Impulsu platuma modulācija (PWM). PWM konstanta sprieguma regulators, izmantojot vienkāršu loģiku Ar impulsa platuma modulācijas regulatoru

PWM - impulsa platuma modulācijas princips ir mainīt impulsa platumu, vienlaikus saglabājot nemainīgu impulsa atkārtošanās ātrumu. Impulsu amplitūda paliek nemainīga.

Impulsu platuma kontrole tiek izmantota, ja nepieciešams regulēt slodzei piegādāto jaudu. Piemēram, līdzstrāvas elektromotoru vadības ķēdēs, impulsu pārveidotājos, LED lampu spilgtuma regulēšanai, LCD monitoru ekrāniem, viedtālruņu un planšetdatoru displejiem utt.

Lielākā daļa elektronisko ierīču sekundāro barošanas avotu šobrīd ir būvēti uz impulsu pārveidotāju bāzes, impulsa platuma modulāciju izmanto arī zemfrekvences (audio) D klases pastiprinātājos, metināšanas aparātos, automašīnu akumulatoru lādētājos, invertoros u.c. PWM ļauj palielināt sekundāro barošanas avotu efektivitāti ( Efficiency ), salīdzinot ar analogo ierīču zemo efektivitāti.

Impulsu platuma modulācija var būt analogā vai digitālā.

Analogā impulsa platuma modulācija

Kā minēts iepriekš, signāla frekvence un tā amplitūda ar PWM vienmēr ir nemainīga. Viens no svarīgākajiem PWM signāla parametriem ir darba cikls, kas vienāds ar impulsa ilguma attiecību t uz pulsa periodu T. D = t/T . Tātad, ja mums ir PWM signāls ar impulsa ilgumu 300 μs un impulsa periodu 1000 μs, darba cikls būs 300/1000 = 0,3. Aizpildījuma koeficients tiek izteikts arī procentos, kam aizpildījuma koeficients tiek reizināts ar 100%. Izmantojot iepriekš minēto piemēru, procentuālais aizpildījuma koeficients ir 0,3 x 100% = 30%.

Impulsa darba cikls ir impulsa perioda attiecība pret to ilgumu, t.i. aizpildījuma koeficienta apgrieztā vērtība. S = T/t .

Signāla frekvence ir definēta kā impulsa perioda apgrieztā vērtība, un tā atspoguļo pilno impulsu skaitu 1 sekundē. Iepriekš minētajā piemērā ar periodu 1000 µs = 0,001 s frekvence ir F= 1/0,001 – 1000 (Hz).

PWM nozīme ir regulēt vidējo sprieguma vērtību, mainot darba ciklu. Vidējā sprieguma vērtība ir vienāda ar darba cikla un sprieguma amplitūdas reizinājumu. Tātad, ar darba ciklu 0,3 un sprieguma amplitūdu 12 V, vidējā sprieguma vērtība būs 0,3 x 12 = 3,6 (V). Kad darba cikls mainās teorētiski iespējamā diapazonā no 0% līdz 100%, spriegums mainīsies no 0 līdz 12 V, t.i. Impulsa platuma modulācija ļauj regulēt spriegumu diapazonā no 0 līdz signāla amplitūdai. Tas ir tas, ko izmanto, lai regulētu līdzstrāvas motora griešanās ātrumu vai lampas spilgtumu.

PWM signālu ģenerē mikrokontrolleris vai analogā ķēde. Šis signāls parasti kontrolē lieljaudas slodzi, kas savienota ar strāvas avotu, izmantojot bipolāru vai lauka efekta tranzistora komutācijas ķēdi. Pārslēgšanas režīmā pusvadītāju ierīce ir atvērta vai aizvērta, un starpstāvoklis tiek izslēgts. Abos gadījumos uz slēdža tiek izkliedēta nenozīmīga siltuma jauda. Tā kā šī jauda ir vienāda ar strāvas caur slēdzi un sprieguma krituma pāri reizinājumu, un pirmajā gadījumā strāva caur slēdzi ir tuvu nullei, bet otrajā - spriegumam.

Pārejas stāvokļos uz slēdža ir ievērojams spriegums, pārejot ievērojamai strāvai, t.i. Nozīmīga ir arī izkliedētā siltuma jauda. Tāpēc kā atslēga ir jāizmanto zemas inerces pusvadītāju ierīces ar ātriem pārslēgšanās laikiem, kas ir desmitiem nanosekundes.

Ja atslēgas ķēde kontrolē LED, tad pie zemas signāla frekvences gaismas diode mirgos laikā, mainoties PWM signāla spriegumam. Signāla frekvencēs virs 50 Hz mirgoņi saplūst cilvēka redzes inerces dēļ. Gaismas diodes kopējais spilgtums sāk būt atkarīgs no piepildījuma koeficienta – jo zemāks piepildījuma koeficients, jo vājāk gaismas diode spīd.

Regulējot līdzstrāvas motora griešanās ātrumu, izmantojot PWM, PWM frekvencei jābūt ļoti augstai un ārpus dzirdamo audio frekvenču diapazona, t.i. pārsniedz 15-20 kHz, pretējā gadījumā motors “skanēs”, izdalot ausis kairinošu čīkstēšanu ar PWM frekvenci. Dzinēja stabilitāte ir atkarīga arī no frekvences. Zemas frekvences PWM signāls ar zemu darba ciklu izraisīs nestabilu motora darbību un pat iespējamu dzinēja izslēgšanu.

Tādējādi, vadot motoru, ir vēlams palielināt PWM signāla frekvenci, taču arī šeit ir robeža, ko nosaka pusvadītāju slēdža inerciālās īpašības. Ja atslēga pārslēdzas ar aizkavi, vadības ķēde sāks darboties ar kļūdām. Lai izvairītos no enerģijas zudumiem un sasniegtu augstu impulsu pārveidotāja efektivitāti, pusvadītāju slēdzim jābūt ar lielu ātrumu un zemu vadītspējas pretestību.

Signālu no PWM izejas var arī aprēķināt, izmantojot vienkāršu zemas caurlaidības filtru. Dažreiz jūs varat iztikt bez tā, jo tam ir noteikta elektriskā induktivitāte un mehāniskā inerce. PWM signālu izlīdzināšana notiek dabiski, kad PWM frekvence pārsniedz vadāmās ierīces reakcijas laiku.

PWM var ieviest, izmantojot divas ieejas, no kurām viena tiek piegādāta ar periodisku zāģa zoba vai trīsstūrveida signālu no palīgģeneratora, bet otra ar modulējošu vadības signālu. PWM impulsa pozitīvās daļas ilgumu nosaka laiks, kurā vienai salīdzinājuma ieejai piegādātā vadības signāla līmenis pārsniedz salīdzinājuma otrai ieejai piegādātā palīgģeneratora signāla līmeni.

Ja papildu ģeneratora spriegums ir lielāks par vadības signāla spriegumu, salīdzinājuma izvadei būs negatīva impulsa daļa.

Periodisko taisnstūrveida signālu darba cikls pie salīdzinājuma izejas un līdz ar to arī regulatora vidējais spriegums ir atkarīgs no modulējošā signāla līmeņa, un frekvenci nosaka palīgģeneratora signāla frekvence.

Digitālā impulsa platuma modulācija

Pastāv PWM veids, ko sauc par digitālo PWM. Šajā gadījumā signāla periods tiek aizpildīts ar taisnstūrveida apakšimpulsiem, un tiek regulēts apakšimpulsu skaits periodā, kas nosaka vidējo signāla vērtību periodam.

Digitālajā PWM perioda aizpildīšanas apakšimpulsi (vai “vieni”) var parādīties jebkurā perioda vietā. Vidējo sprieguma vērtību periodā nosaka tikai to skaits, savukārt apakšimpulsi var sekot viens pēc otra un apvienoties. Atsevišķi apakšimpulsi izraisa stingrāku atslēgas darbības režīmu.

Kā digitālo PWM signāla avotu varat izmantot datora COM portu ar 10 bitu izejas signālu. Ņemot vērā 8 informācijas bitus un 2 start/stop bitus, COM porta signāls satur no 1 līdz 9 “vieniniekiem”, kas ļauj regulēt spriegumu 10-90% robežās no barošanas sprieguma ar 10% soli. .

Piemēram);

rezistors ar nominālo vērtību 190...240 omi (šeit ir lielisks rezistoru komplekts ar visizplatītākajām vērtībām);

personālais dators ar Arduino IDE izstrādes vidi.

Norādījumi PWM lietošanai Arduino

1 Galvenā informācija par impulsa platuma modulāciju

Arduino digitālās tapas var izvadīt tikai divas vērtības: loģiskā 0 (LOW) un loģiskā 1 (HIGH). Tāpēc tie ir digitāli. Bet Arduino ir “īpašas” tapas, kuras ir apzīmētas PWM. Tos dažreiz norāda ar viļņotu līniju "~" vai apveltīti vai citādi atšķir no citiem. PWM apzīmē Impulsa platuma modulācija vai impulsa platuma modulācija, PWM.

Impulsa platuma modulēts signāls ir nemainīgas frekvences, bet mainīgas impulsa signāls cikls(impulsa ilguma un tā atkārtošanās perioda attiecība). Sakarā ar to, ka lielākajai daļai fizisko procesu dabā ir inerce, pēkšņi sprieguma kritumi no 1 līdz 0 tiks izlīdzināti, iegūstot kādu vidējo vērtību. Iestatot darba ciklu, jūs varat mainīt vidējo spriegumu pie PWM izejas.

Ja darba cikls ir 100%, tad Arduino digitālajai izvadei vienmēr būs loģiskais spriegums “1” vai 5 volti. Ja iestatāt darba ciklu uz 50%, tad pusi laika izvade būs loģiska "1" un pusi laika - loģiska "0", un vidējais spriegums būs 2,5 volti. Un tā tālāk.

Programmā darba cikls ir norādīts nevis procentos, bet gan kā skaitlis no 0 līdz 255. Piemēram, komanda analogWrite(10, 64) liks mikrokontrollerim nosūtīt signālu ar darba ciklu 25% uz digitālo PWM izeju Nr.10.

Arduino tapas ar impulsa platuma modulācijas funkciju darbojas aptuveni 500 Hz frekvencē. Tas nozīmē, ka impulsa atkārtošanās periods ir aptuveni 2 milisekundes, ko mēra ar zaļajiem vertikālajiem gājieniem attēlā.

Izrādās, ka mēs varam simulēt analogo signālu uz digitālās izejas! Interesanti, vai ne?!

Kā mēs varam izmantot PWM? Daudz pieteikumu! Piemēram, kontrolējiet gaismas diodes spilgtumu, motora griešanās ātrumu, tranzistora strāvu, pjezo emitera skaņu utt.

2 Diagramma demonstrācijai Impulsa platuma modulācija Arduino

Apskatīsim visvienkāršāko piemēru - gaismas diodes spilgtuma regulēšanu, izmantojot PWM. Saliksim klasisku shēmu.

3 Skices piemērs ar PWM

Atvērsim skici "Izbalināt" no piemēriem: Failu paraugi 01.Basics Fade.

Nedaudz mainīsim to un ielādēsim Arduino atmiņā.

Int ledPin = 3; // deklarēt tapu, kas kontrolē LED int spilgtumu = 0; // mainīgais spilgtuma iestatīšanai int fadeAmount = 5; // spilgtuma maiņas solis anulēt iestatīšanu() ( pinMode(ledPin, OUTPUT); } void loop() ( analogWrite(ledPin, spilgtums); // iestatiet spilgtumu uz ledPin pin brightness += fadeAmount; // mainiet spilgtuma vērtību /*, sasniedzot robežas 0 vai 255, mainiet spilgtuma maiņas virzienu */ if (spilgtums == 0 || spilgtums == 255) ( fadeAmount = -fadeAmount; // mainiet zīmi solis ) aizkave(30); // aizkave labākai efekta redzamībai }

4 LED spilgtuma kontrole izmantojot PWM un Arduino

Ieslēdziet strāvu. LED pakāpeniski palielina spilgtumu un pēc tam vienmērīgi samazinās. Mēs simulējām analogo signālu pie digitālās izejas, izmantojot impulsa platuma modulāciju.

Noskatieties pievienoto video, kurā skaidri redzamas gaismas diodes spilgtuma izmaiņas, pievienotajā osciloskopā var redzēt, kā mainās signāls no Arduino.

Apskatīsim, kas ir PWM vai PWM. Un arī, kāda ir atšķirība starp PWM un WIDTH. Impulsu platuma modulācijas algoritms tiek izmantots, lai vienmērīgi mainītu jaudu uz slodzi, kas nāk no strāvas avota. Piemēram, lai regulētu motora vārpstas griešanās ātrumu; apgaismojuma vai fona apgaismojuma spilgtuma izmaiņu vienmērīgums. Atsevišķa plaša PWM pielietojuma joma ir komutācijas barošanas avoti un autonomie invertori.

Lai darbinātu slodzi, bieži ir jāmaina no strāvas avota piegādātais spriegums. Principā var izšķirt divas sprieguma regulēšanas metodes: lineāro un impulsu.

Lineārās metodes piemērs varētu būt. Šajā gadījumā ievērojama jaudas daļa tiek zaudēta caur rezistoru. Jo lielāka ir sprieguma atšķirība starp strāvas avotu un patērētāju, jo lielāks ir jaudas zudums, kas vienkārši “sadedzina” uz rezistora, pārvēršoties siltumā. Tāpēc ir racionāli izmantot lineāro vadības metodi tikai tad, ja starp ieejas un izejas spriegumiem ir neliela atšķirība. Pretējā gadījumā barošanas avota efektivitāte kopumā būs ļoti zema.

Mūsdienu pārveidotāju tehnoloģijās pārsvarā tiek izmantota impulsa jaudas kontrole pie slodzes. Viens no veidiem, kā ieviest pulsa regulēšanu, ir impulsa platuma modulācija PWM . Angļu literatūrā PWM – impulsa platuma modulācija .

Impulsu kontroles princips

Jebkura veida komutācijas jaudas regulatora galvenie elementi ir pusvadītāju slēdži - tranzistori vai tiristori. Vienkāršākajā formā komutācijas barošanas avota shēma ir šāda. Pastāvīga sprieguma avots Uip taustiņu K savienots ar slodzi N. Atslēga UZ pārslēdzas ar noteiktu frekvenci un paliek ieslēgts noteiktu laiku. Lai vienkāršotu diagrammu, es tajā neattēlu citus nepieciešamos elementus. Šajā kontekstā mūs interesē tikai atslēgas darbība UZ.

Lai saprastu PWM principu, mēs izmantosim šādu grafiku. Sadalīsim laika asi vienādos intervālos, ko sauc periods T. Tagad, piemēram, mēs aizvērsim atslēgu uz pusi perioda K. Kad atslēga ir aizvērta, uz kravu N spriegums tiek piegādāts no barošanas avota Uip. Atslēgas puscikla otrā daļa ir slēgtā stāvoklī. Un patērētājs paliks bez elektrības.

Tiek izsaukts laiks, kurā atslēga ir aizvērta pulsa laiks t . Un tiek izsaukts atvērtās atslēgas ilgums pauzes laiks tп . Ja mērīsit spriegumu pāri slodzei, tas būs vienāds ar pusi Uip.

Vidējo spriegumu pāri slodzei var izteikt ar šādu attiecību:

Uav.n = Uip ti/T.

Impulsa laika attiecība t un uz periodu T sauca darba cikls D . Un tā reciproks tiek saukts cikls :

S = 1/D = T/ti.

Praksē ērtāk ir izmantot aizpildījuma koeficientu, ko bieži izsaka procentos. Kad tranzistors ir pilnībā atvērts visu laiku, darba cikls D ir vienāds ar vienu vai 100%.

Ja D = 50%, tas nozīmē, ka puse laika periodā tranzistors atrodas atvērtā stāvoklī, bet puse - slēgtā stāvoklī. Šajā gadījumā signāla formu sauc par kvadrātveida vilni.
Tāpēc, mainot koeficientu D no 0 uz vienību vai uz 100%, jūs varat mainīt Uav.n vērtību no 0 uz Uip:

Uav.n = Uip∙D.

Un attiecīgi regulējiet piegādātās jaudas daudzumu:

Pav.n = Pip∙D.

Rietumu literatūrā praktiski nav atšķirības starp WID impulsa platuma regulēšanas un PWM impulsa platuma modulācijas jēdzieniem. Tomēr mums joprojām ir atšķirība starp tām.

Mūsdienās daudzas mikroshēmas, īpaši tās, kuras izmanto DC-DC pārveidotājos, īsteno WID principu. Bet tajā pašā laikā tos sauc par PWM kontrolieriem. Tāpēc tagad šīm divām metodēm praktiski nav atšķirības nosaukumā.

Jebkurā gadījumā, lai izveidotu noteiktu impulsa ilgumu, kas tiek piegādāts tranzistora pamatnei un atvērtu pēdējo, tiek izmantoti atskaites un iestatīšanas sprieguma avoti, kā arī komparators.
Apskatīsim vienkāršotu shēmu, kurā akumulators GB piegādā patērētāju Rн impulsa veidā caur tranzistoru VT. Uzreiz teikšu, ka šajā shēmā es īpaši neizmantoju tādus ķēdes darbībai nepieciešamos elementus: kondensatoru, induktors un diode. Tas tiek darīts, lai vienkāršotu izpratni par PWM, nevis visa pārveidotāja darbību.

Vienkārši sakot, salīdzinājumam ir trīs spailes: divas ieejas un viena izeja. Salīdzinātājs darbojas šādi. Ja sprieguma vērtība pie “+” ieejas tapas (neinvertējošā ieeja) ir augstāka nekā pie “-” ieejas (invertējošā ieeja), tad salīdzinājuma izeja būs augsta līmeņa signāls. Citādi - zems līmenis.

Mūsu gadījumā tas ir augsta līmeņa signāls, kas atver tranzistoru VT. Apskatīsim, kā veidojas nepieciešamais impulsa laika ilgums ti. Lai to izdarītu, mēs izmantosim šādu grafiku.

Izmantojot WID, vienā salīdzinājuma ieejā tiek piegādāts noteiktas frekvences zāģa zoba signāls. To sauc arī par atbalstu. Otrajai ieejai tiek piegādāts atsauces spriegums, kas tiek salīdzināts ar atsauces spriegumu. Salīdzināšanas rezultātā komparatora izejā veidojas atbilstoša ilguma impulss.

Ja pie salīdzinājuma neinvertējošās ieejas ir atskaites signāls, tad vispirms būs pauze un pēc tam impulss. Ja neinvertējošajai ieejai tiek pielietots galvenais signāls, vispirms būs impulss, pēc tam pauze.

Tādējādi, mainot norādītā signāla vērtību, jūs varat mainīt darba ciklu un attiecīgi vidējo spriegumu pāri slodzei.

Viņi cenšas panākt maksimālo atsauces signāla frekvenci, lai samazinātu droseles un kondensatoru parametrus (nav parādīts diagrammā). Pēdējā rezultātā samazinās komutācijas barošanas avota svars un izmēri.

PWM – impulsa platuma modulācija

PWM galvenokārt tiek izmantots sinusoidāla signāla ģenerēšanai. PWM bieži izmanto, lai kontrolētu invertora pārveidotāja darbību. Invertors ir paredzēts, lai pārveidotu līdzstrāvas enerģiju maiņstrāvas enerģijā.

Apskatīsim vienkāršāko shēmu.

Vienā brīdī atveras tranzistoru pāris VT1 un VT3. Tiek izveidots ceļš strāvas plūsmai no akumulatora GB caur aktīvo-induktīvo slodzi RнLн. Nākamajā brīdī VT1 un VT3 ir bloķēti, un ir atvērti pa diagonāli pretējie tranzistori VT2 un VT4. Tagad strāva plūst no akumulatora caur RnLn pretējā virzienā. Tādējādi strāva pāri slodzei maina virzienu un tāpēc ir mainīga. Kā redzat, slodzes strāva nav sinusoidāla. Tāpēc PWM tiek izmantots, lai iegūtu sinusoidālās strāvas viļņu formu.

Ir vairāki PWM veidi: vienpolāri, bipolāri, vienvirziena, divvirzienu. Šeit mēs nekavēsimies pie katra konkrētā veida, bet apsvērsim vispārējo pieeju.

Sinusoīds tiek izmantots kā modulējošs signāls, un trīsstūrveida signāls tiek izmantots kā atsauces signāls. Šo signālu salīdzināšanas rezultātā veidojas impulsu un paužu ilgumi (apakšējais grafiks), kas kontrolē tranzistoru VT1...VT4 darbību.

Lūdzu, ņemiet vērā, ka sprieguma amplitūda pāri slodzei vienmēr ir vienāda ar barošanas avota amplitūdu. Arī pulsa atkārtošanās periods paliek nemainīgs. Mainās tikai atvēršanas impulsa platums. Tāpēc, kad ir pievienota slodze, strāvai, kas plūst caur to, būs sinusoidāla forma (parādīta ar punktētu līniju apakšējā diagrammā).

Tātad galvenā atšķirība starp WIDTH un PWM ir tāda, ka ar impulsa platuma vadību impulsa un pauzes laiki paliek nemainīgi. Un ar impulsa platuma modulāciju mainās impulsu un paužu ilgums, kas ļauj realizēt noteiktas formas izejas signālu.

Gaismas diodes tiek izmantotas gandrīz visās tehnoloģijās mums apkārt. Tiesa, dažreiz kļūst nepieciešams pielāgot to spilgtumu (piemēram, lukturīšos vai monitoros). Šķiet, ka vienkāršākā izeja šajā situācijā ir mainīt caur LED izvadītās strāvas daudzumu. Bet tā nav taisnība. LED ir diezgan jutīga sastāvdaļa. Pastāvīga strāvas daudzuma maiņa var ievērojami saīsināt tā kalpošanas laiku vai pat to sabojāt. Jāņem vērā arī tas, ka nevar izmantot ierobežojošo rezistoru, jo tajā uzkrāsies liekā enerģija. Tas ir nepieņemami, lietojot baterijas. Vēl viena šīs pieejas problēma ir tā, ka mainīsies gaismas krāsa.

Ir divas iespējas:

• PWM regulēšana
• Analogs

Šīs metodes kontrolē strāvu, kas plūst caur LED, taču starp tām ir noteiktas atšķirības.
Analogā vadība maina strāvas līmeni, kas iet caur gaismas diodēm. Un PWM regulē strāvas padeves frekvenci.

PWM regulēšana

Izeja no šīs situācijas var būt impulsa platuma modulācijas (PWM) izmantošana. Izmantojot šo sistēmu, gaismas diodes saņem nepieciešamo strāvu, un spilgtums tiek regulēts, izmantojot augstfrekvences barošanas avotu. Tas nozīmē, ka barošanas perioda biežums maina gaismas diožu spilgtumu.
Neapšaubāma PWM sistēmas priekšrocība ir gaismas diodes produktivitātes saglabāšana. Efektivitāte būs aptuveni 90%.

PWM regulēšanas veidi

• Divu vadu. Bieži izmanto automašīnu apgaismojuma sistēmās. Pārveidotāja barošanas avotam jābūt ķēdei, kas ģenerē PWM signālu pie līdzstrāvas izejas.
• Šunta ierīce. Lai pārveidotāju ieslēgtu/izslēgtu, izmantojiet šunta komponentu, kas nodrošina izejas strāvas ceļu, kas nav gaismas diode.

Impulsu parametri PWM

Impulsu atkārtošanās ātrums nemainās, tāpēc tam nav izvirzītas prasības gaismas spilgtuma noteikšanā. Šajā gadījumā mainās tikai pozitīvā impulsa platums vai laiks.

Impulsu frekvence

Pat ņemot vērā to, ka par biežumu īpašu sūdzību nav, ir robežvērtības. Tos nosaka cilvēka acs jutība pret mirgošanu. Piemēram, filmā kadriem ir jāmirgo ar ātrumu 24 kadri sekundē, lai mūsu acis to uztvertu kā vienu kustīgu attēlu.
Lai mirgojošu gaismu uztvertu kā vienmērīgu gaismu, frekvencei jābūt vismaz 200 Hz. Augšējiem rādītājiem ierobežojumu nav, bet zemāk nav.

Kā darbojas PWM regulators?

Lai tieši kontrolētu gaismas diodes, tiek izmantots tranzistora atslēgas posms. Parasti tie izmanto tranzistorus, kas var uzkrāt lielu daudzumu jaudas.
Tas ir nepieciešams, izmantojot LED sloksnes vai lieljaudas gaismas diodes.
Nelieliem daudzumiem vai mazai jaudai pietiek ar bipolāru tranzistoru izmantošanu. Jūs varat arī savienot gaismas diodes tieši ar mikroshēmām.

PWM ģeneratori

PWM sistēmā kā galveno oscilatoru var izmantot mikrokontrolleri vai ķēdi, kas sastāv no zemas integrācijas shēmām.
Ir iespējams arī izveidot regulatoru no mikroshēmām, kas paredzētas barošanas bloku pārslēgšanai, vai K561 loģiskās mikroshēmas, vai NE565 integrētā taimera.
Šiem nolūkiem meistari izmanto pat darbības pastiprinātāju. Lai to izdarītu, uz tā ir samontēts ģenerators, kuru var regulēt.
Viena no visbiežāk izmantotajām shēmām ir balstīta uz taimeri 555. Būtībā tas ir parasts kvadrātviļņu ģenerators. Frekvenci regulē kondensators C1. pie izejas kondensatoram jābūt ar augstu spriegumu (tas pats ir ar savienojumu ar pozitīvo barošanas avotu). Un tas tiek uzlādēts, ja izejā ir zems spriegums. Šis brīdis rada dažāda platuma impulsus.
Vēl viena populāra shēma ir PWM, kuras pamatā ir UC3843 mikroshēma. šajā gadījumā komutācijas ķēde ir mainīta uz vienkāršošanu. Lai kontrolētu impulsa platumu, tiek izmantots pozitīvas polaritātes vadības spriegums. Šajā gadījumā izeja rada vēlamo PWM impulsa signālu.
Regulēšanas spriegums iedarbojas uz izeju šādi: samazinoties, platums palielinās.

Kāpēc PWM?

• Šīs sistēmas galvenā priekšrocība ir tās vienkāršība. Lietošanas modeļi ir ļoti vienkārši un viegli īstenojami.
• PWM vadības sistēma nodrošina ļoti plašu spilgtuma regulēšanas diapazonu. Ja mēs runājam par monitoriem, ir iespējams izmantot CCFL fona apgaismojumu, taču šajā gadījumā spilgtumu var samazināt tikai uz pusi, jo CCFL fona apgaismojums ir ļoti prasīgs strāvas un sprieguma daudzumam.
• Izmantojot PWM, jūs varat uzturēt strāvu nemainīgā līmenī, kas nozīmē, ka gaismas diodes netiks bojātas un krāsu temperatūra nemainīsies.

PWM izmantošanas trūkumi

• Laika gaitā attēla mirgošana var kļūt diezgan pamanāma, īpaši zema spilgtuma vai acu kustības gadījumā.
• Pastāvīgā spilgtā apgaismojumā (piemēram, saules gaismā) attēls var kļūt izplūdis.

PWM vai PWM (impulsa platuma modulācija, angļu valodā) ir veids, kā kontrolēt strāvas padevi slodzei. Vadība sastāv no impulsa ilguma maiņas ar nemainīgu impulsa atkārtošanās ātrumu. Impulsu platuma modulācija var būt analogā, digitālā, binārā vai trīskāršā.

Impulsa platuma modulācijas izmantošana ļauj palielināt elektrisko pārveidotāju efektivitāti, īpaši impulsu pārveidotājiem, kas mūsdienās veido dažādu elektronisko ierīču sekundāro barošanas avotu pamatu. Flyback un uz priekšu viena cikla, push-pull un pustilta, kā arī tilta impulsu pārveidotājus šodien kontrolē ar PWM līdzdalību, tas attiecas arī uz rezonanses pārveidotājiem.

Impulsa platuma modulācija ļauj pielāgot mobilo tālruņu, viedtālruņu un klēpjdatoru šķidro kristālu displeju fona apgaismojuma spilgtumu. PWM tiek ieviests automobiļu invertoros, lādētājos utt. Jebkurš lādētājs mūsdienās savā darbībā izmanto PWM.

Mūsdienu augstfrekvences pārveidotājos kā komutācijas elementi tiek izmantoti bipolāri un lauka efekta tranzistori, kas darbojas komutācijas režīmā. Tas nozīmē, ka daļa perioda tranzistors ir pilnībā atvērts, un daļa perioda ir pilnībā aizvērts.

Un tā kā pārejas stāvokļos, kas ilgst tikai desmitiem nanosekundes, uz slēdža atbrīvotā jauda ir maza, salīdzinot ar ieslēgto jaudu, vidējā jauda, ​​kas izdalās siltuma veidā uz slēdža, galu galā izrādās nenozīmīga. Šajā gadījumā slēgtā stāvoklī tranzistora kā slēdža pretestība ir ļoti maza, un sprieguma kritums tajā tuvojas nullei.

Atvērtā stāvoklī tranzistora vadītspēja ir tuvu nullei, un caur to praktiski neplūst strāva. Tas ļauj izveidot kompaktus pārveidotājus ar augstu efektivitāti, tas ir, ar zemiem siltuma zudumiem. Un rezonanses pārveidotāji ar pārslēgšanu pie nulles strāvas ZCS (nulles strāvas pārslēgšana) ļauj samazināt šos zudumus līdz minimumam.

Analoga tipa PWM ģeneratoros vadības signālu ģenerē analogais komparators, kad, piemēram, uz salīdzinājuma invertējošo ieeju tiek piegādāts trīsstūrveida vai zāģa zoba signāls, bet uz neinvertējošu ieeju tiek piegādāts nepārtraukts modulējošs signāls.

Tiek iegūti izejas impulsi, to atkārtošanās biežums ir vienāds ar zāģa (vai trīsstūrveida signāla) frekvenci, un impulsa pozitīvās daļas ilgums ir saistīts ar laiku, kurā tiek piegādāts modulējošais konstants signāls. komparatora neinvertējošā ieeja ir augstāka par zāģa signāla līmeni, kas tiek piegādāts invertējošajai ieejai. Kad zāģa spriegums ir augstāks par modulācijas signālu, izvadei būs negatīva impulsa daļa.

Ja zāģis tiek padots uz salīdzinājuma neinvertējošo ieeju un modulējošais signāls tiek piegādāts invertējošajai ieejai, tad izejas taisnstūrveida impulsiem būs pozitīva vērtība, ja zāģa spriegums ir lielāks par piegādātā modulējošā signāla vērtību. uz invertējošo ieeju un negatīvs, ja zāģa spriegums ir zemāks par modulācijas signālu. Analogās PWM ģenerēšanas piemērs ir TL494 mikroshēma, ko mūsdienās plaši izmanto komutācijas barošanas avotu būvē.

Digitālo PWM izmanto binārajā digitālajā tehnoloģijā. Arī izejas impulsiem ir tikai viena no divām vērtībām (ieslēgta vai izslēgta), un vidējais izvades līmenis tuvojas vēlamajam līmenim. Šeit zāģa zoba signālu iegūst, izmantojot N-bitu skaitītāju.

Digitālās ierīces ar PWM darbojas arī nemainīgā frekvencē, kas noteikti pārsniedz vadāmās ierīces reakcijas laiku, šo pieeju sauc par pārtveršanu. Starp pulksteņa malām digitālā PWM izeja paliek stabila, augsta vai zema, atkarībā no digitālā komparatora izejas pašreizējā stāvokļa, kas salīdzina signāla līmeņus pie skaitītāja un aptuveno digitālo.

Izvade tiek iestatīta kā impulsu secība ar stāvokļiem 1 un 0; katrs pulksteņa stāvoklis var mainīties vai nemainīties uz pretējo. Impulsu frekvence ir proporcionāla tuvojošā signāla līmenim, un vienības, kas seko viena otrai, var veidot vienu platāku, garāku impulsu.

Iegūtie mainīga platuma impulsi būs pulksteņa perioda daudzkārtņi, un frekvence būs vienāda ar 1/2NT, kur T ir pulksteņa periods, N ir pulksteņa ciklu skaits. Šeit ir iespējama zemāka frekvence attiecībā pret pulksteņa frekvenci. Aprakstītā digitālās ģenerēšanas shēma ir viena bita vai divu līmeņu PWM, impulsa kodēta PCM modulācija.

Šī divu līmeņu impulsu kodētā modulācija būtībā ir impulsu sērija ar frekvenci 1/T un platumu T vai 0. Pārtveršanu izmanto, lai vidējā laika periodā iegūtu vidējo. Augstas kvalitātes PWM var sasniegt, izmantojot viena bita impulsa blīvuma modulāciju, ko sauc arī par impulsa frekvences modulāciju.

Izmantojot digitālo impulsa platuma modulāciju, taisnstūrveida apakšimpulsi, kas aizpilda periodu, var nokrist jebkurā perioda vietā, un tad tikai to skaits ietekmē signāla vidējo vērtību periodā. Tātad, ja periodu sadalīsit 8 daļās, tad impulsu kombinācijas 11001100, 11110000, 11000101, 10101010 utt. sniegs vienādu vidējo perioda vērtību, tomēr atsevišķas vienības padara atslēgas tranzistora darbības režīmu smagāku.

Elektronikas gaismekļi, runājot par PWM, sniedz šādu analoģiju ar mehāniku. Ja izmantojat dzinēju, lai grieztu smagu spararatu, tad, tā kā dzinēju var ieslēgt vai izslēgt, spararats vai nu griezīsies un turpinās griezties, vai apstāsies berzes dēļ, kad dzinējs tiek izslēgts.

Bet, ja dzinējs tiek ieslēgts dažas sekundes minūtē, tad spararata griešanās tiks saglabāta, pateicoties inercei, noteiktā ātrumā. Un jo ilgāk dzinējs ir ieslēgts, jo lielāks ātrums griezīsies spararats. Tas pats ar PWM, ieslēgšanas un izslēgšanas signāls (0 un 1) nonāk izejā, un rezultātā tiek sasniegta vidējā vērtība. Integrējot impulsa spriegumu laika gaitā, mēs iegūstam laukumu zem impulsiem, un ietekme uz darba ķermeni būs identiska darbam ar vidējo sprieguma vērtību.

Šādi darbojas pārveidotāji, kur pārslēgšanās notiek tūkstošiem reižu sekundē, un frekvences sasniedz vairākus megahertus. Speciālie PWM kontrolieri tiek plaši izmantoti, lai kontrolētu enerģijas taupīšanas lampu balastus, barošanas avotus utt.

Impulsa perioda kopējā ilguma attiecību pret ieslēgšanās laiku (impulsa pozitīvo daļu) sauc par impulsa darba ciklu. Tātad, ja ieslēgšanas laiks ir 10 μs un periods ilgst 100 μs, tad ar frekvenci 10 kHz darba cikls būs vienāds ar 10, un viņi raksta, ka S = 10. Apgriezto darba ciklu sauc. impulsa darba cikls, angļu valodā Duty cycle vai saīsināts kā DC.

Tātad dotajā piemērā DC = 0,1, jo 10/100 = 0,1. Ar impulsa platuma modulāciju, regulējot impulsa darba ciklu, tas ir, mainot līdzstrāvu, tiek sasniegta nepieciešamā vidējā vērtība elektroniskas vai citas elektriskās ierīces, piemēram, motora, izejā.