Impulsi laiuse modulatsioon

PWM või PWM (impulsi laiuse modulatsioon) on viis koormuse toiteallika juhtimiseks. Juhtimine seisneb impulsi kestuse muutmises konstantse pulsi kordussagedusega. Impulsi laiuse modulatsioon on saadaval analoog-, digitaal-, kahend- ja kolmekomponentsetena.

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 ühe-, push-pull- ja poolsild-, aga ka sildlülitusmuundureid, see kehtib ka resonantsmuundurite kohta.

Impulsi laiuse modulatsioon võimaldab reguleerida mobiiltelefonide, nutitelefonide, sülearvutite vedelkristallkuvarite taustvalgustuse heledust. PWM on rakendatud keevitusmasinad, autoinverterites, laadijates jne. Iga laadija kasutab tänapäeval oma töös PWM-i.

Kaasaegsetes kõrgsagedusmuundurites kasutatakse lülituselementidena võtmerežiimiga 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 lülitist vabanev võimsus võrreldes lülitatava võimsusega väike, siis selle tulemusena osutub lülitile soojuse kujul vabanev keskmine võimsus tühiseks. 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 kõrge kasuteguriga, st väikeste soojuskadudega muundureid. ZCS (Zero Current Switching) resonantsmuundurid minimeerivad need kaod.

Analoogtüüpi PWM-generaatorites genereerib juhtsignaali analoogkomparaator, kui komparaatori inverteerivale sisendile suunatakse näiteks kolmnurk- või trioodsignaal ja mitteinverteerivale sisendile suunatakse moduleeriv pidev signaal.

Väljundimpulsid võetakse vastu ristkülikukujuline, on nende kordussagedus võrdne sae (või kolmnurkse lainekuju) sagedusega ja impulsi positiivse osa kestus on seotud ajaga, mille jooksul mitteinverteerivale sisendile rakendatud moduleeriva alalisvoolu signaali tase. komparaator on kõrgem kui inverteerivasse sisendisse juhitava saesignaali tase.Kui saepinge on suurem kui moduleeriv signaal, on väljundiks impulsi negatiivne osa.

Kui saag rakendatakse komparaatori mitteinverteerivale sisendile ja moduleeriv signaal rakendatakse inverteerivale, on ruutlaine väljundimpulssidel positiivne väärtus, kui saepinge on suurem kui moduleeriva signaali väärtus. rakendatakse inverteerivale sisendile ja negatiivne - kui saepinge on madalam kui modulatsioonisignaal. Analoog-PWM-i genereerimise näide on TL494 kiip, 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-digitaalseadmed töötavad ka konstantsel sagedusel, ületades tingimata juhitava seadme reaktsiooniaega, seda lähenemist nimetatakse ülediskreetimiseks. Kella servade vahel jääb digitaalne PWM väljund stabiilseks, kõrgeks või madalaks, olenevalt digitaalse komparaatori väljundi hetkeseisust, mis võrdleb loendussignaali ja ligikaudse digitaalse signaali tasemeid.

Väljund takteeritakse impulsside jadana olekutega 1 ja 0, iga kella olek võib olla vastupidine või mitte. Impulsside sagedus on võrdeline läheneva signaali tasemega ja järjestikused ühikud võivad moodustada laiema, pikema impulsi.

Saadud muutuva laiusega impulsid on kella perioodi kordsed ja sagedus võrdub 1/2NT, kus T on kella periood, N on kella tsüklite arv. Siin on saavutatav taktsageduse osas madalam sagedus. Kirjeldatud digitaalse genereerimise skeem on ühebitine või kahetasandiline PWM, impulsskoodiga PCM-modulatsioon.

See kaheastmeline impulsskodeeritud modulatsioon on sisuliselt impulsside jada sagedusega 1/T ja laiusega T või 0. Ülediskreetimist kasutatakse keskmiseks pikema ajaperioodi jooksul. Kvaliteetne PWM saavutatakse ühebitise impulss-tihe modulatsiooniga, mida nimetatakse ka impulsi sagedusmodulatsiooniks.

Digitaalse impulsi laiusmodulatsiooni korral võivad perioodi täitvad ristkülikukujulised alamimpulsid ilmuda suvalises perioodis ja siis mõjutab ainult nende arv perioodi signaali keskmist väärtust. Nii et kui jagada periood 8 osaks, siis impulsikombinatsioonid 11001100, 11110000, 11000101, 10101010 jne. annab sama perioodi keskmise, kuid üksikud ühikud muudavad võtmetransistori töötsükli raskemaks.

Elektroonika valgustid, rääkides PWM-ist, annavad sarnase analoogia mehaanikaga. Kui keerate mootoriga rasket hooratast pärast seda, kui mootor on sisse või välja lülitatud, hakkab hooratas kas pöörlema ​​ja jätkab pöörlemist või peatub hõõrdumise tõttu, kui mootor on välja lülitatud.

Kuid kui mootor on mõneks sekundiks minutis sisse lülitatud, säilib hooratta pöörlemine teatud kiiruse inertsi tõttu. Ja mida kauem mootor sisse lülitatakse, seda suurem on hooratta pöörlemiskiirus.Nii et PWM-i puhul tuleb väljundisse sisse- ja väljalülitussignaal (0 ja 1) ning tulemuseks on keskmine väärtus. Integreerides impulsside pinge aja jooksul, saame impulsside all oleva ala ja mõju töökehale on identne pinge keskmise väärtusega tööga.

Nii töötavad muundurid, kus ümberlülitused toimuvad tuhandeid kordi sekundis ja sagedused ulatuvad megahertsi ühikuni. Spetsiaalseid PWM-kontrollereid kasutatakse laialdaselt energiasäästulampide liiteseadiste, toiteallikate, mootorite sagedusmuundurid jne.

Impulsi perioodi kogukestuse ja sisselülitatud aja (impulsi positiivne osa) suhet nimetatakse töötsükliks. Niisiis, kui sisselülitusaeg on 10 μs ja periood kestab 100 μs, siis sagedusel 10 kHz on töötsükkel 10 ja nad kirjutavad, et S = 10. Vastupidist töötsüklit nimetatakse tööks. tsükkel, inglise keeles Duty cycle või lühidalt 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.