Ang prinsipyo ng PWM - pulse width modulation ay upang baguhin ang lapad ng pulso habang pinapanatili ang isang pare-pareho ang rate ng pag-uulit ng pulso. Ang amplitude ng mga pulso ay nananatiling hindi nagbabago.
Ginagamit ang kontrol sa lapad ng pulso kung saan kinakailangan upang i-regulate ang power na ibinibigay sa load. Halimbawa, sa mga control circuit para sa mga DC electric motor, sa mga pulse converter, para sa pagsasaayos ng liwanag ng mga LED lamp, LCD monitor screen, display sa mga smartphone at tablet, atbp.
Karamihan sa mga pangalawang power supply para sa mga elektronikong device ay kasalukuyang binuo batay sa mga pulse converter; ginagamit din ang pulse-width modulation sa mga low-frequency (audio) class D amplifier, welding machine, charger ng baterya ng kotse, inverters, atbp. Pinapayagan ka ng PWM na dagdagan ang koepisyent kapaki-pakinabang na aksyon(kahusayan) ng mga pangalawang power supply kumpara sa mababang kahusayan ng mga analog na aparato.
Ang modulasyon ng lapad ng pulso ay maaaring analog o digital.
Analog Pulse Width Modulation
Tulad ng nabanggit sa itaas, ang dalas ng signal at ang amplitude nito sa PWM ay palaging pare-pareho. Ang isa sa pinakamahalagang parameter ng signal ng PWM ay ang duty cycle, katumbas ng ratio ng tagal ng pulso t sa panahon ng pulso T. D = t/T . Kaya, kung mayroon tayong PWM signal na may tagal ng pulso na 300 μs at isang panahon ng pulso na 1000 μs, ang duty cycle ay magiging 300/1000 = 0.3. Ang fill factor ay ipinahayag din bilang isang porsyento, kung saan ang fill factor ay pinarami ng 100%. Gamit ang halimbawa sa itaas, ang percentage fill factor ay 0.3 x 100% = 30%.
Ang pulse duty cycle ay ang ratio ng panahon ng pulso sa kanilang tagal, i.e. ang kapalit ng fill factor. S = T/t .
Ang dalas ng signal ay tinukoy bilang ang kapalit ng panahon ng pulso at kumakatawan sa bilang ng mga kumpletong pulso sa 1 segundo. Para sa halimbawa sa itaas, na may panahon na 1000 µs = 0.001 s, ang dalas ay F= 1/0.001 – 1000 (Hz).
Ang kahulugan ng PWM ay upang ayusin ang average na halaga ng boltahe sa pamamagitan ng pagbabago ng duty cycle. Ang average na halaga ng boltahe ay katumbas ng produkto ng duty cycle at amplitude ng boltahe. Kaya, na may isang duty cycle na 0.3 at isang amplitude ng boltahe na 12 V, ang average na halaga ng boltahe ay magiging 0.3 x 12 = 3.6 (V). Kapag ang duty cycle ay nagbabago sa loob ng theoretically possible range mula 0% hanggang 100%, magbabago ang boltahe mula 0 hanggang 12 V, i.e. Pinapayagan ka ng pulse width modulation na ayusin ang boltahe sa hanay mula 0 hanggang sa signal amplitude. Ito ang ginagamit upang ayusin ang bilis ng pag-ikot ng isang DC motor o ang liwanag ng isang lampara.
Ang signal ng PWM ay nabuo ng isang microcontroller o analog circuit. Karaniwang kinokontrol ng signal na ito ang isang high-power load na konektado sa isang power source sa pamamagitan ng isang bipolar o field-effect transistor switching circuit. Sa switching mode, ang semiconductor device ay bukas o sarado, at ang intermediate na estado ay tinanggal. Sa parehong mga kaso, ang napapabayaang thermal power ay nawawala sa switch. Dahil ang kapangyarihang ito ay katumbas ng produkto ng kasalukuyang sa pamamagitan ng switch at ang pagbaba ng boltahe sa kabuuan nito, at sa unang kaso ang kasalukuyang sa pamamagitan ng switch ay malapit sa zero, at sa pangalawa ang boltahe.
Sa mga estado ng paglipat, mayroong isang makabuluhang boltahe sa switch na may pagpasa ng isang makabuluhang kasalukuyang, i.e. Ang dissipated thermal power ay makabuluhan din. Samakatuwid, bilang isang susi, kinakailangang gumamit ng mga low-inertia semiconductor na aparato na may mabilis na mga oras ng paglipat, sa pagkakasunud-sunod ng sampu-sampung nanosecond.
Kung kinokontrol ng key circuit ang LED, pagkatapos ay sa mababang dalas ng signal ang LED ay kumikislap sa oras na may pagbabago sa boltahe ng PWM signal. Sa mga frequency ng signal na higit sa 50 Hz, ang mga blink ay nagsasama dahil sa pagkawalang-kilos ng paningin ng tao. Ang pangkalahatang liwanag ng LED ay nagsisimulang umasa sa fill factor - mas mababa ang fill factor, mas mahina ang LED na kumikinang.
Kapag kinokontrol ang bilis ng pag-ikot ng isang DC motor gamit ang PWM, ang PWM frequency ay dapat na napakataas, at lampas sa hanay ng mga naririnig na audio frequency, i.e. lumampas sa 15-20 kHz, kung hindi, ang motor ay "tunog", na naglalabas ng nakakairita sa tainga na langitngit sa isang PWM frequency. Ang katatagan ng makina ay nakasalalay din sa dalas. Ang low-frequency na PWM signal na may mababang duty cycle ay hahantong sa hindi matatag na operasyon ng motor at maging sa posibleng pagsara ng engine.
Kaya, kapag kinokontrol ang isang motor, ito ay kanais-nais na dagdagan ang dalas ng PWM signal, ngunit kahit na dito mayroong isang limitasyon na tinutukoy ng mga inertial na katangian ng semiconductor switch. Kung ang key switch ay may mga pagkaantala, ang control circuit ay magsisimulang gumana sa mga error. Upang maiwasan ang pagkawala ng enerhiya at makamit ang isang mataas na kahusayan ng isang pulse converter, ang semiconductor switch ay dapat na may mataas na bilis at mababang conductivity resistance.
Ang signal mula sa PWM output ay maaari ding i-average gamit ang isang simpleng low-pass na filter. Minsan magagawa mo nang wala ito, dahil mayroon itong tiyak na electrical inductance at mechanical inertia. Ang pag-smoothing ng mga PWM signal ay natural na nangyayari kapag ang PWM frequency ay lumampas sa oras ng pagtugon ng kinokontrol na device.
Maaaring ipatupad ang PWM gamit ang dalawang input, ang isa ay binibigyan ng periodic sawtooth o triangular na signal mula sa isang auxiliary generator, at ang isa ay may modulating control signal. Ang tagal ng positibong bahagi ng pulso ng PWM ay tinutukoy ng oras kung kailan ang antas ng control signal na ibinibigay sa isang input ng comparator ay lumampas sa antas ng auxiliary generator signal na ibinibigay sa isa pang input ng comparator.
Kapag ang auxiliary generator boltahe ay mas mataas kaysa sa control signal boltahe, ang comparator output ay magkakaroon ng negatibong bahagi ng pulso.
Ang duty cycle ng periodic rectangular signal sa output ng comparator, at sa gayon ang average na boltahe ng regulator, ay depende sa antas ng modulating signal, at ang frequency ay tinutukoy ng frequency ng auxiliary generator signal.
Digital Pulse Width Modulation
Mayroong isang uri ng PWM na tinatawag na digital PWM. Sa kasong ito, ang panahon ng signal ay napuno ng mga hugis-parihaba na sub-pulso, at ang bilang ng mga sub-pulso sa panahon ay kinokontrol, na tumutukoy sa average na halaga ng signal para sa panahon.
Sa digital PWM, maaaring lumabas ang mga subpulse ng period-filling (o “mga”) kahit saan sa period. Ang average na halaga ng boltahe sa isang panahon ay tinutukoy lamang ng kanilang numero, habang ang mga sub-pulse ay maaaring sumunod sa isa't isa at magsanib. Ang magkakahiwalay na sub-pulse ay humahantong sa isang mas mahigpit na operating mode ng key.
Bilang isang digital PWM signal source, maaari kang gumamit ng COM port ng computer na may 10-bit na output signal. Isinasaalang-alang ang 8 bits ng impormasyon at 2 start/stop bits, ang COM port signal ay naglalaman ng mula 1 hanggang 9 "ones", na nagbibigay-daan sa iyo upang ayusin ang boltahe sa loob ng saklaw ng 10-90% ng supply boltahe sa mga hakbang na 10% .
Kapag nagtatrabaho sa maraming iba't ibang mga teknolohiya, ang tanong ay madalas: kung paano pamahalaan ang kapangyarihan na magagamit? Ano ang gagawin kung kailangan itong ibaba o itaas? Ang sagot sa mga tanong na ito ay isang PWM regulator. Ano siya? Saan ito ginagamit? At kung paano mag-ipon ng gayong aparato sa iyong sarili?
Ano ang pulse width modulation?
Nang walang paglilinaw sa kahulugan ng terminong ito, walang saysay na magpatuloy. Kaya, ang pulse-width modulation ay ang proseso ng pagkontrol sa kapangyarihan na ibinibigay sa load, na isinasagawa sa pamamagitan ng pagbabago ng duty cycle ng mga pulso, na ginagawa sa isang pare-pareho ang dalas. Mayroong ilang mga uri ng pulse width modulation:
1. Analog.
2. Digital.
3. Binary (dalawang antas).
4. Trinidad (tatlong antas).
Ano ang isang PWM regulator?
Ngayon na alam natin kung ano ang pulse width modulation, maaari nating pag-usapan ang pangunahing paksa ng artikulo. Ang isang PWM regulator ay ginagamit upang i-regulate ang supply boltahe at upang maiwasan ang malalakas na inertial load sa mga sasakyan at motorsiklo. Ito ay maaaring mukhang kumplikado at pinakamahusay na ipinaliwanag sa isang halimbawa. Sabihin nating kailangan mong gawin ang interior lighting lamp na baguhin ang kanilang liwanag hindi kaagad, ngunit unti-unti. Ang parehong naaangkop sa mga ilaw sa gilid, mga headlight ng kotse o fan. Ang pagnanais na ito ay maaaring maisakatuparan sa pamamagitan ng pag-install ng transistor voltage regulator (parametric o compensation). Ngunit sa isang malaking kasalukuyang, ito ay bubuo ng napakataas na kapangyarihan at mangangailangan ng pag-install ng mga karagdagang malalaking radiator o isang karagdagan sa anyo ng isang sapilitang sistema ng paglamig gamit ang isang maliit na fan na inalis mula sa aparato ng computer. Tulad ng nakikita mo, ang landas na ito ay nangangailangan ng maraming mga kahihinatnan na kailangang malampasan.
Ang tunay na kaligtasan mula sa sitwasyong ito ay ang PWM regulator, na nagpapatakbo sa malakas na field-effect power transistors. Maaari silang lumipat ng matataas na agos (hanggang sa 160 Amps) na may 12-15V gate na boltahe lamang. Dapat pansinin na ang paglaban ng isang bukas na transistor ay medyo mababa, at salamat sa ito, ang antas ng pagwawaldas ng kapangyarihan ay maaaring makabuluhang bawasan. Upang lumikha ng iyong sariling PWM regulator, kakailanganin mo ng control circuit na maaaring magbigay ng pagkakaiba sa boltahe sa pagitan ng pinagmulan at gate sa loob ng saklaw na 12-15V. Kung hindi ito makakamit, ang paglaban ng channel ay tataas nang malaki at ang pagwawaldas ng kapangyarihan ay tataas nang malaki. At ito, sa turn, ay maaaring maging sanhi ng transistor na mag-overheat at mabigo.
Ang isang buong hanay ng mga microcircuits para sa mga regulator ng PWM ay ginawa na makatiis ng pagtaas ng boltahe ng input sa isang antas ng 25-30V, sa kabila ng katotohanan na ang power supply ay magiging 7-14V lamang. Papayagan nito ang output transistor na i-on sa circuit kasama ang karaniwang drain. Ito, sa turn, ay kinakailangan upang ikonekta ang isang load na may isang karaniwang minus. Kasama sa mga halimbawa ang mga sumusunod na sample: L9610, L9611, U6080B ... U6084B. Karamihan sa mga load ay hindi nakakakuha ng higit sa 10 amps ng kasalukuyang, kaya hindi sila maaaring maging sanhi ng sags ng boltahe. At bilang isang resulta, maaari kang gumamit ng mga simpleng circuit nang walang pagbabago sa anyo ng isang karagdagang yunit na magpapataas ng boltahe. At ito ay tiyak na mga halimbawang ito ng mga regulator ng PWM na tatalakayin sa artikulo. Maaari silang itayo batay sa isang asymmetrical o standby multivibrator. Ito ay nagkakahalaga ng pakikipag-usap tungkol sa PWM engine speed controller. Higit pa tungkol dito mamaya.
Scheme Blg. 1
Ang PWM controller circuit na ito ay binuo gamit ang CMOS chip inverters. Ito ay isang rectangular pulse generator na nagpapatakbo sa 2 logic elements. Salamat sa mga diode, ang pare-pareho ng oras ng paglabas at pagsingil ng frequency-setting capacitor ay nagbabago nang hiwalay dito. Ito ay nagpapahintulot sa iyo na baguhin ang duty cycle ng output pulses, at bilang isang resulta, ang halaga ng epektibong boltahe na naroroon sa load. Sa circuit na ito, posibleng gumamit ng anumang inverting na elemento ng CMOS, pati na rin ang NOR at AND. Kasama sa mga halimbawa ang K176PU2, K561LN1, K561LA7, K561LE5. Maaari kang gumamit ng iba pang mga uri, ngunit bago iyon kailangan mong pag-isipang mabuti kung paano ipapangkat nang tama ang kanilang mga input upang maisagawa nila ang nakatalagang pagpapagana. Ang mga bentahe ng scheme ay ang pagiging naa-access at pagiging simple ng mga elemento. Ang mga disadvantages ay ang kahirapan (halos imposibilidad) ng pagbabago at di-kasakdalan tungkol sa pagbabago ng hanay ng boltahe ng output.
Scheme Blg. 2
Ito ay may mas mahusay na mga katangian kaysa sa unang sample, ngunit mas mahirap ipatupad. Maaaring ayusin ang epektibong boltahe ng pagkarga sa hanay na 0-12V, kung saan nagbabago ito mula sa isang paunang halaga na 8-12V. Ang maximum na kasalukuyang ay depende sa uri ng field-effect transistor at maaaring umabot sa mga makabuluhang halaga. Dahil ang output boltahe ay proporsyonal sa control input, ang circuit na ito ay maaaring gamitin bilang bahagi ng isang control system (upang mapanatili ang antas ng temperatura).
Mga dahilan ng pagkalat
Ano ang umaakit sa mga mahilig sa kotse sa isang PWM controller? Dapat pansinin na may pagnanais na madagdagan ang kahusayan kapag nagtatayo ng mga pangalawang para sa elektronikong kagamitan. Salamat sa ari-arian na ito, ang teknolohiyang ito ay matatagpuan din sa paggawa ng mga monitor ng computer, mga display sa mga telepono, laptop, tablet at mga katulad na kagamitan, at hindi lamang sa mga kotse. Dapat ding tandaan na ang teknolohiyang ito ay makabuluhang mura kapag ginamit. Gayundin, kung magpasya kang hindi bumili, ngunit upang mag-ipon ng isang PWM controller sa iyong sarili, maaari kang makatipid ng pera kapag pinapabuti ang iyong sariling kotse.
Konklusyon
Well, alam mo na ngayon kung ano ang isang PWM power regulator, kung paano ito gumagana, at maaari ka ring mag-assemble ng mga katulad na device sa iyong sarili. Samakatuwid, kung nais mong mag-eksperimento sa mga kakayahan ng iyong sasakyan, mayroon lamang isang bagay na masasabi tungkol dito - gawin ito. Bukod dito, hindi mo lamang magagamit ang mga diagram na ipinakita dito, ngunit makabuluhang baguhin ang mga ito kung mayroon kang naaangkop na kaalaman at karanasan. Ngunit kahit na ang lahat ay hindi gumana sa unang pagkakataon, maaari kang makakuha ng isang napakahalagang bagay - karanasan. Sino ang nakakaalam kung saan ito maaaring susunod at kung gaano kahalaga ang presensya nito.
Ang pulse width modulation (PWM) na paraan ay isa sa pinaka-epektibo sa mga tuntunin ng pagpapabuti ng kalidad ng output boltahe ng AU. Ang pangunahing ideya ng pamamaraan ay ang output boltahe curve ay nabuo sa anyo ng isang serye ng mga high-frequency pulses, ang tagal ng kung saan ay nag-iiba (modulates) ayon sa isang tiyak na batas, sa karamihan ng mga kaso sinusoidal. Ang rate ng pag-uulit ng pulso ay tinatawag na dalas ng carrier (o orasan), at ang dalas ng pagbabago ng tagal ng pulso ay tinatawag na dalas ng modulasyon. Dahil ang dalas ng carrier ay karaniwang mas mataas kaysa sa dalas ng modulasyon, ang mga harmonika na multiple ng dalas ng carrier at naroroon sa spectrum ng boltahe ng output ay medyo madaling pinigilan gamit ang isang naaangkop na filter.
Sa kasalukuyan, medyo ilang uri ng PWM ang kilala, inuri ayon sa iba't ibang pamantayan. Halimbawa, batay sa uri ng output boltahe pulses, modulasyon ay nakikilala sa pagitan ng unipolar at bipolar. Ang pinakasimpleng halimbawa ng bipolar modulation ay ang mga prosesong ipinatupad sa isang single-phase half-bridge inverter circuit (Fig. 4.9). Ang mga control pulse na ibinibigay sa mga base ng power transistors, tulad ng ipinapakita sa Figure 4.9(b), ay nabuo sa pamamagitan ng paghahambing ng modulating, low-frequency na boltahe na may sawtooth reference boltahe, ang dalas nito ay ang dalas ng carrier.
Ipagpalagay natin na ang sistema ng kontrol ay nakaayos sa paraang kung ang agarang halaga ng reference na boltahe ay mas malaki kaysa sa halaga ng modulating boltahe, kung gayon ang transistor VT2 ay naka-on at isang pulso ng positibong polarity ay nabuo sa pagkarga, tulad ng ipinapakita sa Figure 4.9(c). Alinsunod dito, kung ang reference na boltahe ay nagiging mas mababa kaysa sa modulating boltahe, pagkatapos ay ang transistor VT2 ay i-off at ang transistor VT1 ay lumiliko, na humahantong sa isang pagbabago sa polarity ng boltahe sa buong load. Sa aktibong-inductive na katangian ng pag-load, ang polarity ng output boltahe ay nagbabago dahil sa pagsasama ng isang reverse diode VD1, kung saan ang kasalukuyang load ay sarado, na sinusuportahan ng inductive emf L.
Kapag nagbabago ang modulating boltahe, nagbabago ang tagal ng mga pulso ng positibo at negatibong output boltahe, nang naaayon, nagbabago ang average na halaga ng boltahe sa panahon ng dalas ng carrier.
Ang kumbinasyon ng mga average na halaga ng output boltahe ay bumubuo ng isang makinis na bahagi, ang hugis nito ay tinutukoy ng modulating signal. Ang pangunahing kawalan ng bipolar modulation ay ang malaking amplitude ng unang harmonic ng dalas ng carrier.
Sa unipolar modulation, tulad ng ipinapakita sa Figure 4.10, sa output voltage curve sa isang kalahating wave ng modulating signal, ang mga pulso ng isang polarity lamang ay nabuo, at sa halip na mga boltahe na pulso ng kabaligtaran na polarity, isang pagitan na may zero boltahe (zero). istante) ay nabuo. Sa kasong ito, kapag ang tagal ng mga pulso ng boltahe ay nagbabago, ang tagal ng zero shelf ay nagbabago nang naaayon upang ang panahon ng dalas ng carrier ay nananatiling pare-pareho.
Ang unipolar modulation ay maaaring ipatupad sa isang single-phase bridge circuit AIN, sa kondisyon na ang isang pares ng power transistors, halimbawa, VT1 at VT4, ay lumipat sa dalas ng modulation signal, sa mga sandali, atbp., at ang pangalawang pares ng mga transistor switch na may dalas ng carrier. Ang tagal ng control pulses ay nabuo sa parehong paraan tulad ng sa nakaraang kaso, bilang isang resulta ng paghahambing ng reference boltahe at ang modulating signal. Ang pagbuo ng isang pulso sa output ng inverter, halimbawa, ng positibong polarity, ay sinisiguro sa pamamagitan ng sabay-sabay na pag-on sa mga transistor na VT1 at VT2. Dahil ang transistor VT2 ay lumipat sa isang mataas na dalas, kapag ito ay naka-off, ang transistor VT1 ay nananatiling naka-on, na humahantong sa pagsasara ng kasalukuyang load na nakaimbak sa inductance sa pamamagitan ng transistor VT1 at diode VD3. Sa kasong ito, ang boltahe sa output ng inverter ay katumbas ng kabuuan ng mga patak ng boltahe sa transistor at diode, i.e. malapit sa zero. Katulad nito, ang isang zero na istante ay nilikha kapag ang isang negatibong kalahating alon ng isang makinis na sangkap ay nabuo: kapag ang transistor VT3 ay naka-off, ang kasalukuyang load ay sarado sa pamamagitan ng transistor VT4 at diode VD2. Kaya, ang polarity ng makinis na bahagi ng output boltahe ay natutukoy sa pamamagitan ng paglipat sa transistors VT1 o VT4, at ang mataas na dalas ng pagpuno at, nang naaayon, ang hugis ng makinis na bahagi ay natutukoy sa pamamagitan ng paglipat ng transistors VT2 o VT3.
Ang pangunahing bentahe ng unipolar modulation, kumpara sa bipolar modulation, ay ang pagbawas sa mga amplitude ng high-frequency harmonics.
Dapat tandaan na ang unipolar modulation ay hindi posible sa ilang mga circuit, tulad ng single-phase half-bridge. Sa kasong ito, upang ipatupad ang unipolar modulation kinakailangan na gumamit ng mas kumplikadong mga circuit, halimbawa, ang circuit na ipinapakita sa Figure 4.7.
Batay sa paraan ng pagbuo ng tagal ng mga high-frequency na pulso, ang ilang mga uri ng pulse-width modulation ay nakikilala, ang pinaka-karaniwan ay ang PWM ng una at pangalawang uri. Sa pulse-width modulation ng unang uri (PWM-1), ang tagal ng nabuong pulso ay proporsyonal sa mga halaga ng modulating signal, pinili sa ilang, paunang natukoy na mga sandali sa oras. Ang prinsipyo ng pagbuo ng tagal ng pulso na may PWM-1 ay inilalarawan sa Fig. 4.11(a).
Ang prinsipyo ng pagbuo ng tagal ng pulso na may PWM-2 ay ipinapakita sa Fig. 4.11(b). Sa kasong ito, ang tagal ng pulso ay tinutukoy ng halaga ng modulating signal sa dulo ng pulso.
Batay sa paraan ng pagbabago ng tagal, ang one-way at two-way na modulasyon ay nakikilala. Halimbawa, sa Fig. 4.9 ay nagpapakita ng isang-
third-party na modulasyon, dahil kapag ang modulating signal ay nagbabago, ang sandali kung saan ang trailing edge lamang ng pulso ay nabuong mga pagbabago. Alinsunod dito, sa Fig. Ipinapakita ng Figure 4.10 ang isang halimbawa ng two-way modulation.
Ang ratio ng dalas ng carrier sa dalas ng modulating signal ay tinatawag na carrier frequency multiple. Ang multiplicity ay maaaring alinman sa isang integer o isang fraction, at sa pangkalahatang kaso ang multiplicity ay maaari ding maging isang irrational fraction. Ang multiplicity ay makabuluhang nakakaapekto sa spectral na komposisyon ng output boltahe, at sa fractional-rational multiplicity, ang mga harmonika na may frequency na mas mababa kaysa sa frequency ng modulating signal ay lilitaw sa spectrum ng output voltage. Ang ganitong mga harmonika ay tinatawag na subharmonics, at ang kanilang mga amplitude ay tumataas habang bumababa ang carrier frequency factor, na maaaring humantong sa pagkagambala sa normal na operasyon ng inverter. Upang sugpuin ang subharmonics, dapat na tumaas ang dalas ng carrier, ngunit hindi maiiwasang pinapataas nito ang mga pagkalugi sa paglipat sa mga power device ng inverter.
Ang kapaki-pakinabang na bahagi ng output boltahe ay natutukoy sa pamamagitan ng hugis ng makinis na bahagi, na kung saan ay depende sa hugis ng modulating signal o, tulad ng karaniwang tawag, sa batas ng modulasyon. Sa kasalukuyan, ang modulasyon ayon sa sinusoidal, trapezoidal o rectangular na batas ay kadalasang ginagamit. Sa partikular, ang paraan ng kontrol ng pulse-width sa dalas ng carrier na tinalakay sa itaas ay walang iba kundi ang paggamit ng PWM ayon sa rectangular na batas.
- Bumalik
- Pasulong
Random na balita
3.2. Pamantayan sa katatagan ng algebraic
Ang isa sa mga unang pamantayan para sa tibay ay kinilala ni Propesor J. A. Vishnegradsky at ibinigay niya sa kanyang mga gawa na "On Direct-Acting Regulators" at "On Indirect-Acting Regulators." Ang criterion ay binuo para sa mga prosesong inilarawan ng mga third-order differential equation, ang katangiang equation na kung saan ay binabawasan sa anyo: .
Figure 3.4 - Diagram na tumutukoy sa lugar ng katatagan ng mga system na inilarawan ng mga equation ng 3rd order. (Vishnegradsky diagram)
Kung ipinakilala natin ang notasyon at, pagkatapos ay ayon kay Vishnegradsky, upang ang sistema ay maging matatag ito ay kinakailangan na, o. Sa Figure 3.4, ang hyperbola ΧΥ =1 ay naka-plot sa mga coordinate X at Υ, na nagbibigay ng limitasyon ng katatagan ng system. Ang linya sa pagitan ng mga lugar ng paglaban ay karaniwang napipisa, upang ang mga lugar ng paglaban ay makikita mula sa pagpisa nang walang karagdagang paliwanag.
Sa diagram sa Figure 3.4 mayroong isang naka-plot na linya ng hangganan ng aperiodicity, na tinutukoy ng kondisyon na may face point sa mga halaga ng X = Υ = 3.
Ang pamantayan ng katatagan ng Vishnegradsky na nakabalangkas sa itaas ay isang hiwalay na kaso ng pamantayan ng katatagan ng Routh-Hurwitz. Ang criterion na ito ay maaaring buuin bilang mga sumusunod, sa anyo na iminungkahi ni Hurwitz: kung ang sistema ay inilalarawan ng isang linear differential equation, ang katangian na equation ay:
pagkatapos ay upang ito ay maging matatag, iyon ay, para sa lahat ng mga tunay na ugat at tunay na bahagi ng kumplikadong mga ugat ng katangian na equation ay maging negatibo, ito ay kinakailangan at sapat na ang lahat ng mga coefficient ng equation ay may parehong tanda, at ang diagonal determinant ay nasa pagkakasunud-sunod n-1, na binubuo ng mga coefficient ng equation, at lahat ng diagonal na minor nito ay magiging positibo:
Ang diagonal determinant ay binubuo ng mga sumusunod:
Kaya, upang maging matatag ang sistema, kinakailangan na ang lahat ng mga coefficient ay may parehong tanda at ang lahat ng mga determinant ay mas malaki kaysa sa 0.
Ang pagkakasunud-sunod ng pag-compile ng mga diagonal na menor ay maaaring masuri gamit ang halimbawa ng isang fifth-degree equation:
Pagkatapos makuha namin:
Para sa isang third order equation:
At saka.
Tandaan na para sa at mayroon kaming mga kondisyon ng katatagan ng Vyshegradsky
Parehong ang Vishnegradsky criterion at ang Routh-Hurwitz criterion ay tumutukoy sa katatagan ng system batay sa mga coefficient ng characteristic equation at tinatawag na algebraic stability criteria. Tingnan natin ang ilang halimbawa ng pananaliksik sa paglaban gamit ang pamantayang Routh-Hurwitz.
Halimbawa 1. Katangiang equation ng system
Para dito:
Kung paanong ang lahat ng mga coefficient ng equation na ito ay mas malaki kaysa sa zero, kaya ang mga determinant ay mas malaki din sa zero - ang sistema ay matatag.
Ang PWM o PWM (pulse-width modulation, sa English) ay isang paraan upang makontrol ang supply ng kuryente sa load. Ang kontrol ay binubuo ng pagbabago ng tagal ng pulso sa isang pare-parehong rate ng pag-uulit ng pulso. Pulse width modulation ay maaaring analog, digital, binary o ternary.
Ang paggamit ng pulse-width modulation ay ginagawang posible upang madagdagan ang kahusayan ng mga electrical converter, lalo na para sa mga pulse converter, na ngayon ay bumubuo ng batayan ng pangalawang power supply para sa iba't ibang mga elektronikong aparato. Ang flyback at forward na single-cycle, push-pull at half-bridge, pati na rin ang mga bridge pulse converter ay kinokontrol ngayon kasama ang partisipasyon ng PWM, nalalapat din ito sa mga resonant converter.
Binibigyang-daan ka ng pulse width modulation na ayusin ang liwanag ng backlight ng mga liquid crystal display ng mga cell phone, smartphone, at laptop. Ipinapatupad ang PWM sa mga inverter ng sasakyan, charger, atbp. Ang anumang charger ngayon ay gumagamit ng PWM sa pagpapatakbo nito.
Ang mga bipolar at field-effect transistor na tumatakbo sa switching mode ay ginagamit bilang switching elements sa modernong high-frequency converter. Nangangahulugan ito na bahagi ng panahon ang transistor ay ganap na bukas, at bahagi ng panahon ay ganap na sarado.
At dahil sa mga lumilipas na estado na tumatagal lamang ng sampu-sampung nanosecond, ang kapangyarihan na inilabas sa switch ay maliit kumpara sa inilipat na kapangyarihan, ang average na kapangyarihan na inilabas sa anyo ng init sa switch sa huli ay lumalabas na hindi gaanong mahalaga. Sa kasong ito, sa saradong estado, ang paglaban ng transistor bilang isang switch ay napakaliit, at ang pagbaba ng boltahe sa kabuuan nito ay lumalapit sa zero.
Sa bukas na estado, ang conductivity ng transistor ay malapit sa zero, at halos walang kasalukuyang dumadaloy dito. Ginagawa nitong posible na lumikha ng mga compact converter na may mataas na kahusayan, iyon ay, na may mababang pagkalugi sa thermal. At ginagawang posible ng mga resonant converter na may switching sa zero kasalukuyang ZCS (zero-current-switching) na bawasan ang mga pagkalugi na ito sa pinakamababa.
Sa analog-type na PWM generators, ang control signal ay nabuo ng isang analog comparator kapag, halimbawa, isang triangular o sawtooth signal ang ibinibigay sa inverting input ng comparator, at isang modulating continuous signal ang ibinibigay sa non-inverting input.
Ang mga output pulse ay nakuha, ang kanilang dalas ng pag-uulit ay katumbas ng dalas ng saw (o triangular signal), at ang tagal ng positibong bahagi ng pulso ay nauugnay sa oras kung saan ang antas ng modulating constant signal na ibinibigay sa Ang non-inverting input ng comparator ay mas mataas kaysa sa level ng saw signal, na ibinibigay sa inverting entrance. Kapag ang saw boltahe ay mas mataas kaysa sa modulating signal, ang output ay magkakaroon ng negatibong bahagi ng pulso.
Kung ang saw ay ipapakain sa non-inverting input ng comparator, at ang modulating signal ay ibinibigay sa inverting input, ang output rectangular pulses ay magkakaroon ng positibong halaga kapag ang saw boltahe ay mas mataas kaysa sa halaga ng modulating signal na ibinigay. sa inverting input, at negatibo kapag ang saw boltahe ay mas mababa kaysa sa modulating signal. Ang isang halimbawa ng analogue PWM generation ay ang TL494 microcircuit, na malawakang ginagamit ngayon sa pagtatayo ng mga switching power supply.
Ginagamit ang digital PWM sa binary digital na teknolohiya. Ang mga output pulse ay tumatagal lamang ng isa sa dalawang halaga (on o off), at ang average na antas ng output ay lumalapit sa nais na antas. Dito nakukuha ang signal ng sawtooth sa pamamagitan ng paggamit ng N-bit counter.
Ang mga digital na aparato na may PWM ay nagpapatakbo din sa isang pare-pareho ang dalas, na kinakailangang lumampas sa oras ng pagtugon ng kinokontrol na aparato, ang pamamaraang ito ay tinatawag na oversampling. Sa pagitan ng mga gilid ng orasan, nananatiling stable ang digital PWM output, mataas man o mababa, depende sa kasalukuyang estado ng output ng digital comparator, na naghahambing sa mga antas ng signal sa counter at sa tinatayang digital.
Ang output ay na-clock bilang isang sequence ng mga pulso na may mga estado 1 at 0; ang bawat estado ng orasan ay maaaring o hindi maaaring magbago sa kabaligtaran. Ang dalas ng mga pulso ay proporsyonal sa antas ng papalapit na signal, at ang mga yunit na sumusunod sa isa't isa ay maaaring bumuo ng isang mas malawak, mas mahabang pulso.
Ang magreresultang mga pulso ng variable na lapad ay magiging isang multiple ng panahon ng orasan, at ang dalas ay magiging katumbas ng 1/2NT, kung saan ang T ay ang panahon ng orasan, ang N ay ang bilang ng mga cycle ng orasan. Dito makakamit ang mas mababang dalas na nauugnay sa dalas ng orasan. Ang digital generation circuit na inilarawan ay one-bit o two-level PWM, pulse-coded PCM modulation.
Ang dalawang antas na pulse-coded modulation na ito ay mahalagang serye ng mga pulso na may dalas na 1/T, at isang lapad na T o 0. Ang oversampling ay ginagamit sa average sa mas malaking yugto ng panahon. Maaaring makamit ang mataas na kalidad na PWM gamit ang one-bit pulse-density modulation, na tinatawag ding pulse-frequency modulation.
Sa digital pulse-width modulation, ang mga rectangular subpulse na pumupuno sa isang tuldok ay maaaring mahulog sa anumang lugar sa panahon, at pagkatapos ay ang kanilang numero lamang ang makakaapekto sa average na halaga ng signal sa paglipas ng panahon. Kaya, kung hahatiin mo ang panahon sa 8 bahagi, kung gayon ang mga kumbinasyon ng mga pulso 11001100, 11110000, 11000101, 10101010, atbp. ay magbibigay ng parehong average na halaga para sa panahon, gayunpaman, ang hiwalay na mga yunit ay nagpapabigat sa operating mode ng key transistor.
Ang mga luminaries ng electronics, na nagsasalita tungkol sa PWM, ay nagbibigay ng sumusunod na pagkakatulad sa mekanika. Kung gagamit ka ng makina para paikutin ang isang mabigat na flywheel, dahil maaaring i-on o i-off ang makina, iikot at patuloy na iikot ang flywheel, o titigil dahil sa friction kapag naka-off ang makina.
Ngunit kung ang makina ay naka-on sa loob ng ilang segundo bawat minuto, kung gayon ang pag-ikot ng flywheel ay mapapanatili, dahil sa pagkawalang-galaw, sa isang tiyak na bilis. At habang mas matagal ang engine ay nakabukas, mas mataas ang bilis ng pag-ikot ng flywheel. Pareho sa PWM, ang on at off na signal (0 at 1) ay dumarating sa output, at bilang resulta, ang average na halaga ay nakakamit. Sa pamamagitan ng pagsasama ng boltahe ng pulso sa paglipas ng panahon, nakukuha namin ang lugar sa ilalim ng mga pulso, at ang epekto sa gumaganang katawan ay magiging magkapareho sa trabaho sa isang average na halaga ng boltahe.
Ito ay kung paano gumagana ang mga converter, kung saan ang paglipat ay nangyayari libu-libong beses bawat segundo, at ang mga frequency ay umaabot sa ilang megahertz. Ang mga espesyal na controller ng PWM ay malawakang ginagamit upang kontrolin ang mga ballast ng lamp na nakakatipid ng enerhiya, mga power supply, atbp.
Ang ratio ng kabuuang tagal ng panahon ng pulso sa oras ng pag-on (ang positibong bahagi ng pulso) ay tinatawag na duty cycle ng pulso. Kaya, kung ang oras ng pag-on ay 10 μs, at ang panahon ay tumatagal ng 100 μs, pagkatapos ay sa dalas ng 10 kHz, ang duty cycle ay magiging katumbas ng 10, at isinulat nila na S = 10. Ang inverse duty cycle ay tinatawag na ang pulse duty cycle, sa English Duty cycle, o Dinaglat bilang DC.
Kaya, para sa halimbawang ibinigay, DC = 0.1, dahil 10/100 = 0.1. Sa pamamagitan ng pulse-width modulation, sa pamamagitan ng pagsasaayos ng duty cycle ng pulso, iyon ay, sa pamamagitan ng pag-iiba-iba ng DC, ang kinakailangang average na halaga ay nakakamit sa output ng isang electronic o iba pang de-koryenteng aparato, tulad ng isang motor.
Modulasyon ng lapad ng pulso(PWM, Ingles) pulse-width modulation (PWM)) - ang proseso ng pagkontrol sa power na ibinibigay sa load sa pamamagitan ng pagbabago ng duty cycle ng mga pulso sa pare-pareho ang dalas. Makilala analog na PWM At digital PWM, binary (dalawang antas) PWM At ternary (tatlong antas) PWM .
Graph na naglalarawan ng paggamit ng tatlong antas na PWM para sa kontrol ng motor, na ginagamit sa variable frequency induction motor drive. Ang boltahe mula sa PHI modulator na ibinibigay sa machine winding ay ipinapakita sa asul (V). Ang magnetic flux sa stator ng makina ay ipinapakita sa pula (B). Dito ang magnetic flux ay may humigit-kumulang sinusoidal na hugis, dahil sa kaukulang batas ng PWM.
Mga dahilan ng pagkalat ng PWM
Ang pangunahing dahilan para sa paggamit ng PWM ay ang pagnanais na madagdagan ang kahusayan kapag gumagawa ng pangalawang power supply para sa mga elektronikong kagamitan at sa iba pang mga bahagi, halimbawa, ang PWM ay ginagamit upang ayusin ang liwanag ng backlight ng mga LCD monitor at display sa mga telepono, PDA, atbp.
Inilabas ang thermal power sa switch na may PWM
Sa PWM, ang mga transistor ay ginagamit bilang mga pangunahing elemento (maaaring gamitin ang iba pang mga semiconductor device) hindi sa isang linear mode, ngunit sa isang switching mode, iyon ay, ang transistor ay palaging bukas (naka-off) o sarado (sa isang estado ng saturation. ). Sa unang kaso, ang transistor ay may halos walang katapusang paglaban, kaya ang kasalukuyang sa circuit ay napakaliit, at kahit na ang buong supply ng boltahe ay bumababa sa transistor, ang kapangyarihan na inilabas ng transistor ay halos zero. Sa pangalawang kaso, ang paglaban ng transistor ay napakababa, at, samakatuwid, ang pagbaba ng boltahe sa kabuuan nito ay malapit sa zero - ang inilabas na kapangyarihan ay maliit din. Sa mga transition states (transition ng switch mula sa conducting state papunta sa non-conducting state at pabalik), ang power na inilabas sa switch ay makabuluhan, ngunit dahil ang tagal ng transition states ay napakaikli kaugnay ng modulation period, ang average Ang kapangyarihan ng paglipat ng mga pagkalugi ay lumalabas na hindi gaanong mahalaga.
1. 
Prinsipyo ng pagpapatakbo ng PWM
Analog PWM[
Ang signal ng PWM ay nabuo ng isang analog comparator, isang input (ayon sa figure - ang inverting input ng comparator) na kung saan ay ibinibigay sa isang auxiliary reference sawtooth o triangular signal ng isang makabuluhang mas mataas na dalas kaysa sa dalas ng modulating signal, at ang iba pa - isang modulating tuloy-tuloy na analog signal. Ang dalas ng pag-uulit ng PWM output pulses ay katumbas ng dalas ng sawtooth o triangular na boltahe. Sa bahaging iyon ng panahon ng boltahe ng sawtooth, kapag ang signal sa inverting input ng comparator ay mas mataas kaysa sa signal sa non-inverting input, kung saan inilalapat ang modulating signal, isang negatibong boltahe ang nakukuha sa output, sa kabilang linya. bahagi ng panahon, kapag ang signal sa inverting input ng comparator ay mas mababa kaysa sa signal sa non-inverting input, magkakaroon ng positibong boltahe .
Ang analog PWM ay ipinapatupad gamit ang isang comparator, ang isang input ay binibigyan ng triangular o sawtooth periodic signal mula sa isang auxiliary generator, at ang isa ay may modulating signal. Sa output ng comparator, ang mga periodic rectangular pulses na may variable na lapad ay nabuo, ang duty cycle na nag-iiba ayon sa batas ng modulating signal, at ang frequency ay katumbas ng frequency ng triangular o sawtooth signal at kadalasan ay pare-pareho.
Ang analog PWM ay ginagamit sa mga low-frequency amplifier ng " D».
Isa sa dalawang antas na pamamaraan ng PWM gamit ang isang analog comparator. Ang boltahe ng sawtooth mula sa auxiliary generator ay ibinibigay sa isa sa mga input ng comparator, at isang modulating voltage ay ibinibigay sa isa pang input. Ang comparator output state ay PHI modulation. Sa figure: sa itaas - isang sawtooth signal at modulating boltahe, sa ibaba - ang resulta ng PWM.
Digital PWM
Sa binary digital na teknolohiya, kung saan ang mga output ay maaaring tumagal lamang ng isa sa dalawang halaga, ang pagtataya sa nais na average na antas ng output gamit ang PWM ay ganap na natural. Ang circuit ay kasing-simple lamang: ang isang sawtooth signal ay nabuo N-bit na counter. Ang mga digital device (DSHIP) ay gumagana sa isang nakapirming frequency, kadalasang mas mataas kaysa sa tugon ng mga kinokontrol na pag-install ( resampling). Sa mga panahon sa pagitan ng mga gilid ng orasan, nananatiling matatag ang output ng DSCH, mababa man ito o mataas, depende sa output ng digital comparator, na ikinukumpara ang counter value sa antas ng papalapit na digital signal V(n). Ang isang output sa maraming mga cycle ng orasan ay maaaring bigyang-kahulugan bilang isang serye ng mga pulso na may dalawang posibleng mga halaga 0 at 1, na pinapalitan ang bawat isa sa bawat ikot ng orasan T. Ang dalas ng paglitaw ng mga solong pulso ay proporsyonal sa antas ng papalapit na signal ~ V(n). Ang mga yunit na sumusunod sa isa't isa ay bumubuo ng tabas ng isa, mas malawak na salpok. Tagal ng natanggap na mga pulso na may variable na lapad ~ V(n) ay mga multiple ng panahon ng orasan T, at ang dalas ay 1/( T*2N). Ang mababang dalas ay nangangahulugang mahaba, medyo T, mga panahon ng patuloy na signal sa parehong antas, na nagbibigay ng mababang pagkakapareho ng pamamahagi ng pulso.
Ang inilarawan na digital generation circuit ay nasa ilalim ng kahulugan ng one-bit (two-level) pulse-code modulation ( PCM). Ang 1-bit na PCM ay maaaring isipin sa mga termino ng PWM bilang isang serye ng mga pulso na may dalas na 1/ T at lapad 0 o T. Ang available na oversampling ay nagbibigay-daan sa iyo na makamit ang average sa mas maikling panahon. Isang uri ng one-bit PCM tulad ng pulse-density modulation ( modulasyon ng density ng pulso), na tinatawag ding modulasyon ng dalas ng pulso.
Ang tuluy-tuloy na analog signal ay ibinabalik sa pamamagitan ng arithmetic averaging ng mga pulso sa maraming panahon gamit ang isang simpleng low-pass na filter. Bagaman kadalasan kahit na ito ay hindi kinakailangan, dahil ang mga electromechanical na bahagi ng drive ay may inductance, at ang control object (OA) ay may pagkawalang-kilos, ang mga pulso mula sa PWM na output ay pinapakinis at ang op-amp, na may sapat na dalas ng PWM signal, kumikilos na parang kinokontrol ang isang regular na analog signal.
Sa digital PWM, ang panahon ay nahahati sa mga bahagi, na puno ng mga hugis-parihaba na subpulse. Ang average na halaga para sa panahon ay depende sa bilang ng mga parihabang subpulses. Digital PWM - pagtatantya ng isang binary signal (na may dalawang antas - sa/off) sa isang multilevel o tuloy-tuloy na signal upang ang kanilang mga average na halaga sa tagal ng panahon t 2 -t 1 ay humigit-kumulang pantay.
Sa pormal, ito ay maaaring isulat tulad nito:
saan x(t) - input signal mula sa t 1 dati t 2, at ∆ T i= - tagal i ika PWM subpulse, bawat isa ay may amplitude A. n ay pinili sa paraang sa panahon na ang pagkakaiba sa kabuuang lugar (enerhiya) ng parehong dami ay mas mababa sa pinahihintulutan:
.
Ang kinokontrol na "mga antas", bilang panuntunan, ay mga parameter ng power plant, halimbawa, boltahe ng mga pulse converter/regulator DC boltahe/ o bilis ng motor. Para sa pulsed sources x(t) = U const pagpapapanatag.
Sa digital PWM, ang mga rectangular subpulse na pumupuno sa isang tuldok ay maaaring matagpuan saanman sa panahon; ang average na halaga sa loob ng panahon ay apektado lamang ng kanilang numero. Halimbawa, kapag hinahati ang isang panahon sa 8 bahagi, ang mga pagkakasunud-sunod na 11110000, 11101000, 11100100, 11100010, 11100001, atbp. ay nagbibigay ng parehong average na halaga para sa panahon, ngunit ang hiwalay na "1s" ay nagpapalala sa operating mode ng switch (transistor).
Maaari ka ring gumamit ng COM port bilang PWM. Dahil ang 0 ay ipinadala bilang 0 0000 0000 1 (8 data bits + start/stop), at 255 bilang 0 1111 1111 1, ang output voltage range ay 10-90% sa 10% increments.