatu ar dzinēju pēc tam, kad dzinēju var ieslēgt vai izslēgt, spararats vai nu griezīsies un turpinās griezties, vai apstāsies berzes dēļ, kad dzinējs ir izslēgts.

Bet, ja dzinējs tiek ieslēgts dažas sekundes minūtē, tad spararata griešanās tiks saglabāta inerces dēļ pie noteikta ātruma. Un jo ilgāk dzinējs ir ieslēgts, jo lielāks ir spararata griešanās ātrums.Tātad, izmantojot PWM, izejā nonāk ieslēgšanas un izslēgšanas signāls (0 un 1), un rezultāts ir vidējā vērtība. Integrējot impulsu spriegumu laika gaitā, mēs iegūstam laukumu zem impulsiem, un ietekme uz darba ķermeni būs identiska darbam ar vidējo sprieguma vērtību.

Šādi darbojas pārveidotāji, kur pārslēgšana notiek tūkstošiem reižu sekundē, un frekvences sasniedz megahercu vienības. Speciālie PWM kontrolieri tiek plaši izmantoti, lai kontrolētu enerģijas taupīšanas spuldžu, barošanas avotu, motoru frekvences pārveidotāji utt.

Impulsa perioda kopējā ilguma attiecību pret ieslēgšanās laiku (impulsa pozitīvo daļu) sauc par darba ciklu. Tātad, ja ieslēgšanas laiks ir 10 μs un periods ilgst 100 μs, tad ar frekvenci 10 kHz darba cikls būs 10, un viņi raksta, ka S = 10. Apgriezto darba ciklu sauc par darba ciklu. cikls, angļu valodā Duty cycle vai saīsināti DC.

Tātad dotajā piemērā DC = 0,1, jo 10/100 = 0,1. Ar impulsa platuma modulāciju, regulējot impulsa darba ciklu, tas ir, mainot līdzstrāvu, tiek sasniegta nepieciešamā vidējā vērtība elektroniskas vai citas elektriskās ierīces, piemēram, motora, izejā.