Široko-impulsna modulacija (PWM) je metoda za pretvaranje signala koji mijenja trajanje impulsa (prostorno), a frekvencija ostaje konstantna. U engleskom jeziku, terminologija je označena s PWM (pulsno-širinska modulacija). Ovaj članak detaljno objašnjava što je PWM, gdje se primjenjuje i kako radi.
Područje primjene
Razvojem tehnologije mikrokontrolera prije nego što je PWM otvorio nove mogućnosti. Ovo načelo postalo je osnova za elektroničke uređaje koji zahtijevaju prilagođavanje izlaznih parametara i njihovo održavanje na zadanoj razini. Metoda modulacije širine impulsa koristi se za promjenu svjetline svjetlosti, brzine motora, kao i za upravljanje energetskim tranzistorom napojnih jedinica (BP) impulsnog tipa.
Širokokutna (AI) modulacija aktivno se koristi u konstrukciji sustava upravljanja za svjetlinu dioda koje emitiraju svjetlost. Zbog niske inercije, LED upravljač se prebacuje (bljeska i gasi) frekvencijom od nekoliko desetaka kHz. Njegovo djelo u pulsirajućem načinu ljudsko oko doživljava kao trajni sjaj. S druge strane, svjetlina ovisi o trajanju impulsa (otvoreno stanje LED-a) tijekom jednog razdoblja. Ako je vrijeme impulsa jednako vremenu pauze, tj. Faktor punjenja je 50%, tada će svjetlina LED-a biti pola nominalne vrijednosti. Popularizacijom LED svjetiljki na 220V postavljeno je pitanje povećanja pouzdanosti njihovog rada s nestabilnim ulaznim naponom. Otopina je pronađena u oblikuuniverzalni čip - pogonski pogon koji radi na principu širine impulsa ili pulsno-frekvencijske modulacije. Shema na temelju jednog od tih upravljačkih programa ovdje je detaljno opisana.
Ulaz u čip vozača mrežnog napona konstantno se uspoređuje s naponom unutarnjeg kruga, formirajući izlaz PWM signala (CHIM), čiji su parametri određeni vanjskim otpornicima. Neki mikrokrugovi imaju izlaz za analogni ili digitalni upravljački signal. Prema tome, rad pogonskog impulsa može biti kontroliran od strane drugog SHI-pretvarača. Zanimljivo je da LED ne prima visokofrekventne impulse, već struju prigušenu s prigušnicom, što je obvezan element takvih krugova.
Široka primjena PWM-a odražava se na svim LCD panelima s LED pozadinskim osvjetljenjem. Nažalost, u LED monitorima većina SHI-pretvarača radi na frekvenciji od stotinu Hertza, što negativno utječe na korisnike računala.
Arduino mikrokontroler također može raditi u načinu rada PIM kontrolera. Da biste to učinili, pozovite funkciju AnalogWrite (), označavajući vrijednost u zagradama od 0 do 255. Nula odgovara 0V, a 255 do 5V. Srednje vrijednosti izračunavaju se proporcionalno.
Široko rasprostranjena uporaba uređaja s PWM-om omogućila je čovječanstvu da pobjegne iz napajanja linearnih transformatora. Kao rezultat toga, povećanje učinkovitosti i smanjenje mase i veličine izvora energije nekoliko puta.
PWM kontroler je sastavni dio suvremenog pulsnog napajanja. On upravljarad energetskog tranzistora koji se nalazi u primarnom krugu impulsnog transformatora. Zbog prisutnosti povratnog kruga, napon na izlazu BP je uvijek stabilan. Najmanje odstupanje izlaznog napona kroz povratnu vezu je fiksirano čipom, koji trenutačno ispravlja izdanak impulsa. Osim toga, moderni PWM kontroler rješava niz dodatnih zadataka koji doprinose povećanju pouzdanosti izvora napajanja:
- osigurava način glatkog pokretanja pretvarača;
- ograničava amplitudu i valove impulsa;
- kontrolira razinu ulaznog napona;
- štiti od kratkog spoja i viška temperature ključa za uključivanje;
- , ako je potrebno, omogućuje vam postavljanje sljedećeg načina rada.
Princip rada PWM regulatora
Zadatak PWM regulatora je upravljanje ključem napajanja promjenom upravljačkih impulsa. Prilikom rada u načinu rada ključ, tranzistor se nalazi u jednom od dva stanja (potpuno otvoren, potpuno zatvoren). U zatvorenom stanju, struja kroz p-n-spoj ne prelazi nekoliko mA, i stoga, snaga raspršenja teži nuli. U otvorenom stanju, usprkos visokoj struji, otpor p-n-spoja je pretjerano mali, što također dovodi do neznatnih gubitaka topline. Najveća količina topline dodjeljuje se u trenutku prijelaza iz jednog stanja u drugo. No, zbog malog vremena prolaznog procesa u usporedbi s frekvencijom modulacije, gubitak snage tijekom prebacivanja je zanemariv.
Modulacija impulsa širine podijeljena je u dva tipa: Analogni i digitalni. Svaka vrsta ima svoje prednosti i shemotehnychesky može se provesti na različite načine.
analog PWM
Princip rada SHI analogni modulator temelji na usporedbi dva signala, čija je učestalost razlikuje za nekoliko redova veličine. Element stoji usporedbu operativne pojačalo (komparator). U jednom od svojih ulaznih hranjenih pilasti napon konstantan visoke frekvencije, s druge strane - niske frekvencije napona moduliranje promjenjive amplitude. Komparator uspoređuje obje vrijednosti i izlazne oblike pravokutnih impulsa čije trajanje određuje trenutnu vrijednost signala modulira. Frekvencija PWM signala frekvencija pilasti oblik.
digitalni PWM
Pulse Width Modulation na digitalni interpretaciji jednog od mnogih funkcija mikrokontroler (MCU). Operativni isključivo digitalnih podataka, IC može generirati svoje rezultata ili visoka (100%) ili nizak (0%) na razini napona. Međutim, u većini slučajeva za učinkovito upravljanje opterećenje IC izlazni napon će se mijenjati. Na primjer, motorička kontrola brzine, mijenjanje LED diode svjetline. Što učiniti da se mikrokontroler izlaz bilo napon u rasponu od 0 do 100%?
Pitanje je riješen primjenom postupka puls širine modulacije upotrebom peredyskretyzatsyy pojavu, nekoliko puta veća od kontrolirane reagiranje dati učestalošću uključivanja. Promjenom poroznosti impulse varira prosječnu vrijednost proizvodnjenapon. U pravilu se cijeli proces odvija na frekvenciji od nekoliko desetaka ili stotina kHz, što omogućuje glatku regulaciju. Tehnički, to se provodi uz pomoć PWM kontrolera - specijaliziranog mikrokontrolera, koji je "srce" bilo kojeg digitalnog upravljačkog sustava. Aktivna uporaba kontrolera baziranih na PWM je zbog njihovih neporecivih prednosti:
- visoka učinkovitost transformacije signala;
- stabilnost rada;
- ušteda energije koju troši teret;
- niski troškovi;
- visoka pouzdanost cijelog uređaja.
Dobivanje zaključaka PWM mikrokontrolera može biti na dva načina: hardver i softver. Svaki MC ima ugrađeni tajmer koji je sposoban generirati PWM impulse na određenim zaključcima. To se postiže hardverskom implementacijom. Primanje PWM signala korištenjem programskih naredbi ima više mogućnosti u smislu rezolucije i omogućuje korištenje više zaključaka. Međutim, softverska metoda dovodi do visoke učitane MK i zauzima mnogo memorije.
Važno je napomenuti da broj impulsa u digitalnom PWM-u za određeno razdoblje može biti različit, a sami impulsi mogu biti locirani u bilo kojem dijelu razdoblja. Izlazna razina određena je ukupnim trajanjem svih impulsa tijekom razdoblja. Podrazumijeva se da je svaki dodatni impuls prijenos tranzistora snage iz otvorenog stanja u zatvoreni, što dovodi do povećanja gubitaka tijekom uključivanja.
Primjer upotrebe PWM regulatora
Jedna od mogućnosti za provedbu jednostavnog regulatora PIM-aopisano ranije u ovom članku. Baziran je na čipu NE555 i ima mali remen. No, unatoč krug prostate, regulator ima prilično širok raspon primjena: shema za kontrolu svjetline LED, LED trake, podešavanje brzine motora istosmjerne struje.