Modularea lățimii impulsului

PWM sau PWM (Pulse Width Modulation) este o modalitate de a controla sursa de alimentare a unei sarcini. Controlul constă în modificarea duratei pulsului la o rată constantă de repetare a pulsului. Modularea lățimii pulsului este disponibilă în mod analog, digital, binar și ternar.

Utilizarea modulației pe lățime a impulsurilor face posibilă creșterea eficienței convertoarelor electrice, în special a convertoarelor de impulsuri, care formează astăzi baza surselor de alimentare secundare pentru diferite dispozitive electronice. Flyback și forward single, push-pull și half-bridge, precum și convertoarele de comutare în punte sunt controlate astăzi cu participarea PWM, acest lucru se aplică și convertoarelor rezonante.

Modularea lățimii pulsului vă permite să reglați luminozitatea luminii de fundal a afișajelor cu cristale lichide ale telefoanelor mobile, smartphone-urilor, laptopurilor. PWM este implementat în aparate de sudat, în invertoarele auto, în încărcătoare etc. Fiecare încărcător folosește astăzi PWM în funcționarea sa.

Tranzistoarele bipolare și cu efect de câmp în mod cheie sunt utilizate ca elemente de comutare în convertoarele moderne de înaltă frecvență. Aceasta înseamnă că o parte a perioadei în care tranzistorul este complet deschis și o parte a perioadei este complet închis.

Și deoarece în stările tranzitorii care durează doar zeci de nanosecunde, puterea eliberată de comutator este mică în comparație cu puterea comutată, ca urmare, puterea medie eliberată sub formă de căldură pe comutator se dovedește a fi neglijabilă. În acest caz, în stare închisă, rezistența tranzistorului ca comutator este foarte mică, iar căderea de tensiune pe el se apropie de zero.

În stare deschisă, conductivitatea tranzistorului este aproape de zero și curentul practic nu trece prin el. Acest lucru face posibilă crearea convertoarelor compacte cu eficiență ridicată, adică cu pierderi reduse de căldură. Convertoarele rezonante ZCS (Zero Current Switching) minimizează aceste pierderi.

În generatoarele PWM de tip analog, semnalul de control este generat de un comparator analog atunci când, de exemplu, un semnal triunghi sau triodă este aplicat la intrarea inversă a comparatorului și un semnal continuu modulator este aplicat intrării neinversoare.

Se primesc impulsuri de ieșire dreptunghiular, rata de repetiție a acestora este egală cu frecvența ferăstrăului (sau a formei de undă triunghiulare), iar durata părții pozitive a impulsului este legată de timpul în care nivelul semnalului DC modulator aplicat intrării neinversoare a comparatorul este mai mare decât nivelul semnalului ferăstrăului care este alimentat la intrarea inversoare.Când tensiunea ferăstrăului este mai mare decât semnalul de modulare, ieșirea va fi partea negativă a impulsului.

Dacă ferăstrăul este aplicat la intrarea neinversoare a comparatorului, iar semnalul modulator este aplicat celui inversor, atunci impulsurile de ieșire cu unde pătrate vor avea o valoare pozitivă atunci când tensiunea ferăstrăului este mai mare decât valoarea semnalului modulator. aplicat la intrarea inversoare și negativ - atunci când tensiunea ferăstrăului este mai mică decât semnalul de modulare. Un exemplu de generare analogică PWM este cipul TL494, care este utilizat pe scară largă astăzi în construcția surselor de alimentare cu comutație.

PWM digital este utilizat în tehnologia digitală binară. Impulsurile de ieșire iau, de asemenea, doar una dintre cele două valori (pornit sau oprit), iar nivelul mediu de ieșire se apropie de cel dorit. Aici, semnalul dinți de ferăstrău este obținut folosind un contor de N-biți.

Dispozitivele digitale PWM funcționează, de asemenea, la o frecvență constantă, depășind în mod necesar timpul de răspuns al dispozitivului controlat, această abordare se numește supraeșantionare. Între marginile ceasului, ieșirea digitală PWM rămâne stabilă, ridicată sau scăzută, în funcție de starea curentă a ieșirii comparatorului digital, care compară nivelurile semnalului de contor și cel digital aproximativ.

Ieșirea este sincronizată ca o secvență de impulsuri cu stările 1 și 0, fiecare stare a ceasului poate fi sau nu inversată. Frecvența impulsurilor este proporțională cu nivelul semnalului care se apropie, iar unitățile succesive pot forma un impuls mai larg și mai lung.

Impulsurile de lățime variabilă rezultate vor fi multipli ai perioadei de ceas, iar frecvența va fi egală cu 1 / 2NT, unde T este perioada de ceas, N este numărul de cicluri de ceas. O frecvență mai mică în ceea ce privește frecvența ceasului este realizabilă aici. Schema de generare digitală descrisă este modulație PCM codificată în impulsuri PWM pe un bit sau două niveluri.

Această modulație codificată cu impulsuri în două etape este în esență o secvență de impulsuri cu o frecvență de 1/T și o lățime de T sau 0. Supraeșantionarea este utilizată pentru a medie pe o perioadă mai lungă de timp. PWM de înaltă calitate este obținut prin modulația densă a pulsului pe un singur bit, numită și modulație a frecvenței pulsului.

În modulația digitală pe lățimea impulsurilor, subpulsurile dreptunghiulare care umplu perioada pot apărea oriunde în perioadă, iar atunci numai numărul lor afectează valoarea medie a semnalului pentru perioada. Deci, dacă împărțim perioada în 8 părți, atunci combinațiile de impulsuri 11001100, 11110000, 11000101, 10101010 etc. va da aceeași medie a perioadei, dar unitățile individuale fac ciclul de lucru al tranzistorului cheie mai greu.

Luminații electronicii, vorbind despre PWM, oferă o analogie similară mecanicii. Dacă rotiți un volant greu cu motorul după ce motorul poate fi pornit sau oprit, volantul fie se va învârti și va continua să se rotească, fie se va opri din cauza frecării atunci când motorul este oprit.

Dar dacă motorul este pornit câteva secunde pe minut, atunci rotația volantului va fi menținută datorită inerției la o anumită viteză. Și cu cât motorul este pornit mai mult, cu atât viteza de rotație a volantului este mai mare.Deci, cu PWM, un semnal de pornire și oprire (0 și 1) vine la ieșire și rezultatul este o valoare medie. Prin integrarea tensiunii impulsurilor în timp, obținem zona de sub impulsuri, iar efectul asupra corpului de lucru va fi identic cu lucrul cu o valoare medie a tensiunii.

Așa funcționează convertoarele, unde comutarea are loc de mii de ori pe secundă, iar frecvențele ajung la unități de megaherți. Controlerele speciale PWM sunt utilizate pe scară largă pentru a controla balasturile lămpilor de economisire a energiei, surselor de alimentare, convertoare de frecvenţă pentru motoare etc.

Raportul dintre durata totală a perioadei de puls și timpul de pornire (partea pozitivă a pulsului) se numește ciclu de lucru. Deci, dacă timpul de pornire este de 10 μs, iar perioada durează 100 μs, atunci la o frecvență de 10 kHz, ciclul de lucru va fi 10 și ei scriu că S = 10. Ciclul de lucru invers se numește sarcină. cycle, în engleză Duty cycle sau DC pe scurt.

Deci, pentru exemplul dat, DC = 0,1 deoarece 10/100 = 0,1. Cu modularea lățimii impulsului, prin ajustarea ciclului de lucru al impulsului, adică prin modificarea curentului continuu, valoarea medie necesară este atinsă la ieșirea unui dispozitiv electronic sau a altui dispozitiv electric, cum ar fi un motor.