Pulsbreddemodulasjon

PWM eller PWM (Pulse Width Modulation) er en måte å kontrollere strømforsyningen til en last på. Kontrollen består i å endre pulsvarigheten ved en konstant pulsrepetisjonshastighet. Pulse Width Modulation er tilgjengelig i analog, digital, binær og ternær.

Bruk av pulsbreddemodulasjon gjør det mulig å øke effektiviteten til elektriske omformere, spesielt for pulsomformere, som i dag danner grunnlaget for sekundære strømforsyninger til ulike elektroniske enheter. Flyback og forward single, push-pull og half-bridge, samt bridge switching omformere styres i dag med deltakelse av PWM, dette gjelder også resonansomformere.

Pulsbreddemodulering lar deg justere lysstyrken på bakgrunnsbelysningen til flytende krystallskjermer på mobiltelefoner, smarttelefoner, bærbare datamaskiner. PWM er implementert i sveisemaskiner, i bilinvertere, i ladere osv. Hver lader i dag bruker PWM i sin drift.

Key-mode bipolare og felteffekttransistorer brukes som svitsjeelementer i moderne høyfrekvensomformere. Dette betyr at en del av perioden er transistoren helt åpen og en del av perioden er den helt lukket.

Og siden i transiente tilstander som bare varer i titalls nanosekunder, er kraften som frigjøres av bryteren liten sammenlignet med den svitsjede effekten, som et resultat, viser den gjennomsnittlige kraften som frigjøres i form av varme på bryteren å være ubetydelig. I dette tilfellet, i lukket tilstand, er motstanden til transistoren som en bryter veldig liten, og spenningsfallet over den nærmer seg null.

I åpen tilstand er transistorens ledningsevne nær null, og strømmen flyter praktisk talt ikke gjennom den. Dette gjør det mulig å lage kompakte omformere med høy effektivitet, det vil si med lave varmetap. ZCS (Zero Current Switching) resonantomformere minimerer disse tapene.

I analoge PWM-generatorer genereres styresignalet av en analog komparator når for eksempel et trekant- eller triodesignal tilføres den inverterende inngangen til komparatoren og et modulerende kontinuerlig signal tilføres den ikke-inverterende inngangen.

Utgangspulser mottas rektangulær, repetisjonshastigheten deres er lik frekvensen til sagen (eller den trekantede bølgeformen), og varigheten av den positive delen av pulsen er relatert til tiden hvor nivået til det modulerende DC-signalet påføres den ikke-inverterende inngangen til komparatoren er høyere enn nivået til sagsignalet som mates til den inverterende inngangen.Når sagspenningen er høyere enn det modulerende signalet, vil utgangen være den negative delen av pulsen.

Hvis sagen tilføres den ikke-inverterende inngangen til komparatoren, og det modulerende signalet tilføres den inverterende, vil firkantbølgeutgangspulsene ha en positiv verdi når sagspenningen er høyere enn verdien til det modulerende signalet. påført den inverterende inngangen, og negativ - når sagspenningen er lavere enn det modulerende signalet. Et eksempel på analog PWM-generering er TL494-brikken, som er mye brukt i dag i konstruksjonen av byttestrømforsyninger.

Digital PWM brukes i binær digital teknologi. Utgangspulsene tar også kun én av to verdier (på eller av), og det gjennomsnittlige utgangsnivået nærmer seg ønsket. Her oppnås sagtannsignalet ved å bruke en N-bit teller.

PWM digitale enheter opererer også med en konstant frekvens, som nødvendigvis overskrider responstiden til den kontrollerte enheten, denne tilnærmingen kalles oversampling. Mellom klokkekantene forblir den digitale PWM-utgangen stabil, høy eller lav, avhengig av den nåværende tilstanden til utgangen til den digitale komparatoren, som sammenligner nivåene til tellersignalet og det omtrentlige digitale.

Utgangen klokkes som en sekvens av pulser med tilstander 1 og 0, hver tilstand av klokken kan eller kan ikke være reversert. Frekvensen til pulsene er proporsjonal med nivået på signalet som nærmer seg, og påfølgende enheter kan danne en bredere, lengre puls.

De resulterende pulsene med variabel bredde vil være multipler av klokkeperioden, og frekvensen vil være lik 1 / 2NT, hvor T er klokkeperioden, N er antall klokkesykluser. En lavere frekvens når det gjelder klokkefrekvens er oppnåelig her. Det beskrevne digitale generasjonsskjemaet er en-bit eller to-nivå PWM, pulskodet PCM-modulasjon.

Denne to-trinns pulskodede modulasjonen er i hovedsak en sekvens av pulser med en frekvens på 1/T og en bredde på T eller 0. Oversampling brukes til å snitte over en lengre tidsperiode. Høykvalitets PWM oppnås ved enkeltbits pulstett modulasjon, også kalt pulsfrekvensmodulasjon.

Ved digital pulsbreddemodulasjon kan de rektangulære subpulsene som fyller perioden vises hvor som helst i perioden, og da påvirker kun antallet deres gjennomsnittsverdi av signalet for perioden. Så hvis vi deler perioden i 8 deler, så er pulskombinasjonene 11001100, 11110000, 11000101, 10101010, etc. vil gi samme periodegjennomsnitt, men de enkelte enhetene gjør arbeidssyklusen til nøkkeltransistoren tyngre.

Elektronikkens armaturer, når vi snakker om PWM, gir en lignende analogi til mekanikk. Hvis du dreier et tungt svinghjul med motoren etter at motoren kan slås på eller av, vil svinghjulet enten snurre og fortsette å snurre eller stoppe på grunn av friksjon når motoren er av.

Men hvis motoren slås på i noen sekunder per minutt, vil svinghjulets rotasjon opprettholdes på grunn av treghet ved en viss hastighet. Og jo lenger motoren er slått på, jo høyere rotasjonshastighet på svinghjulet.Så med PWM kommer et på og av-signal (0 og 1) til utgangen og resultatet er en gjennomsnittsverdi. Ved å integrere spenningen til pulsene over tid får vi arealet under pulsene, og effekten på arbeidskroppen vil være identisk med arbeidet med en gjennomsnittsverdi av spenningen.

Dette er hvordan omformere fungerer, der veksling skjer tusenvis av ganger per sekund, og frekvenser når enheter på megahertz. Spesielle PWM-kontrollere er mye brukt til å kontrollere ballastene til energisparende lamper, strømforsyninger, frekvensomformere for motorer etc.

Forholdet mellom den totale varigheten av pulsperioden og på-tiden (positiv del av pulsen) kalles driftssyklusen. Så hvis innkoblingstiden er 10 μs, og perioden varer 100 μs, vil driftssyklusen ved en frekvens på 10 kHz være 10, og de skriver at S = 10. Den omvendte arbeidssyklusen kalles plikten cycle, på engelsk Duty cycle eller DC for kort.

Så for det gitte eksemplet er DC = 0,1 siden 10/100 = 0,1. Med pulsbreddemodulasjon, ved å justere arbeidssyklusen til pulsen, det vil si ved å endre likestrømmen, oppnås den nødvendige gjennomsnittsverdien ved utgangen til en elektronisk eller annen elektrisk enhet, for eksempel en motor.