Pulsbreddemodulation

PWM eller PWM (Pulse Width Modulation) er en måde at styre strømforsyningen til en belastning på. Styringen består i at ændre pulsvarigheden ved en konstant pulsgentagelseshastighed. Puls Width Modulation er tilgængelig i analog, digital, binær og ternær.

Brugen af ​​pulsbreddemodulation gør det muligt at øge effektiviteten af ​​elektriske omformere, især for pulsomformere, som i dag danner grundlag for sekundære strømforsyninger til forskellige elektroniske enheder. Flyback og forward single, push-pull og half-bridge, samt brokoblingskonvertere styres i dag med deltagelse af PWM, dette gælder også for resonanskonvertere.

Pulsbreddemodulation giver dig mulighed for at justere lysstyrken af ​​baggrundsbelysningen på flydende krystalskærme på mobiltelefoner, smartphones, bærbare computere. PWM er implementeret i svejsemaskiner, i bilinvertere, i opladere osv. Enhver oplader i dag bruger PWM i sin drift.

Key-mode bipolære transistorer og felteffekttransistorer bruges som koblingselementer i moderne højfrekvensomformere. Det betyder, at en del af perioden er transistoren helt åben og en del af perioden er den helt lukket.

Og da i transiente tilstande, der kun varer titusvis af nanosekunder, er den effekt, som afbryderen frigiver, lille sammenlignet med den omkoblede effekt, som et resultat, viser den gennemsnitlige effekt, der frigives i form af varme på kontakten, at være ubetydelig. I dette tilfælde, i den lukkede tilstand, er modstanden af ​​transistoren som en switch meget lille, og spændingsfaldet over den nærmer sig nul.

I åben tilstand er transistorens ledningsevne tæt på nul, og strømmen strømmer praktisk talt ikke gennem den. Dette gør det muligt at skabe kompakte omformere med høj effektivitet, det vil sige med lave varmetab. ZCS (Zero Current Switching) resonanskonvertere minimerer disse tab.

I PWM-generatorer af analog type genereres styresignalet af en analog komparator, når for eksempel et trekant- eller triodesignal tilføres til komparatorens inverterende indgang, og et modulerende kontinuerligt signal tilføres den ikke-inverterende indgang.

Udgangsimpulser modtages rektangulær, deres gentagelseshastighed er lig med frekvensen af ​​saven (eller den trekantede bølgeform), og varigheden af ​​den positive del af pulsen er relateret til den tid, hvor niveauet af det modulerende DC-signal, der påføres den ikke-inverterende indgang på komparatoren er højere end niveauet af savsignalet, der føres til den inverterende indgang.Når savspændingen er højere end det modulerende signal, vil udgangen være den negative del af pulsen.

Hvis saven påføres den ikke-inverterende indgang på komparatoren, og det modulerende signal påføres den inverterende, så vil firkantbølgeudgangsimpulserne have en positiv værdi, når savspændingen er højere end værdien af ​​det modulerende signal påført den inverterende indgang og negativ - når savspændingen er lavere end det modulerende signal. Et eksempel på analog PWM-generering er TL494-chippen, som i dag er meget udbredt i konstruktionen af ​​skiftende strømforsyninger.

Digital PWM bruges i binær digital teknologi. Udgangsimpulserne tager også kun én af to værdier (til eller fra), og det gennemsnitlige udgangsniveau nærmer sig det ønskede. Her opnås savtandssignalet ved at bruge en N-bit tæller.

PWM digitale enheder fungerer også med en konstant frekvens, der nødvendigvis overstiger responstiden for den kontrollerede enhed, denne tilgang kaldes oversampling. Mellem urkanterne forbliver den digitale PWM-udgang stabil, høj eller lav, afhængigt af den aktuelle tilstand af outputtet fra den digitale komparator, som sammenligner niveauerne af tællersignalet og det omtrentlige digitale.

Udgangen clockes som en sekvens af impulser med tilstande 1 og 0, hver tilstand af uret kan eller kan ikke være vendt. Frekvensen af ​​impulserne er proportional med niveauet af det nærgående signal, og successive enheder kan danne en bredere, længere impuls.

De resulterende impulser med variabel bredde vil være multipla af klokperioden, og frekvensen vil være lig med 1 / 2NT, hvor T er klokperioden, N er antallet af klokcyklusser. En lavere frekvens med hensyn til klokfrekvens er opnåelig her. Det beskrevne digitale genereringsskema er en-bit eller to-niveau PWM, pulskodet PCM-modulation.

Denne to-trins pulskodede modulation er i det væsentlige en sekvens af pulser med en frekvens på 1/T og en bredde på T eller 0. Oversampling bruges til at gennemsnit over en længere periode. PWM af høj kvalitet opnås ved single-bit pulstæt modulering, også kaldet pulsfrekvensmodulation.

Ved digital pulsbreddemodulation kan de rektangulære subpulser, der udfylder perioden, optræde hvor som helst i perioden, og så er det kun deres antal, der påvirker gennemsnitsværdien af ​​signalet for perioden. Så hvis vi deler perioden op i 8 dele, så er pulskombinationerne 11001100, 11110000, 11000101, 10101010 osv. vil give samme periodegennemsnit, men de enkelte enheder gør nøgletransistorens driftscyklus tungere.

Elektronikens armaturer, der taler om PWM, giver en lignende analogi til mekanik. Hvis du drejer et tungt svinghjul med motoren, efter at motoren kan tændes eller slukkes, vil svinghjulet enten snurre og fortsætte med at snurre eller stoppe på grund af friktion, når motoren er slukket.

Men hvis motoren tændes i et par sekunder i minuttet, vil svinghjulets rotation blive opretholdt på grund af inerti ved en vis hastighed. Og jo længere motoren er tændt, jo højere rotationshastighed af svinghjulet.Så med PWM kommer et tænd og sluk-signal (0 og 1) til udgangen, og resultatet er en gennemsnitsværdi. Ved at integrere pulsernes spænding over tid får vi arealet under pulserne, og virkningen på arbejdslegemet vil være identisk med arbejdet med en gennemsnitsværdi af spændingen.

Sådan fungerer konvertere, hvor omskiftning sker tusindvis af gange i sekundet, og frekvenser når enheder af megahertz. Specielle PWM-controllere bruges i vid udstrækning til at styre ballasterne i energibesparende lamper, strømforsyninger, frekvensomformere til motorer etc.

Forholdet mellem den samlede varighed af pulsperioden og til-tiden (positiv del af pulsen) kaldes duty cycle. Så hvis tændingstiden er 10 μs, og perioden varer 100 μs, så vil arbejdscyklussen ved en frekvens på 10 kHz være 10, og de skriver, at S = 10. Den omvendte arbejdscyklus kaldes pligten cycle, på engelsk Duty cycle eller DC for kort.

Så for det givne eksempel er DC = 0,1 da 10/100 = 0,1. Med pulsbreddemodulation opnås ved at justere impulsens arbejdscyklus, det vil sige ved at ændre jævnstrømmen, den nødvendige gennemsnitsværdi ved udgangen af ​​en elektronisk eller anden elektrisk enhed, såsom en motor.