Široko-impulzna modulacija (PWM) je metoda za pretvorbo signala, ki spreminja trajanje impulza (prostorsko), frekvenca pa ostaja konstantna. V angleščini je terminologija označena s PWM (pulzno-širinska modulacija). Ta člen podrobno pojasnjuje, kaj je PWM, kje se uporablja in kako deluje.
Področje uporabe
Z razvojem tehnologije mikrokrmilnika pred odprtjem PWM so se odprle nove priložnosti. To načelo je postalo osnova za elektronske naprave, ki zahtevajo prilagajanje izhodnih parametrov in njihovo vzdrževanje na določeni ravni. Metoda modulacije širine impulzov se uporablja za spreminjanje svetlosti svetlobe, hitrosti motorja in tudi za krmiljenje močnostnega tranzistorja napajalnih enot (BP) impulznega tipa.
Širokokotna (AI) modulacija se aktivno uporablja pri konstrukciji krmilnih sistemov za svetlost svetlečih diod. Zaradi nizke vztrajnosti se LED preklopi (bliskavica in dušenje) pri frekvenci več deset kHz. Njegovo delo v pulznem načinu človeško oko dojema kot trajni sijaj. Svetlost pa je odvisna od trajanja impulza (odprto stanje LED) v enem obdobju. Če je čas impulza enak času pavze, tj. Faktorju polnjenja 50%, bo svetilnost LED polovice nominalne vrednosti. Z popularizacijo LED svetilk pri 220V se je postavilo vprašanje o povečanju zanesljivosti njihovega dela z nestabilno vhodno napetostjo. Raztopino smo našli v oblikiuniverzalni čip - močnostni gonilnik, ki deluje na principu impulzne širine ali pulzno-frekvenčne modulacije. Shema na podlagi enega od teh gonilnikov je tukaj podrobno opisana.
Vhod v čip voznika omrežne napetosti se stalno primerja z napetostjo notranjega vezja, ki tvori izhod PWM signala (CHIM), katerega parametri določajo zunanji upori. Nekatera mikrovezja imajo izhod za analogni ali digitalni kontrolni signal. Tako lahko delovanje pulznega gonilnika nadzoruje drugi SHI-pretvornik. Zanimivo je, da LED ne sprejema visokofrekvenčnih impulzov, temveč tok, dušen z dušilko, ki je obvezen element takih vezij.
Obsežna uporaba PWM se odraža v vseh LCD zaslonih z LED osvetlitvijo. Na žalost v LED monitorjih večina SHI-pretvornikov deluje s frekvenco 100 Hertz, kar negativno vpliva na uporabnike računalnika.
Mikrokontroler Arduino lahko deluje tudi v načinu krmilnika PIM. Če želite to narediti, pokličite funkcijo AnalogWrite (), ki označuje vrednost v oklepajih od 0 do 255. Nič ustreza 0V in 255 do 5V. Vmesne vrednosti se izračunajo sorazmerno s.
Razširjena uporaba naprav s tehnologijo PWM je omogočila človeštvu, da je pobegnilo iz napajalnikov linearnih transformatorjev. Kot rezultat, povečanje učinkovitosti in zmanjšanje mase in velikosti virov energije večkrat.
PWM krmilnik je sestavni del sodobnega impulznega napajanja. Upravljadelo močnostnega tranzistorja, ki se nahaja v primarnem krogu impulznega transformatorja. Zaradi prisotnosti povratnega vezja je napetost na izhodu BP vedno stabilna. Najmanjše odstopanje izhodne napetosti preko povratne zveze je določeno s čipom, ki nemudoma popravi vzmet impulzov. Poleg tega sodobni PWM krmilnik rešuje številne dodatne naloge, ki prispevajo k povečanju zanesljivosti vira energije:
- zagotavlja način gladkega zagona pretvornika;
- omejuje amplitudo in spodbudo impulzov;
- krmili raven vhodne napetosti;
- ščiti pred kratkim stikom in presežkom temperature tipke za vklop /izklop;
- , če je potrebno, vam omogoča, da nastavite naslednji način.
Načelo delovanja PWM krmilnika
Naloga krmilnika PWM je upravljanje ključa za napajanje s spremembo krmilnih impulzov. Pri delovanju v ključnem načinu je tranzistor v enem od dveh stanj (popolnoma odprt, popolnoma zaprt). V zaprtem stanju tok skozi p-n-stičišče ne presega več mA, zato je moč sipanja nagnjena k nič. V odprtem stanju, kljub visokemu toku, je upor p-n-stika pretirano majhen, kar vodi tudi do neznatnih toplotnih izgub. Največja količina toplote se dodeli v trenutku prehoda iz ene države v drugo. Toda zaradi majhnega časa prehodnega procesa v primerjavi s frekvenco modulacije je izguba moči med preklopom zanemarljiva.
Modulacija s širino impulzov je razdeljena na dva tipa: analogni in digitalni. Vsaka vrsta ima svoje prednosti in se lahko shematično izvaja na različne načine.
analogna PWM
Načelo delovanja analognega SHI-modulatorja temelji na primerjavi dveh signalov, katerih pogostnost se spreminja glede na več vrst naročil. Element primerjave je operacijski ojačevalnik (komparator). Eden od njegovih vhodov napaja napetost v obliki konice visoke konstantne frekvence, na drugi pa nizkofrekvenčno modulacijsko napetost z spremenljivo amplitudo. Primerjalnik primerja obe vrednosti in na izhodu tvori pravokotne impulze, katerih trajanje je določeno s trenutno vrednostjo modulirnega signala. V tem primeru je frekvenca PWM enaka frekvenci signala v obliki peloda.
digitalna PWM
Širokokotna modulacija pri digitalni interpretaciji je ena od mnogih funkcij mikrokrmilnika (MK). Delujoč izključno z digitalnimi podatki, lahko MC na svojih izhodih generira visoko (100%) ali nizko (0%) napetostno raven. V večini primerov pa je za učinkovito kontrolo obremenitve potrebno spremeniti napetost na izhodu MK. Na primer, prilagajanje hitrosti motorja, spreminjanje svetlosti LED. Kaj naj naredim, da dobim katerokoli vrednost napetosti v razponu od 0 do 100% na izhodu mikrokrmilnika?
Problem je rešen z uporabo metode modulacije širine impulzov in uporabo pojava ponovnega vzorčenja, kadar je nastavljena preklopna frekvenca večkrat večja kot odziv nadzorovane naprave. Spreminjanje impulzov spremeni povprečno vrednost izhodanapetosti Praviloma se celoten proces odvija pri frekvencah deset ali stotih kHz, kar omogoča nemoteno regulacijo. Tehnično se to izvaja s pomočjo PWM krmilnika - specializiranega mikrovezja, ki je "srce" katerega koli digitalnega nadzornega sistema. Aktivna uporaba krmilnikov, ki temeljijo na PWM, je posledica njihovih nespornih prednosti:
- visoka učinkovitost transformacije signala;
- stabilnost dela;
- varčevanje z energijo, ki jo porabi tovor;
- nizki stroški;
- visoka zanesljivost celotne naprave.
Pridobitev zaključkov signala PWM mikrokrmilnika je lahko na dva načina: strojna in programska. Vsak MC ima vgrajen časovnik, ki je zmožen generirati PWM impulze pri določenih zaključkih. To se doseže z izvedbo strojne opreme. Prejemanje PWM signalov z uporabo programskih ukazov ima več zmogljivosti v smislu ločljivosti in omogoča uporabo več zaključkov. Vendar pa metoda programske opreme vodi do visokega zagonskega MK in potrebuje veliko pomnilnika.
Treba je omeniti, da je število impulzov v digitalnem PWM za določeno obdobje lahko različno in da se lahko impulzi nahajajo v katerem koli delu obdobja. Stopnja proizvodnje je določena s skupnim trajanjem vseh impulzov v obdobju. Razumeti je treba, da je vsak dodatni impulz prehod močnostnega tranzistorja iz odprtega stanja v zaprto, kar vodi do povečanja izgub med preklapljanjem.
Primer uporabe PWM regulatorja
Ena od možnosti za izvajanje preprostega regulatorja PIMopisano prej v tem članku. Temelji na čipu NE555 in ima majhen trak. Ampak kljub prostate vezje, regulator ima precej široko paleto aplikacij: shema za nadzor svetlosti LED, LED trakovi, prilagajanje hitrosti motorjev enosmernega toka.
