PWM - impulsi laiuse modulatsiooni põhimõte on impulsi laiuse muutmine, säilitades samal ajal konstantse impulsi kordussageduse. Impulsside amplituud jääb muutumatuks.
Impulsi laiuse reguleerimist kasutatakse seal, kus on vaja reguleerida koormusele antavat võimsust. Näiteks alalisvoolu elektrimootorite juhtimisahelates, impulssmuundurites, LED-lampide heleduse reguleerimiseks, LCD-ekraanide, nutitelefonide ja tahvelarvutite kuvarite jms jaoks.
Enamik elektroonikaseadmete sekundaarseid toiteallikaid on praegu ehitatud impulssmuundurite baasil, impulsi laiusmodulatsiooni kasutatakse ka madalsageduslike (heli) klassi D võimendites, keevitusseadmetes, autoakulaadijates, inverterites jne. PWM võimaldab teil suurendada koefitsienti kasulik tegevus sekundaarsete toiteallikate (efektiivsus) võrreldes analoogseadmete madala efektiivsusega.
Impulsi laiuse modulatsioon võib olla analoog- või digitaalne.
Analoogimpulsi laiuse modulatsioon
Nagu eespool mainitud, on signaali sagedus ja selle amplituud PWM-iga alati konstantsed. PWM-signaali üks olulisemaid parameetreid on töötsükkel, mis võrdub impulsi kestuse suhtega t pulsi perioodile T. D = t/T . Seega, kui meil on PWM-signaal impulsi kestusega 300 μs ja impulsi perioodiga 1000 μs, on töötsükkel 300/1000 = 0,3. Täitetegurit väljendatakse ka protsentides, mille puhul korrutatakse täitmistegur 100%-ga. Ülaltoodud näidet kasutades on täitmistegur protsentuaalne 0,3 x 100% = 30%.
Impulsi töötsükkel on impulsi perioodi ja nende kestuse suhe, st. täiteteguri pöördväärtus. S = T/t .
Signaali sagedus on defineeritud kui impulsi perioodi pöördväärtus ja see tähistab täielike impulsside arvu 1 sekundi jooksul. Ülaltoodud näite puhul on perioodiga 1000 µs = 0,001 s sagedus F= 1/0,001 – 1000 (Hz).
PWM-i tähendus on keskmise pinge väärtuse reguleerimine töötsükli muutmisega. Keskmine pinge väärtus on võrdne töötsükli ja pinge amplituudi korrutisega. Seega, kui töötsükkel on 0,3 ja pinge amplituudiga 12 V, on keskmine pinge väärtus 0,3 x 12 = 3,6 (V). Kui töötsükkel muutub teoreetiliselt võimalikus vahemikus 0% kuni 100%, muutub pinge vahemikus 0 kuni 12 V, s.o. Impulsi laiuse modulatsioon võimaldab reguleerida pinget vahemikus 0 kuni signaali amplituudini. Seda kasutatakse alalisvoolumootori pöörlemiskiiruse või lambi heleduse reguleerimiseks.
PWM-signaali genereerib mikrokontroller või analoogskeem. See signaal juhib tavaliselt suure võimsusega koormust, mis on ühendatud toiteallikaga bipolaarse või väljatransistori lülitusahela kaudu. Lülitusrežiimis on pooljuhtseade kas avatud või suletud ning vahepealne olek elimineeritakse. Mõlemal juhul hajub lülitile tühine soojusvõimsus. Kuna see võimsus on võrdne lülitit läbiva voolu ja selle pingelanguse korrutisega ning esimesel juhul on lülitit läbiv vool nullilähedane ja teisel juhul pinge.
Üleminekuseisundites on olulise voolu läbimisel lülitil märkimisväärne pinge, st. Märkimisväärne on ka hajutatud soojusvõimsus. Seetõttu on võtmena vaja kasutada väikese inertsiga pooljuhtseadmeid, millel on kiire lülitusaeg, suurusjärgus kümneid nanosekundeid.
Kui võtmeahel juhib LED-i, siis madala signaalisageduse korral vilgub LED PWM-signaali pinge muutumisega samal ajal. Signaali sagedustel üle 50 Hz sulanduvad pilgud inimese nägemise inertsuse tõttu. LED-i üldine heledus hakkab sõltuma täitetegurist – mida madalam on täitmistegur, seda nõrgemini LED helendab.
Alalisvoolumootori pöörlemiskiiruse reguleerimisel PWM-i abil peab PWM-sagedus olema väga kõrge ja väljaspool kuuldavate helisageduste vahemikku, s.t. ületada 15-20 kHz, vastasel juhul hakkab mootor "heli" tekitama PWM-sagedusel kõrvu ärritavat piiksumist. Sagedusest sõltub ka mootori stabiilsus. Madala sagedusega PWM-signaal madala töötsükliga põhjustab mootori ebastabiilse töö ja isegi võimaliku mootori seiskumise.
Seega on mootori juhtimisel soovitav PWM-signaali sagedust suurendada, kuid ka siin on piir, mille määravad pooljuhtlüliti inertsiaalsed omadused. Kui võti lülitub viivitusega, hakkab juhtimisahel töötama vigadega. Energiakadude vältimiseks ja impulssmuunduri kõrge efektiivsuse saavutamiseks peab pooljuhtlülitil olema suur kiirus ja madal juhtivustakistus.
PWM-väljundi signaali saab keskmistada ka lihtsa madalpääsfiltri abil. Mõnikord saate ilma selleta hakkama, kuna sellel on teatud elektriline induktiivsus ja mehaaniline inerts. PWM-signaalide silumine toimub loomulikult, kui PWM-i sagedus ületab juhitava seadme reageerimisaja.
PWM-i saab realiseerida kasutades kahte sisendit, millest ühte varustatakse abigeneraatori perioodilise saehamba või kolmnurkse signaaliga ja teist moduleeriva juhtsignaaliga. PWM-impulsi positiivse osa kestus määratakse aja järgi, mille jooksul komparaatori ühte sisendisse antud juhtsignaali tase ületab komparaatori teise sisendisse antava abigeneraatori signaali taseme.
Kui abigeneraatori pinge on juhtsignaali pingest kõrgem, on komparaatori väljundil impulsi negatiivne osa.
Perioodiliste ristkülikukujuliste signaalide töötsükkel komparaatori väljundis ja seega ka regulaatori keskmine pinge sõltub moduleeriva signaali tasemest ning sageduse määrab abigeneraatori signaali sagedus.
Digitaalne impulsi laiuse modulatsioon
On olemas teatud tüüpi PWM, mida nimetatakse digitaalseks PWM-iks. Sel juhul täidetakse signaali periood ristkülikukujuliste alamimpulssidega ja alamimpulsside arv perioodis on reguleeritud, mis määrab perioodi keskmise signaali väärtuse.
Digitaalses PWM-is võivad perioodi täitvad alamimpulsid (või "üks") ilmuda perioodi kõikjal. Perioodi keskmise pinge väärtuse määrab ainult nende arv, samas kui alamimpulsid võivad üksteise järel järgneda ja ühineda. Eraldi alamimpulsid viivad võtme karmima töörežiimini.
Digitaalse PWM-signaali allikana saate kasutada arvuti COM-porti, millel on 10-bitine väljundsignaal. Arvestades 8 infobitti ja 2 start/stopp bitti, sisaldab COM-pordi signaal 1 kuni 9 “üht”, mis võimaldab reguleerida pinget vahemikus 10-90% toitepingest 10% sammuga. .
Paljude erinevate tehnoloogiatega töötades tekib sageli küsimus: kuidas hallata saadaolevat võimsust? Mida teha, kui seda on vaja langetada või tõsta? Vastus neile küsimustele on PWM-regulaator. Mis ta on? Kus seda kasutatakse? Ja kuidas sellist seadet ise kokku panna?
Mis on impulsi laiuse modulatsioon?
Ilma selle mõiste tähendust täpsustamata pole mõtet jätkata. Seega on impulsi laiuse modulatsioon koormusele antava võimsuse juhtimise protsess, mis viiakse läbi impulsside töötsükli muutmise teel, mida tehakse konstantsel sagedusel. Impulsi laiuse modulatsiooni on mitut tüüpi:
1. Analoog.
2. Digitaalne.
3. Binaarne (kahetasandiline).
4. Trinity (kolmetasandiline).
Mis on PWM regulaator?
Nüüd, kui me teame, mis on impulsi laiuse modulatsioon, võime rääkida artikli põhiteemast. PWM-regulaatorit kasutatakse toitepinge reguleerimiseks ja võimsate inertsiaalsete koormuste vältimiseks autodes ja mootorratastes. See võib tunduda keeruline ja seda on kõige parem selgitada näitega. Oletame, et peate panema sisevalgustuse lambid oma heledust muutma mitte kohe, vaid järk-järgult. Sama kehtib ka küljetulede, auto esitulede või ventilaatorite kohta. Seda soovi saab realiseerida transistori pingeregulaatori (parameetrilise või kompensatsiooni) paigaldamisega. Kuid suure voolu korral toodab see äärmiselt suurt võimsust ja nõuab täiendavate suurte radiaatorite paigaldamist või lisamist sundjahutussüsteemi kujul, kasutades arvutiseadmest eemaldatud väikest ventilaatorit. Nagu näete, on sellel teel palju tagajärgi, millest tuleb üle saada.
Tõeline pääste sellest olukorrast oli PWM-regulaator, mis töötab võimsatel väljaefektilistel jõutransistoridel. Nad suudavad lülitada suuri voolusid (kuni 160 amprit) ainult 12-15 V paisupingega. Tuleb märkida, et avatud transistori takistus on üsna madal ja tänu sellele saab võimsuse hajumise taset oluliselt vähendada. Oma PWM-regulaatori loomiseks vajate juhtahelat, mis suudab tagada allika ja värava vahelise pinge erinevuse vahemikus 12–15 V. Kui seda ei ole võimalik saavutada, suureneb kanali takistus oluliselt ja võimsuse hajumine suureneb oluliselt. Ja see võib omakorda põhjustada transistori ülekuumenemise ja rikke.
PWM-regulaatorite jaoks toodetakse terve rida mikroskeeme, mis taluvad sisendpinge tõusu tasemeni 25–30 V, hoolimata asjaolust, et toiteallikas on ainult 7–14 V. See võimaldab väljundtransistori ahelas koos ühise äravooluga sisse lülitada. See on omakorda vajalik ühise miinusega koormuse ühendamiseks. Näited hõlmavad järgmisi näidiseid: L9610, L9611, U6080B ... U6084B. Enamik koormusi ei võta rohkem kui 10 amprit voolu, seega ei saa need põhjustada pinge langust. Selle tulemusena saate pinget suurendava lisaseadme kujul kasutada lihtsaid vooluringe ilma muutmiseta. Ja just neid PWM-regulaatorite näidiseid käsitletakse artiklis. Neid saab ehitada asümmeetrilise või ooterežiimi multivibraatori baasil. Tasub rääkida PWM-mootori kiiruse regulaatorist. Sellest lähemalt hiljem.
Skeem nr 1
See PWM-kontrolleri ahel pandi kokku CMOS-kiibimuundurite abil. See on ristkülikukujuline impulssgeneraator, mis töötab kahel loogilisel elemendil. Tänu dioodidele muutub siin sageduse seadistuskondensaatori tühjenemise ja laengu ajakonstant eraldi. See võimaldab teil muuta väljundimpulsside töötsüklit ja selle tulemusena koormuse juures oleva efektiivse pinge väärtust. Selles skeemis on võimalik kasutada mis tahes inverteerivaid CMOS elemente, samuti NOR ja AND.Näiteks K176PU2, K561LN1, K561LA7, K561LE5. Võite kasutada ka muid tüüpe, kuid enne seda peate hoolikalt mõtlema, kuidas nende sisendeid õigesti rühmitada, et nad saaksid määratud funktsioone täita. Skeemi eelisteks on elementide ligipääsetavus ja lihtsus. Puuduseks on muutmise keerukus (peaaegu võimatus) ja ebatäiuslikkus väljundpinge vahemiku muutmisel.
Skeem nr 2
Sellel on paremad omadused kui esimesel proovil, kuid seda on keerulisem rakendada. Saab reguleerida efektiivset koormuse pinget vahemikus 0-12V, milleni see muutub algväärtuselt 8-12V. Maksimaalne vool sõltub väljatransistori tüübist ja võib ulatuda oluliste väärtusteni. Arvestades, et väljundpinge on proportsionaalne juhtsisendiga, saab seda vooluahelat kasutada juhtimissüsteemi osana (temperatuuri taseme säilitamiseks).
Levimise põhjused
Mis köidab autohuvilisi PWM-kontrolleri juures? Tuleb märkida, et elektroonikaseadmete sekundaarsete ehitamisel soovitakse tõhusust tõsta. Tänu sellele omadusele võib seda tehnoloogiat leida ka arvutimonitoride, telefonide, sülearvutite, tahvelarvutite jms seadmete kuvarite valmistamisel, mitte ainult autodes. Samuti tuleb märkida, et see tehnoloogia on kasutamisel oluliselt odav. Samuti, kui otsustate PWM-kontrolleri mitte osta, vaid ise kokku panna, saate oma auto täiustamisel raha säästa.
Järeldus
Noh, nüüd teate, mis on PWM-võimsuse regulaator, kuidas see töötab, ja saate isegi sarnaseid seadmeid ise kokku panna. Seega, kui soovite katsetada oma auto võimalusi, on selle kohta öelda ainult üks asi - tehke seda. Lisaks saate siin esitatud diagramme mitte ainult kasutada, vaid ka asjakohaste teadmiste ja kogemuste olemasolul neid oluliselt muuta. Kuid isegi kui kõik ei õnnestu esimesel korral, võite omandada väga väärtusliku asja - kogemuse. Kes teab, kus see järgmiseks kasuks võib tulla ja kui oluline on selle kohalolek.
Impulsilaiuse modulatsiooni (PWM) meetod on AU väljundpinge kvaliteedi parandamisel üks tõhusamaid. Meetodi põhiidee seisneb selles, et väljundpinge kõver moodustatakse kõrgsageduslike impulsside jada kujul, mille kestus varieerub (moduleerub) vastavalt teatud seadusele, enamasti sinusoidaalselt. Impulsi kordussagedust nimetatakse kandesageduseks (või taktsageduseks) ja sagedust, millega impulsi kestus muutub, modulatsioonisageduseks. Kuna kandesagedus on tavaliselt modulatsioonisagedusest oluliselt kõrgem, on väljundpinge spektris esinevad harmoonilised, mis on kandesageduse mitmekordsed, vastava filtri abil suhteliselt kergesti maha surutud.
Praegu on teada üsna mitut tüüpi PWM-i, mis on klassifitseeritud erinevate kriteeriumide järgi. Näiteks väljundpinge impulsside tüübi alusel eristatakse modulatsiooni unipolaarset ja bipolaarset. Lihtsaim näide bipolaarsest modulatsioonist on ühefaasilises poolsild-inverteri ahelas rakendatud protsessid (joonis 4.9). Võimsustransistoride alustele antud juhtimpulsid, nagu on näidatud joonisel 4.9(b), moodustatakse moduleeriva madalsagedusliku pinge võrdlemisel saehamba tugipingega, mille sagedus on kandesagedus.
Oletame, et juhtimissüsteem on korraldatud nii, et kui tugipinge hetkväärtus on suurem kui moduleeriva pinge väärtus, siis lülitatakse sisse transistor VT2 ja koormusel tekib positiivse polaarsusega impulss, nagu on näidatud joonisel 4.9(c). Seega, kui võrdluspinge muutub moduleerivast pingest väiksemaks, lülitub transistor VT2 välja ja transistor VT1 sisse, mis toob kaasa pinge polaarsuse muutumise koormuse vahel. Koormuse aktiivne-induktiivse olemuse korral muutub väljundpinge polaarsus pöörddioodi VD1 kaasamise tõttu, mille kaudu koormusvool on suletud, mida toetab induktiivne emf L.
Moduleeriva pinge muutumisel muutub positiivse ja negatiivse väljundpinge impulsside kestus, vastavalt muutub ka keskmine pinge väärtus kandesageduse perioodi jooksul.
Nende väljundpinge keskmiste väärtuste kombinatsioon moodustab sujuva komponendi, mille kuju määrab moduleeriv signaal. Bipolaarse modulatsiooni peamiseks puuduseks on kandesageduse esimese harmooniku suur amplituud.
Unipolaarse modulatsiooni korral, nagu on näidatud joonisel 4.10, moodustuvad väljundpinge kõveras moduleeriva signaali ühe poollaine ajal ainult ühe polaarsusega impulsid ja vastupidise polaarsusega pingeimpulsside asemel nullpingega intervall (null riiul) moodustub. Sel juhul, kui pingeimpulsside kestus muutub, muutub nullriiuli kestus vastavalt nii, et kandesageduse periood jääb konstantseks.
Unipolaarset modulatsiooni saab rakendada ühefaasilises sillaahelas AIN tingimusel, et üks paar jõutransistore, näiteks VT1 ja VT4, lülitub modulatsioonisignaali sagedusega hetkedel jne ning teine paar transistore lülitub kandesagedusega. Juhtimpulsside kestus kujuneb samamoodi nagu eelmisel juhul, võrdluspinge ja moduleeriva signaali võrdlemise tulemusena. Näiteks positiivse polaarsusega impulsi moodustumine muunduri väljundis tagatakse transistoride VT1 ja VT2 samaaegse sisselülitamisega. Kuna transistor VT2 lülitub kõrgel sagedusel, jääb transistor VT1 väljalülitamisel sisse, mis viib transistori VT1 ja dioodi VD3 kaudu induktiivsusse salvestatud koormusvoolu sulgemiseni. Sellisel juhul võrdub pinge inverteri väljundis transistori ja dioodi pingelanguste summaga, st. nullilähedane. Samamoodi tekib nullriiul, kui moodustub sileda komponendi negatiivne poollaine: kui transistor VT3 on välja lülitatud, suletakse koormusvool läbi transistori VT4 ja dioodi VD2. Seega määratakse väljundpinge sujuva komponendi polaarsus transistoride VT1 või VT4 sisselülitamisega ning kõrgsageduslik täitmine ja vastavalt ka sujuva komponendi kuju määratakse transistoride VT2 või VT3 lülitamisega.
Unipolaarse modulatsiooni peamine eelis võrreldes bipolaarse modulatsiooniga on kõrgsageduslike harmooniliste amplituudide vähenemine.
Tuleb märkida, et unipolaarne modulatsioon ei ole mõnes ahelas, näiteks ühefaasilises poolsillas, võimalik. Sel juhul on unipolaarse modulatsiooni rakendamiseks vaja kasutada keerukamaid ahelaid, näiteks joonisel 4.7 näidatud vooluahelat.
Kõrgsageduslike impulsside kestuse moodustamise meetodi põhjal eristatakse mitut tüüpi impulsi laiusmodulatsiooni, millest levinumad on esimest ja teist tüüpi PWM. Esimest tüüpi impulsi laiusmodulatsiooni (PWM-1) korral on genereeritud impulsi kestus võrdeline moduleeriva signaali väärtustega, mis on valitud teatud etteantud ajahetkedel. PWM-1 abil impulsi kestuse moodustamise põhimõte on näidatud joonisel fig. 4.11(a).
PWM-2-ga impulsi kestuse moodustamise põhimõte on näidatud joonisel fig. 4.11(b). Sel juhul määrab impulsi kestuse moduleeriva signaali väärtus impulsi lõpus.
Kestuse muutmise meetodi alusel eristatakse ühesuunalist ja kahesuunalist modulatsiooni. Näiteks joonisel fig. 4.9 näitab ühte-
kolmanda osapoole modulatsioon, kuna moduleeriva signaali muutumisel muutub hetk, mil genereeritakse ainult impulsi tagumine serv. Vastavalt sellele on joonisel fig. Joonis 4.10 näitab kahesuunalise modulatsiooni näidet.
Kandesageduse ja moduleeriva signaali sageduse suhet nimetatakse kandesageduse kordseks. Korrutis võib olla kas täisarv või murd, üldjuhul võib kordsus olla ka irratsionaalne murd. Korrutis mõjutab oluliselt väljundpinge spektraalset koostist ja fraktsionaal-ratsionaalkordiste korral ilmuvad väljundpinge spektrisse harmoonilised, mille sagedus on väiksem kui moduleeriva signaali sagedus. Selliseid harmoonilisi nimetatakse alamharmoonikuteks ja nende amplituudid suurenevad kandesagedusteguri vähenemisel, mis võib põhjustada inverteri normaalse töö häireid. Subharmoonikute mahasurumiseks tuleks suurendada kandesageduse kordsust, kuid see suurendab paratamatult inverteri toiteseadmete lülituskadusid.
Väljundpinge kasuliku komponendi määrab sujuva komponendi kuju, mis omakorda sõltub moduleeriva signaali kujust või, nagu seda tavaliselt nimetatakse, modulatsiooniseadusest. Praegu kasutatakse kõige sagedamini siinuse, trapetsi või ristkülikukujulise seaduse järgi moduleerimist. Eelkõige pole ülalkirjeldatud impulsi laiuse juhtimise meetod kandesagedusel midagi muud kui PWM-i kasutamine vastavalt ristkülikukujulisele seadusele.
- tagasi
- Edasi
Juhuslikud uudised
3.2. Algebralise stabiilsuse kriteeriumid
Ühe esimese vastupidavuse kriteeriumi määras kindlaks professor J. A. Vishnegradsky ja ta esitas oma töödes "Otsetoimelised regulaatorid" ja "Kaudse toimega regulaatorid". Kriteerium on sõnastatud protsessidele, mida kirjeldatakse kolmandat järku diferentsiaalvõrranditega, mille tunnusvõrrand taandatakse kujule: .
Joonis 3.4 - diagramm, mis määratleb 3. järku võrranditega kirjeldatud süsteemide stabiilsusala. (Vishnegradsky diagramm)
Kui võtta kasutusele tähistus ja, siis Vishnegradsky järgi on süsteemi stabiilseks toimimiseks vajalik, et või. Joonisel 3.4 on hüperbool ΧΥ =1 kantud koordinaatidesse X ja Υ, mis annab süsteemi stabiilsuspiiri. Takistusalade vaheline joon on tavaliselt viirutatud, nii et takistusalad on viirutusest ilma pikema selgituseta näha.
Joonisel 3.4 kujutatud diagrammil on kujutatud perioodilisuse piiri joon, mis on määratud tingimusega, mille näopunkt on väärtustel X = Υ = 3.
Eespool kirjeldatud Vishnegradsky stabiilsuskriteerium on Routh-Hurwitzi stabiilsuskriteeriumi eraldi juhtum. Selle kriteeriumi saab Hurwitzi pakutud kujul sõnastada järgmiselt: kui süsteemi kirjeldatakse lineaarse diferentsiaalvõrrandiga, mille tunnusvõrrand on:
siis selleks, et see oleks stabiilne, st et karakteristiku võrrandi kõik reaaljuured ja kompleksjuurte reaalosad oleksid negatiivsed, on vajalik ja piisav, et kõik võrrandi koefitsiendid oleksid sama märgiga ja diagonaaldeterminant on suurusjärgus n-1, mis koosneb võrrandi koefitsientidest ja kõik selle diagonaali minoorid oleksid positiivsed:
Diagonaaldeterminant koosneb järgmiselt:
Seega, et süsteem oleks stabiilne, on vajalik, et kõik koefitsiendid oleksid ühesuguse märgiga ja kõik determinandid oleksid suuremad kui 0.
Diagonaalmollide koostamise järjekorda saab analüüsida viienda astme võrrandi näitel:
Siis saame:
Kolmandat järku võrrandi jaoks:
Ja ka.
Pange tähele, et ja meil on Vyshegradsky stabiilsustingimused
Nii Vishnegradsky kriteerium kui ka Routh-Hurwitzi kriteerium määravad süsteemi stabiilsuse tunnusvõrrandi koefitsientide põhjal ja neid nimetatakse algebralisteks stabiilsuskriteeriumideks. Vaatame mõningaid näiteid resistentsuse uurimisest, kasutades Routh-Hurwitzi kriteeriumi.
Näide 1. Süsteemi iseloomustav võrrand
Selle jaoks:
Nii nagu kõik selle võrrandi koefitsiendid on suuremad kui null, nii on ka determinandid suuremad kui null – süsteem on stabiilne.
PWM või PWM (impulsi laiuse modulatsioon, inglise keeles) on viis koormuse toiteallika juhtimiseks. Juhtimine seisneb impulsi kestuse muutmises konstantse pulsi kordussagedusega. Impulsi laiuse modulatsioon võib olla analoog-, digitaal-, kahend- või kolmekomponentne.
Impulsilaiusmodulatsiooni kasutamine võimaldab tõsta elektrimuundurite efektiivsust, eriti impulssmuundurite puhul, mis tänapäeval on erinevate elektroonikaseadmete sekundaarsete toiteallikate aluseks. PWM-i osalusel juhitakse täna tagasi- ja edasi ühetsüklilisi, tõuke- ja poolsilla-, aga ka sildimpulssmuundureid, see kehtib ka resonantsmuundurite kohta.
Impulsi laiuse modulatsioon võimaldab reguleerida mobiiltelefonide, nutitelefonide ja sülearvutite vedelkristallkuvarite taustvalgustuse heledust. PWM-i kasutatakse autode inverterites, laadijates jne. Tänapäeval kasutavad kõik laadijad oma töös PWM-i.
Kaasaegsetes kõrgsagedusmuundurites kasutatakse lülituselementidena lülitusrežiimis töötavaid bipolaarseid ja väljatransistore. See tähendab, et osa perioodist on transistor täielikult avatud ja osa perioodist täielikult suletud.
Ja kuna vaid kümneid nanosekundeid kestvates siirdeseisundites on lülitile eralduv võimsus võrreldes lülitatud võimsusega väike, osutub lülitile soojuse kujul vabanev keskmine võimsus lõppkokkuvõttes tähtsusetuks. Sellisel juhul on suletud olekus transistori kui lüliti takistus väga väike ja selle pingelang läheneb nullile.
Avatud olekus on transistori juhtivus nullilähedane ja vool seda praktiliselt ei liigu. See võimaldab luua kompaktseid suure kasuteguriga, st madalate soojuskadudega muundureid. Ja resonantsmuundurid, mille lülitus on nullvoolul ZCS (nullvoolu lülitus), võimaldavad neid kadusid minimeerida.
Analoogtüüpi PWM-generaatorites genereerib juhtsignaali analoogkomparaator, kui komparaatori inverteerivasse sisendisse suunatakse näiteks kolmnurkne või saehambaline signaal ja mitteinverteerivasse sisendisse suunatakse moduleeriv pidev signaal.
Saadakse väljundimpulsid, nende kordussagedus on võrdne sae (või kolmnurkse signaali) sagedusega ja impulsi positiivse osa kestus on seotud ajaga, mille jooksul moduleeriva konstantse signaali tase tarnitakse. komparaatori mitteinverteeriv sisend on kõrgem kui saesignaali tase, mis suunatakse inverteerivasse sissepääsu. Kui saepinge on kõrgem kui moduleeriv signaal, on väljundil impulsi negatiivne osa.
Kui saag juhitakse komparaatori mitteinverteerivasse sisendisse ja moduleeriv signaal antakse inverteerivasse sisendisse, on ristkülikukujuliste väljundimpulsside väärtus positiivne, kui saepinge on kõrgem kui edastatava moduleeriva signaali väärtus. inverteerivale sisendile ja negatiivne, kui saepinge on modulatsioonisignaalist madalam. Analoogse PWM-generatsiooni näiteks on TL494 mikroskeem, mida kasutatakse tänapäeval laialdaselt lülitustoiteallikate ehitamisel.
Digitaalset PWM-i kasutatakse binaardigitaaltehnoloogias. Väljundimpulsid võtavad ka ainult ühe kahest väärtusest (sisse või välja) ja keskmine väljundi tase läheneb soovitud tasemele. Siin saadakse saehamba signaal N-bitise loenduri abil.
PWM-iga digitaalseadmed töötavad ka konstantsel sagedusel, mis ületab tingimata juhitava seadme reaktsiooniaega, seda lähenemist nimetatakse ülediskreetimiseks. Kella servade vahel jääb digitaalne PWM väljund stabiilseks, kas kõrgeks või madalaks, olenevalt digitaalse komparaatori väljundi hetkeseisust, mis võrdleb loenduri signaalitaset ja ligikaudset digitaalset.
Väljund takteeritakse impulsside jadana olekutega 1 ja 0; iga kella olek võib või ei pruugi muutuda vastupidiseks. Impulsside sagedus on võrdeline läheneva signaali tasemega ning üksteisele järgnevad ühikud võivad moodustada ühe laiema pikema impulsi.
Saadud muutuva laiusega impulsid on kella perioodi kordsed ja sagedus on võrdne 1/2NT-ga, kus T on kella periood, N on kella tsüklite arv. Siin on saavutatav taktsagedusega võrreldes madalam sagedus. Kirjeldatud digitaalse genereerimise ahel on ühebitine või kahetasandiline PWM, impulsskoodiga PCM-modulatsioon.
See kahetasandiline impulsskodeeritud modulatsioon on sisuliselt impulsside jada sagedusega 1/T ja laiusega T või 0. Ülediskreetimist kasutatakse keskmiseks pikema ajaperioodi jooksul. Kvaliteetset PWM-i saab saavutada ühebitise impulsi tihedusmodulatsiooni abil, mida nimetatakse ka impulsi sagedusmodulatsiooniks.
Digitaalse impulsi laiusmodulatsiooni korral võivad perioodi täitvad ristkülikukujulised alamimpulsid langeda mis tahes kohta perioodis ja siis mõjutab ainult nende arv signaali keskmist väärtust perioodi jooksul. Seega, kui jagada periood 8 osaks, annavad impulsside kombinatsioonid 11001100, 11110000, 11000101, 10101010 jne perioodi kohta sama keskmise väärtuse, kuid eraldi ühikud muudavad võtmetransistori töörežiimi raskemaks.
Elektroonikavalgustid, rääkides PWM-ist, toovad mehaanikaga järgmise analoogia. Kui kasutate raske hooratta pööramiseks mootorit, siis kuna mootorit saab kas sisse või välja lülitada, hakkab hooratas kas pöörlema ja jätkab pöörlemist või peatub mootori väljalülitamisel hõõrdumise tõttu.
Kuid kui mootor lülitatakse sisse mõneks sekundiks minutis, siis hooratta pöörlemine püsib inertsi tõttu teatud kiirusel. Ja mida kauem mootor sisse lülitatakse, seda suurema kiirusega hooratas pöörleb. Sama PWM-iga, sisse- ja väljalülitussignaal (0 ja 1) tuleb väljundisse ja selle tulemusena saavutatakse keskmine väärtus. Integreerides impulsi pinge aja jooksul, saame impulsside all oleva pindala ja mõju töökehale on identne keskmise pinge väärtusega töötamisega.
Nii töötavad muundurid, kus lülitusi toimub tuhandeid kordi sekundis ja sagedused ulatuvad mitme megahertsini. Spetsiaalseid PWM-kontrollereid kasutatakse laialdaselt energiasäästulampide liiteseadiste, toiteallikate jms juhtimiseks.
Impulsi perioodi kogukestuse suhet sisselülitusaega (impulsi positiivne osa) nimetatakse impulsi töötsükliks. Niisiis, kui sisselülitusaeg on 10 μs ja periood kestab 100 μs, siis sagedusel 10 kHz on töötsükkel võrdne 10-ga ja nad kirjutavad, et S = 10. Pöördfunktsiooni tsüklit nimetatakse impulsi töötsükkel, inglise keeles Duty cycle või lühendatult DC.
Seega antud näite puhul DC = 0,1, kuna 10/100 = 0,1. Impulsi laiusmodulatsiooniga, reguleerides impulsi töötsüklit, st muutes alalisvoolu, saavutatakse vajalik keskmine väärtus elektroonilise või muu elektriseadme, näiteks mootori väljundis.
Impulsi laiuse modulatsioon(PWM, inglise keel) impulsi laiuse modulatsioon (PWM)) - koormusele tarnitava võimsuse juhtimise protsess, muutes impulsside töötsüklit konstantsel sagedusel. Eristama analoog PWM Ja digitaalne PWM, binaarne (kahetasemeline) PWM Ja kolmeastmeline (kolmetasandiline) PWM .
Graafik, mis illustreerib kolmetasemelise PWM-i kasutamist mootori juhtimiseks, mida kasutatakse muutuva sagedusega asünkroonmootori ajamites. Pinge PHI-modulaatorist, mis antakse masina mähisele, on näidatud sinisega (V). Masina staatori magnetvoog on näidatud punasega (B). Siin on magnetvoog vastava PWM-seaduse tõttu ligikaudu sinusoidse kujuga.
PWM-i leviku põhjused
PWM-i kasutamise peamiseks põhjuseks on soov tõsta efektiivsust elektroonikaseadmete sekundaarsete toiteallikate ehitamisel ja muudes komponentides, näiteks kasutatakse PWM-i telefonide, pihuarvutite jne LCD-kuvarite ja ekraanide taustvalgustuse heleduse reguleerimiseks.
PWM-iga lülitil vabastatud soojusvõimsus
PWM-is kasutatakse transistore võtmeelementidena (saab kasutada ka muid pooljuhtseadmeid) mitte lineaarses režiimis, vaid lülitusrežiimis, see tähendab, et transistor on alati avatud (välja lülitatud) või suletud (küllastuse olekus). ). Esimesel juhul on transistori takistusega peaaegu lõpmatu, mistõttu voolutugevus ahelas on väga väike ja kuigi kogu toitepinge langeb üle transistori, on transistori poolt vabanev võimsus praktiliselt null. Teisel juhul on transistori takistus äärmiselt madal ja seetõttu on selle pingelangus nullilähedane - ka vabanev võimsus on väike. Üleminekuseisundites (lüliti üleminek juhtivast olekust mittejuhtivasse olekusse ja tagasi) on lülitis eralduv võimsus märkimisväärne, kuid kuna siirdeolekute kestus on modulatsiooniperioodi suhtes äärmiselt lühike, siis keskm. lülituskadude võimsus osutub ebaoluliseks.
1. 
PWM tööpõhimõte
Analoog PWM[
PWM-signaali genereerib analoogkomparaator, mille üks sisend (vastavalt joonisele - komparaatori inverteeriv sisend) on varustatud abisaehamba või kolmnurkse signaaliga, mille sagedus on oluliselt kõrgem kui moduleeriva signaali sagedus, ja teine - moduleeriv pidev analoogsignaal. PWM-i väljundimpulsside kordussagedus on võrdne saehamba või kolmnurkse pinge sagedusega. Saehamba pingeperioodi selles osas, kus komparaatori inverteeriva sisendi signaal on kõrgem kui mitteinverteeriva sisendi signaal, kus rakendatakse moduleerivat signaali, saadakse väljundis negatiivne pinge, teises. osa perioodist, kui komparaatori inverteeriva sisendi signaal on madalam kui mitteinverteeriva sisendi signaal, tekib positiivne pinge .
Analoog-PWM realiseeritakse komparaatori abil, mille ühte sisendit varustatakse abigeneraatori kolmnurkse või saehambalise perioodilise signaaliga ja teise moduleeriva signaaliga. Komparaatori väljundis moodustuvad perioodilised muutuva laiusega ristkülikukujulised impulsid, mille töötsükkel varieerub vastavalt moduleeriva signaali seadusele ning sagedus on võrdne kolmnurkse või saehamba signaali sagedusega ja on tavaliselt konstantne.
Analoog-PWM-i kasutatakse "madalsageduslikes võimendites" D».
Üks kahetasemelistest PWM-meetoditest, mis kasutab analoogkomparaatorit. Abigeneraatori saehammaspinge antakse ühte komparaatori sisendisse ja modulatsioonipinge teise sisendisse. Võrdluse väljundi olek on PHI modulatsioon. Joonisel: ülal - saehamba signaal ja moduleeriv pinge, allpool - PWM tulemus.
Digitaalne PWM
Binaarses digitaaltehnoloogias, kus väljundid võivad võtta ainult ühe kahest väärtusest, on soovitud keskmise väljundtaseme lähendamine PWM-i abil täiesti loomulik. Ahel on sama lihtne: genereeritakse saehamba signaal N- bitiloendur. Digitaalsed seadmed (DSHIP) töötavad fikseeritud sagedusega, mis on tavaliselt palju suurem kui juhitavate seadmete reaktsioon ( uuesti proovivõtt). Kella servade vaheliste perioodide jooksul jääb DSCH väljund stabiilseks, see on kas madal või kõrge, olenevalt digitaalse komparaatori väljundist, mis võrdleb loenduri väärtust läheneva digitaalsignaali tasemega. V(n). Paljude taktitsüklite väljundit saab tõlgendada kui impulsside seeriat kahe võimaliku väärtusega 0 ja 1, mis asendavad üksteist iga taktitsükli jooksul T. Üksikute impulsside esinemissagedus on võrdeline läheneva signaali ~ tasemega V(n). Üksteise järel järgnevad üksused moodustavad ühe laiema impulsi kontuuri. Vastuvõetud muutuva laiusega impulsside kestus ~ V(n) on kella perioodi kordsed T ja sagedus on 1/( T*2N). Madal sagedus tähendab pikka, suhteliselt T, signaali püsivuse perioodid samal tasemel, mis annab impulsi jaotuse madala ühtluse.
Kirjeldatud digitaalse genereerimise ahel kuulub ühebitise (kahetasemelise) impulsskoodi modulatsiooni määratluse alla ( PCM). 1-bitist PCM-i võib PWM-i terminites pidada impulsside jadaks sagedusega 1/ T ja laius 0 või T. Olemasolev ülevalimine võimaldab teil saavutada keskmistamise lühema aja jooksul. Teatud tüüpi ühebitine PCM, näiteks impulsi tihedusmodulatsioon ( impulsi tiheduse modulatsioon), mida nimetatakse ka impulsi sageduse modulatsioon.
Pidev analoogsignaal taastatakse impulsside aritmeetilise keskmistamisega paljude perioodide jooksul, kasutades lihtsat madalpääsfiltrit. Kuigi tavaliselt pole isegi seda vaja, kuna ajami elektromehaanilistel komponentidel on induktiivsus ja juhtobjektil (OA) on inerts, silutakse PWM-i väljundi impulsid ja operatsioonivõimendi piisava PWM-i sagedusega. signaal, käitub nii, nagu juhiks tavalist analoogsignaali.
Digitaalses PWM-is on periood jagatud osadeks, mis on täidetud ristkülikukujuliste alamimpulssidega. Perioodi keskmine väärtus sõltub ristkülikukujuliste alamimpulsside arvust. Digitaalne PWM - binaarse signaali lähendamine (kahe tasemega - peal/väljas) mitmetasandilisele või pidevale signaalile nii, et nende keskmised väärtused ajavahemikul t 2 -t 1 oleksid ligikaudu võrdsed.
Formaalselt võib selle kirjutada järgmiselt:
Kus x(t) – sisendsignaal vahemikus t 1 enne t 2, ja ∆ T i= - kestus i th PWM alamimpulss, millest igaühel on amplituud A. n on valitud selliselt, et perioodil on mõlema suuruse summaarsete pindalade (energiate) erinevus lubatust väiksem:
.
Kontrollitavad “tasemed” on reeglina elektrijaama võimsusparameetrid, näiteks impulssmuundurite/regulaatorite pinge DC pinge/ või mootori kiirus. Impulssallikate jaoks x(t) = U konst stabiliseerimine.
Digitaalses PWM-is võivad perioodi täitvad ristkülikukujulised alamimpulsid paikneda mis tahes perioodis, perioodi keskmist väärtust mõjutab ainult nende arv. Näiteks perioodi jagamisel 8 osaks annavad jadad 11110000, 11101000, 11100100, 11100010, 11100001 jne sama perioodi keskmise väärtuse, kuid eraldiseisvad “1-d” halvendavad lüliti (transistori) töörežiimi.
PWM-ina saate kasutada isegi COM-porti. Kuna 0 edastatakse kui 0 0000 0000 1 (8 andmebitti + start/stopp) ja 255 kui 0 1111 1111 1, on väljundpinge vahemik 10-90% 10% sammuga.