PWM Nedir - Darbe Genişlik Modülasyonu

Modülasyon, bir sinyalin (taşıyıcı) parametrelerinin başka bir sinyal (modülasyon, bilgi) kullanılarak değiştirildiği doğrusal olmayan bir elektriksel süreçtir. İletişim teknolojisinde frekans, genlik ve faz modülasyonu yaygın olarak kullanılmaktadır. Güç elektroniği ve mikroişlemci teknolojisinde darbe genişlik modülasyonu yaygınlaşmıştır.

PWM (Darbe Genişlik Modülasyonu) Nedir?

Orijinal sinyalin darbe genişlik modülasyonu ile orijinal sinyalin genliği, frekansı ve fazı değişmeden kalır. Dikdörtgen darbenin süresi (genişliği), bilgi sinyalinin etkisi altında değişebilir. İngiliz teknik literatüründe, PWM - darbe genişlik modülasyonu olarak kısaltılır.

PWM nasıl çalışır?

Darbe genişliği modülasyonlu sinyal iki şekilde oluşturulur:

• analog;
• dijital.

Analog bir PWM sinyali oluşturma yöntemiyle, bir ters çeviriciye testere dişi veya üçgen sinyal şeklindeki bir taşıyıcı beslenir. karşılaştırıcı girişi, ve bilgi - ters çevirme hakkında. Anlık taşıyıcı seviyesi modülasyon sinyalinden daha yüksekse, o zaman karşılaştırıcının çıkışı daha düşükse sıfırdır - bir. Çıkış, taşıyıcı üçgenin veya testerenin frekansına karşılık gelen bir frekansa ve modülasyon voltajının seviyesiyle orantılı bir darbe uzunluğuna sahip ayrı bir sinyaldir.

Örnek olarak, üçgen bir sinyalin darbe genişlik modülasyonu doğrusal olarak artmaktadır. Çıkış darbelerinin süresi, çıkış sinyalinin seviyesi ile orantılıdır.

Analog PWM kontrolörleri, içinde bir karşılaştırıcı ve bir taşıyıcı üretim devresinin kurulu olduğu hazır mikro devreler şeklinde de mevcuttur. Harici frekans ayar elemanlarını bağlamak ve bir bilgi sinyali sağlamak için girişler vardır. Güçlü yabancı anahtarları kontrol eden çıkıştan bir sinyal kaldırılır. Geri besleme için girdiler de vardır - ayarlı kontrol parametrelerini korumak için bunlara ihtiyaç vardır. Örneğin, TL494 yongasıdır. Tüketici gücünün nispeten küçük olduğu durumlar için, yerleşik anahtarlara sahip PWM kontrolörleri mevcuttur. LM2596 mikro devresinin dahili anahtarı, 3 ampere kadar akım için tasarlanmıştır.

Dijital yöntem, özel mikro devreler veya mikroişlemciler kullanılarak gerçekleştirilir. Darbe uzunluğu dahili program tarafından kontrol edilir. Popüler PIC ve AVR dahil olmak üzere birçok mikrodenetleyici, PWM'nin "gemide" donanım uygulaması için yerleşik bir modüle sahiptir, bir PWM sinyali almak için modülü etkinleştirmeniz ve çalışma parametrelerini ayarlamanız gerekir.Böyle bir modül mevcut değilse, PWM tamamen yazılım tarafından organize edilebilir, bu zor değildir. Bu yöntem, çıktıların esnek kullanımı yoluyla daha fazla güç ve özgürlük sağlar, ancak daha fazla denetleyici kaynağı kullanır.

PWM sinyalinin özellikleri

PWM sinyalinin önemli özellikleri şunlardır:

• genlik (U);
• frekans (f);
• görev döngüsü (S) veya görev döngüsü D.

Volt cinsinden genlik, yüke bağlı olarak ayarlanır. Tüketicinin anma besleme gerilimini sağlamalıdır.

Darbe genişliği tarafından modüle edilen sinyalin frekansı aşağıdaki hususlardan seçilir:

1. Frekans ne kadar yüksek olursa, kontrol doğruluğu o kadar yüksek olur.
2. Frekans, PWM tarafından kontrol edilen cihazın tepki süresinden daha düşük olmamalıdır, aksi takdirde kontrol edilen parametrede fark edilir dalgalanmalar meydana gelir.
3. Frekans ne kadar yüksek olursa, anahtarlama kayıpları da o kadar yüksek olur. Anahtarın geçiş süresinin sonlu olması gerçeğinden kaynaklanmaktadır. Kilitli durumda, tüm besleme voltajı anahtar elemana düşer, ancak neredeyse hiç akım yoktur. Açık durumda, tam yük akımı anahtardan akar, ancak çıkış direnci birkaç ohm olduğundan voltaj düşüşü küçüktür. Her iki durumda da güç kaybı ihmal edilebilir düzeydedir. Bir durumdan diğerine geçiş hızlı bir şekilde gerçekleşir, ancak anında olmaz. Kilit açma-kilitleme sürecinde, kısmen açık bir eleman üzerinde büyük bir voltaj düşer ve aynı zamanda içinden önemli bir akım geçer. Bu zamanda, harcanan güç yüksek değerlere ulaşır. Bu süre kısadır, anahtarın önemli ölçüde ısınması için zamanı yoktur.Ancak, birim zaman başına bu tür zaman aralıklarının sıklığındaki bir artışla, daha fazla olur ve ısı kayıpları artar. Bu nedenle, anahtar oluşturmak için hızlı öğeler kullanmak önemlidir.
4. Sürüş sırasında elektrik motoru frekans, bir kişinin duyabileceği alandan uzaklaştırılmalıdır - 25 kHz ve üzeri. Çünkü daha düşük bir PWM frekansında hoş olmayan bir ıslık sesi duyulur.

Bu gereksinimler genellikle birbiriyle çelişir, bu nedenle bazı durumlarda frekans seçimi bir uzlaşmadır.

Modülasyon değeri, görev döngüsünü karakterize eder. Darbe tekrarlama hızı sabit olduğu için periyodun süresi de sabittir (T=1/f). Periyot, sırasıyla bir süreye sahip olan bir dürtü ve bir duraklamadan oluşur, t_imp ve t_duraklarve t_imp+t_duraklar=T. Görev döngüsü, darbe süresinin döneme oranıdır - S \u003d t_imp/T. Ancak pratikte karşılıklı değeri kullanmanın daha uygun olduğu ortaya çıktı - doldurma faktörü: D=1/S=T/t_imp. Doldurma faktörünü yüzde olarak ifade etmek daha da uygundur.

PWM ve SIR arasındaki fark nedir?

Yabancı teknik literatürde darbe genişliği modülasyonu ile darbe genişliği düzenlemesi (PWR) arasında bir fark yoktur. Rus uzmanlar bu kavramları ayırt etmeye çalışıyorlar. Aslında, PWM bir tür modülasyondur, yani taşıyıcı sinyaldeki bir diğerinin etkisi altındaki değişiklikler, birini modüle eder. Taşıyıcı sinyal bir bilgi taşıyıcısı görevi görür ve modüle edici sinyal bu bilgiyi ayarlar. Darbe genişliği düzenlemesi, PWM kullanılarak yük modunun düzenlenmesidir.

PWM'nin nedenleri ve uygulamaları

Darbe genişlik modülasyonu prensibi şu durumlarda kullanılır: güçlü asenkron motorların hız kontrolörleri. Bu durumda, ayarlanabilir frekans modülasyon sinyali (tek fazlı veya üç fazlı), düşük güçlü bir sinüs dalgası üreteci tarafından üretilir ve analog bir şekilde taşıyıcı üzerine bindirilir. Çıkış, gerekli gücün tuşlarına beslenen bir PWM sinyalidir. Ardından, elde edilen darbe dizisini düşük geçişli bir filtreden, örneğin basit bir RC devresinden geçirebilir ve orijinal sinüzoidi seçebilirsiniz. Veya onsuz yapabilirsiniz - motorun ataleti nedeniyle filtreleme doğal olarak gerçekleşir. Açıkçası, taşıyıcı frekansı ne kadar yüksekse, çıkış dalga biçimi orijinal sinüzoide o kadar yakındır.

Doğal bir soru ortaya çıkıyor - neden jeneratörün sinyalini hemen yükseltmek imkansız, örneğin, güçlü transistörler kullanarak? Çünkü doğrusal modda çalışan bir düzenleyici eleman, yük ile anahtar arasındaki gücü yeniden dağıtacaktır. Bu durumda, kilit unsur üzerinde önemli miktarda güç boşa harcanır. Güçlü bir kontrol elemanı bir anahtar modunda (trinistor, triyak, RGBT transistör) çalışıyorsa, güç zamanla dağıtılır. Kayıplar çok daha düşük olacak ve verimlilik çok daha yüksek olacaktır.

Dijital teknolojide, darbe genişliği düzenlemesine özel bir alternatif yoktur. Sinyal genliği orada sabittir, voltaj ve akım yalnızca taşıyıcıyı darbe genişliği boyunca modüle ederek ve ardından ortalamasını alarak değiştirilebilir. Bu nedenle, darbe sinyalinin ortalamasını alabilen nesnelerdeki voltajı ve akımı düzenlemek için PWM kullanılır. Ortalama alma farklı şekillerde gerçekleşir:

1. yük ataleti nedeniyle.Böylece, termoelektrik ısıtıcıların ve akkor lambaların termal ataleti, ayarlanan nesnelerin darbeler arasındaki duraklamalarda fark edilir derecede soğumamasını sağlar.
2. Algının ataleti nedeniyle. LED'in darbeden darbeye sönmek için zamanı vardır, ancak insan gözü bunu fark etmez ve onu değişen yoğunlukta sabit bir parıltı olarak algılar. Bu ilke, LED monitörlerin noktalarının parlaklığını kontrol etmek için kullanılır. Ancak birkaç yüz hertz frekansında algılanamayan yanıp sönme hala mevcuttur ve göz yorgunluğuna neden olur.
3. mekanik atalet nedeniyle. Bu özellik fırçalı DC motorların kontrolünde kullanılır. Doğru seçilmiş bir regülasyon frekansı ile motorun ölü duraklamalarda yavaşlamak için zamanı yoktur.

Bu nedenle, ortalama voltaj veya akım değerinin belirleyici bir rol oynadığı PWM kullanılır. Bahsedilen yaygın durumlara ek olarak, PWM yöntemi kaynak makinelerinde ve akü şarj cihazlarında vb. ortalama akımı düzenler.

Doğal ortalamanın alınması mümkün değilse, çoğu durumda bu rol, daha önce bahsedilen alçak geçiren filtre tarafından üstlenilebilir (LPF) bir RC zinciri şeklinde. Pratik amaçlar için bu yeterlidir, ancak orijinal sinyali bozulma olmadan düşük geçişli bir filtre kullanarak PWM'den izole etmenin imkansız olduğu anlaşılmalıdır. Sonuçta, PWM spektrumu, kaçınılmaz olarak filtrenin geçiş bandına düşecek olan sonsuz sayıda harmonik içerir. Bu nedenle, yeniden yapılandırılmış sinüzoidin şekli hakkında yanılsamalar oluşturmamalıdır.

Çok verimli ve etkili PWM RGB LED kontrolü. Bu cihazın üç p-n bağlantısı vardır - kırmızı, mavi, yeşil.Her kanalın parlaklığının parlaklığını ayrı ayrı değiştirerek, LED ışığının hemen hemen her rengini elde edebilirsiniz (saf beyaz hariç). PWM ile aydınlatma efektleri oluşturma olanakları sınırsızdır.

Darbe genişliği modülasyonlu bir dijital sinyalin en yaygın uygulaması, bir yükten akan ortalama akımı veya voltajı kontrol etmektir. Ancak bu tip modülasyonun standart dışı kullanımı da mümkündür. Her şey geliştiricinin hayal gücüne bağlıdır.

Benzer makaleler: