Darbe genişliği modülasyonu (PWM). Basit mantık kullanan PWM sabit voltaj regülatörü Darbe genişliği modülasyonlu regülatör ile

PWM - darbe genişliği modülasyonunun prensibi, sabit bir darbe tekrarlama oranını korurken darbe genişliğini değiştirmektir. Darbelerin genliği değişmeden kalır.

Yüke sağlanan gücün düzenlenmesinin gerekli olduğu durumlarda darbe genişliği kontrolü kullanılır. Örneğin, DC elektrik motorlarının kontrol devrelerinde, darbe dönüştürücülerde, LED lambaların parlaklığını ayarlamak için, LCD monitör ekranlarında, akıllı telefon ve tabletlerdeki ekranlarda vb.

Elektronik cihazlar için ikincil güç kaynaklarının çoğu şu anda darbe dönüştürücüler temelinde inşa edilmiştir; darbe genişliği modülasyonu aynı zamanda düşük frekanslı (ses) D sınıfı amplifikatörlerde, kaynak makinelerinde, araç aküsü şarj cihazlarında, invertörlerde vb. de kullanılır. Analog cihazların düşük verimliliğine kıyasla ikincil güç kaynaklarının verimliliğini (Verimlilik) artırın.

Darbe genişliği modülasyonu analog veya dijital olabilir.

Analog Darbe Genişliği Modülasyonu

Yukarıda bahsedildiği gibi PWM ile sinyalin frekansı ve genliği her zaman sabittir. PWM sinyalinin en önemli parametrelerinden biri, darbe süresinin oranına eşit olan görev döngüsüdür. T nabız periyoduna T. D = t/T . Yani, darbe süresi 300 μs ve darbe periyodu 1000 μs olan bir PWM sinyalimiz varsa görev döngüsü 300/1000 = 0,3 olacaktır. Doldurma faktörü aynı zamanda doldurma faktörünün %100 ile çarpıldığı bir yüzde olarak da ifade edilir. Yukarıdaki örneği kullanırsak, yüzde doldurma faktörü 0,3 x %100 = %30'dur.

Darbe görev döngüsü, darbe periyodunun sürelerine oranıdır, yani. doldurma faktörünün tersi. S = T/t .

Sinyal frekansı, darbe periyodunun tersi olarak tanımlanır ve 1 saniyedeki tam darbe sayısını temsil eder. Yukarıdaki örnekte 1000 µs = 0,001 s'lik bir periyotta frekans şu şekildedir: F= 1/0,001 – 1000 (Hz).

PWM'nin anlamı görev döngüsünü değiştirerek ortalama voltaj değerini düzenlemektir. Ortalama voltaj değeri, görev döngüsü ve voltaj genliğinin çarpımına eşittir. Yani, 0,3'lük bir görev döngüsü ve 12 V'luk bir voltaj genliği ile ortalama voltaj değeri 0,3 x 12 = 3,6 (V) olacaktır. Görev döngüsü teorik olarak mümkün olan %0 ila %100 aralığında değiştiğinde, voltaj 0 ila 12 V arasında değişecektir; Darbe genişliği modülasyonu, voltajı 0'dan sinyal genliğine kadar ayarlamanıza olanak tanır. Bu, bir DC motorun dönüş hızını veya bir lambanın parlaklığını düzenlemek için kullanılan şeydir.

PWM sinyali bir mikrodenetleyici veya analog devre tarafından üretilir. Bu sinyal tipik olarak iki kutuplu veya alan etkili transistör anahtarlama devresi aracılığıyla bir güç kaynağına bağlanan yüksek güçlü bir yükü kontrol eder. Anahtarlama modunda yarı iletken cihaz ya açık ya da kapalıdır ve ara durum ortadan kaldırılmıştır. Her iki durumda da anahtar üzerinde ihmal edilebilir düzeyde termal güç dağılır. Bu güç, anahtardan geçen akım ile üzerindeki voltaj düşüşünün çarpımına eşit olduğundan, ilk durumda anahtardan geçen akım sıfıra, ikincisinde ise voltaja yakındır.

Geçiş durumlarında, önemli bir akımın geçmesiyle anahtar üzerinde önemli bir voltaj vardır, yani. Dağıtılan termal güç de önemlidir. Bu nedenle, anahtar olarak, onlarca nanosaniye mertebesinde hızlı anahtarlama sürelerine sahip düşük ataletli yarı iletken cihazların kullanılması gereklidir.

Anahtar devresi LED'i kontrol ediyorsa, düşük sinyal frekansında LED, PWM sinyalinin voltajındaki değişiklikle zamanında yanıp sönecektir. 50 Hz'nin üzerindeki sinyal frekanslarında, insan görüşünün eylemsizliği nedeniyle göz kırpmalar birleşir. LED'in genel parlaklığı doldurma faktörüne bağlı olmaya başlar; doldurma faktörü ne kadar düşük olursa, LED o kadar zayıf yanar.

PWM kullanarak bir DC motorun dönüş hızını kontrol ederken, PWM frekansı çok yüksek olmalı ve duyulabilir ses frekansları aralığının ötesinde olmalıdır; 15-20 kHz'i aşmayın, aksi takdirde motor PWM frekansında kulakları rahatsız eden bir gıcırtı çıkararak "ses çıkarır". Motorun stabilitesi aynı zamanda frekansa da bağlıdır. Düşük görev döngüsüne sahip düşük frekanslı bir PWM sinyali, motorun dengesiz çalışmasına ve hatta olası motor kapanmasına yol açacaktır.

Bu nedenle, bir motoru kontrol ederken PWM sinyalinin frekansının arttırılması arzu edilir, ancak burada bile yarı iletken anahtarın atalet özellikleri tarafından belirlenen bir sınır vardır. Anahtar gecikmeli olarak değişirse, kontrol devresi hatalarla çalışmaya başlayacaktır. Enerji kayıplarını önlemek ve darbe dönüştürücünün yüksek verimliliğini elde etmek için yarı iletken anahtarın yüksek hıza ve düşük iletkenlik direncine sahip olması gerekir.

PWM çıkışından gelen sinyalin ortalaması basit bir alçak geçiren filtre kullanılarak da alınabilir. Belirli bir elektriksel endüktansa ve mekanik atalete sahip olduğu için bazen bu olmadan da yapabilirsiniz. PWM sinyallerinin yumuşatılması, PWM frekansı kontrol edilen cihazın tepki süresini aştığında doğal olarak gerçekleşir.

PWM, biri yardımcı bir jeneratörden periyodik testere dişi veya üçgen sinyali, diğeri modülasyonlu kontrol sinyali ile beslenen iki giriş kullanılarak gerçekleştirilebilir. PWM darbesinin pozitif kısmının süresi, karşılaştırıcının bir girişine sağlanan kontrol sinyali seviyesinin, karşılaştırıcının diğer girişine sağlanan yardımcı jeneratör sinyalinin seviyesini aştığı süre ile belirlenir.

Yardımcı jeneratör voltajı kontrol sinyali voltajından yüksek olduğunda, karşılaştırıcı çıkışı darbenin negatif bir kısmına sahip olacaktır.

Karşılaştırıcının çıkışındaki periyodik dikdörtgen sinyallerin görev döngüsü ve dolayısıyla regülatörün ortalama voltajı, modülasyon sinyalinin seviyesine bağlıdır ve frekans, yardımcı jeneratör sinyalinin frekansı ile belirlenir.

Dijital Darbe Genişliği Modülasyonu

Dijital PWM adı verilen bir PWM türü vardır. Bu durumda sinyal periyodu dikdörtgen alt darbelerle doldurulur ve periyottaki alt darbe sayısı düzenlenir, bu da döneme ait ortalama sinyal değerini belirler.

Dijital PWM'de, dönemi dolduran alt darbeler (veya "birler") dönemin herhangi bir yerinde görünebilir. Bir periyottaki ortalama voltaj değeri yalnızca sayılarıyla belirlenirken, alt darbeler birbirini takip edip birleşebilir. Ayrı alt darbeler, tuşun daha zorlu bir çalışma moduna yol açar.

Dijital PWM sinyal kaynağı olarak, 10 bitlik çıkış sinyaline sahip bir bilgisayarın COM bağlantı noktasını kullanabilirsiniz. 8 bilgi biti ve 2 başlatma/durdurma biti dikkate alındığında, COM bağlantı noktası sinyali 1 ila 9 "bir" içerir; bu, voltajı %10'luk adımlarla besleme voltajının %10-90'ı aralığında düzenlemenize olanak tanır .

Örneğin);

190...240 Ohm nominal değere sahip bir direnç (burada en yaygın değerlere sahip mükemmel bir direnç seti bulunmaktadır);

Arduino IDE geliştirme ortamına sahip kişisel bilgisayar.

Arduino'da PWM kullanma talimatları

1 Genel bilgi darbe genişliği modülasyonu hakkında

Arduino dijital pinleri yalnızca iki değer verebilir: mantık 0 (DÜŞÜK) ve mantık 1 (YÜKSEK). Bu yüzden dijitaldirler. Ancak Arduino'nun "özel" pinleri vardır. PWM. Bazen dalgalı bir çizgiyle "~" gösterilirler veya daire içine alınırlar veya başka şekilde diğerlerinden ayırt edilirler. PWM'nin anlamı Darbe genişliği modülasyonu veya darbe genişliği modülasyonu, PWM.

Darbe genişliği modülasyonlu sinyal, sabit frekanslı ancak değişken bir darbe sinyalidir. görev döngüsü(darbe süresinin oranı ve tekrarlama süresi). Doğadaki fiziksel süreçlerin çoğunun atalete sahip olması nedeniyle, 1'den 0'a ani voltaj düşüşleri bir miktar ortalama değer alarak yumuşatılacaktır. Görev döngüsünü ayarlayarak PWM çıkışındaki ortalama voltajı değiştirebilirsiniz.

Görev döngüsü %100 ise Arduino'nun dijital çıkışı her zaman "1" veya 5 volt mantıksal voltaja sahip olacaktır. Görev döngüsünü% 50'ye ayarlarsanız, çıkışın yarısı mantıksal "1" ve yarısı mantıksal "0" olacak ve ortalama voltaj 2,5 volt olacaktır. Ve benzeri.

Programda görev döngüsü yüzde olarak değil 0'dan 255'e kadar bir sayı olarak belirtilir. Örneğin komut analogYaz(10, 64) mikrodenetleyiciye, 10 numaralı dijital PWM çıkışına %25 görev döngüsüne sahip bir sinyal göndermesini söyleyecektir.

Darbe genişlik modülasyonu fonksiyonuna sahip Arduino pinleri yaklaşık 500 Hz frekansta çalışır. Bu, şekildeki yeşil dikey vuruşlarla ölçülen darbe tekrarlama periyodunun yaklaşık 2 milisaniye olduğu anlamına gelir.

Analog bir sinyali dijital çıkışta simüle edebileceğimiz ortaya çıktı!İlginç, değil mi?

PWM'yi nasıl kullanabiliriz? Çok sayıda uygulama! Örneğin, bir LED'in parlaklığını, motor dönüş hızını, transistör akımını, piezo yayıcıdan gelen sesi vb. kontrol edin.

2 Gösterim şeması Arduino'da Darbe Genişliği Modülasyonu

En temel örneğe bakalım - PWM kullanarak bir LED'in parlaklığını kontrol etmek. Klasik bir şema oluşturalım.

3 Taslak örneği PWM'li

Örneklerden "Fade" taslağını açalım: Dosya Örnekleri 01.Temel Bilgiler Solmaya.

Biraz değiştirip Arduino hafızasına yükleyelim.

Int ledPin = 3; // LED'i kontrol eden bir pin tanımlayın int parlaklık = 0; // parlaklığı ayarlamak için kullanılan değişken int fadeAmount = 5; // parlaklık değiştirme adımı geçersiz kurulum() ( pinMode(ledPin, ÇIKIŞ); } geçersiz döngü() ( analogWrite(ledPin, parlaklık); // ledPin pininin parlaklığını ayarladık parlaklık += fadeAmount; // parlaklık değerini değiştirin /* 0 veya 255 limitlerine ulaşıldığında parlaklık değişikliğinin yönünü değiştirin */ if (brightness == 0 || parlaklık == 255) ( fadeAmount = -fadeAmount; // işaretini değiştirin adım ) gecikme(30); // efektin daha iyi görülebilmesi için gecikme }

4 LED parlaklık kontrolü PWM ve Arduino'yu kullanma

Gücü aç. LED, parlaklığı kademeli olarak artırır ve ardından yumuşak bir şekilde azaltır. Darbe genişliği modülasyonunu kullanarak dijital çıkışta bir analog sinyali simüle ettik.

LED'in parlaklığındaki değişimi açıkça gösteren ekteki videoyu izleyin; bağlı osiloskopta Arduino'dan gelen sinyalin nasıl değiştiğini görebilirsiniz.

PWM veya PWM'nin ne olduğuna bakalım. Ayrıca PWM ve WIDTH arasındaki fark nedir? Darbe genişliği modülasyonu algoritması, güç kaynağından gelen yüke giden gücü sorunsuz bir şekilde değiştirmek için kullanılır. Örneğin motor milinin dönüş hızını düzenlemek için; aydınlatmanın veya arka ışığın parlaklığındaki değişikliklerin düzgünlüğü. PWM uygulamasının ayrı bir geniş alanı, güç kaynaklarını ve otonom invertörleri değiştirmektir.

Bir yüke güç sağlamak için genellikle güç kaynağından sağlanan voltajı değiştirmek gerekir. Prensip olarak iki voltaj regülasyon yöntemi ayırt edilebilir: doğrusal ve darbeli.

Doğrusal yöntemin bir örneği şöyle olabilir. Bu durumda gücün önemli bir kısmı direnç üzerinden kaybolur. Güç kaynağı ile tüketici arasındaki voltaj farkı ne kadar büyük olursa, direnç üzerinde basitçe "yanan" ve ısıya dönüşen güç kaybı da o kadar büyük olur. Bu nedenle doğrusal kontrol yöntemini yalnızca giriş ve çıkış gerilimleri arasında küçük bir fark olduğunda kullanmak mantıklıdır. Aksi takdirde, güç kaynağının bir bütün olarak verimliliği çok düşük olacaktır.

Modern dönüştürücü teknolojisinde ağırlıklı olarak yükte darbeli güç kontrolü kullanılmaktadır. Darbe düzenlemesini uygulamanın yollarından biri darbe genişliği modülasyonu PWM . İngiliz edebiyatında PWM – darbe genişliği modülasyonu .

Darbe kontrol prensibi

Herhangi bir anahtarlama güç regülatörünün ana elemanları yarı iletken anahtarlardır - transistörler veya tristörler. En basit haliyle, anahtarlamalı bir güç kaynağının devresi aşağıdaki gibidir. Sabit voltaj kaynağı Uip anahtar k yüke bağlı N. Anahtar İLE Belirli bir frekansta devreye girer ve belirli bir süre açık kalır. Diyagramı basitleştirmek için gerekli diğer unsurları üzerinde göstermiyorum. Bu bağlamda biz sadece anahtarın işleyişiyle ilgileniyoruz. İLE.

PWM prensibini anlamak için aşağıdaki grafiği kullanacağız. Zaman eksenini eşit aralıklara bölelim. dönem T. Şimdi örneğin anahtarı dönemin yarısı kadar kapatacağız k. Anahtar kapatıldığında yüke N voltaj Uip güç kaynağından sağlanır. Anahtarın yarım döngüsünün ikinci kısmı kapalı durumdadır. Ve tüketici elektriksiz kalacak.

Anahtarın kapalı olduğu süreye denir darbe süresi t . Ve açık anahtarın süresi denir duraklama süresi tп . Yük üzerindeki voltajı ölçerseniz yarıya eşit olacaktır. Uip.

Yükteki ortalama voltaj aşağıdaki ilişkiyle ifade edilebilir:

Uav.n = Uip ti/T.

Darbe süresi oranı t ve döneme T isminde görev döngüsü D . Ve bunun tersi denir görev döngüsü :

S = 1/D = T/ti.

Uygulamada genellikle yüzde olarak ifade edilen doldurma faktörünün kullanılması daha uygundur. Transistör tüm süre boyunca tamamen açık olduğunda görev döngüsü D bire veya %100'e eşittir.

D = %50 ise, bu, transistörün yarı süresinin açık durumda ve yarısının kapalı durumda olduğu anlamına gelir. Bu durumda sinyal şekline kare dalga denir.
Bu nedenle D katsayısını 0'dan birliğe veya %100'e değiştirerek Uav.n'nin değerini 0'dan Uip'e değiştirebilirsiniz:

Uav.n = Uip∙D.

Ve buna göre sağlanan güç miktarını düzenleyin:

Pav.n = Pip∙D.

Batı literatüründe, WID'nin darbe genişliği düzenlemesi ile PWM'nin darbe genişliği modülasyonu kavramları arasında pratikte hiçbir ayrım yoktur. Ancak yine de aralarında bir farkımız var.

Günümüzde birçok mikro devre, özellikle de DC-DC dönüştürücülerde kullanılanlar, WID prensibini uygulamaktadır. Ancak aynı zamanda PWM denetleyicileri olarak da adlandırılırlar. Dolayısıyla artık bu iki yöntem arasında isim olarak neredeyse hiçbir fark kalmadı.

Her durumda, transistörün tabanına sağlanan belirli bir darbe süresini oluşturmak ve ikincisini açmak için referans ve ayar voltaj kaynaklarının yanı sıra bir karşılaştırıcı kullanılır.
GB pilinin, tüketici Rн'yi transistör VT aracılığıyla darbeli bir şekilde beslediği basitleştirilmiş bir devreyi düşünelim. Hemen bu devrede devrenin çalışması için gerekli olan elemanları özellikle kullanmadığımı söyleyeceğim: kapasitör, indüktör ve diyot. Bu, dönüştürücünün tamamının değil, PWM'nin çalışmasının anlaşılmasını kolaylaştırmak için yapılır.

Basitçe açıklamak gerekirse, bir karşılaştırıcının üç terminali vardır: iki giriş ve bir çıkış. Karşılaştırıcı aşağıdaki gibi çalışır. “+” giriş pinindeki (invertör olmayan giriş) voltaj değeri “-” girişindeki (invertör giriş) voltaj değerinden daha yüksekse, karşılaştırıcının çıkışı yüksek seviyeli bir sinyal olacaktır. Aksi takdirde - düşük seviye.

Bizim durumumuzda transistör VT'yi açan yüksek seviyeli sinyaldir. Gerekli darbe süresi ti'nin nasıl oluştuğunu düşünelim. Bunun için aşağıdaki grafiği kullanacağız.

WID ile karşılaştırıcının bir girişine belirli bir frekansta testere dişi sinyali verilir. Buna destek de denir. İkinci giriş, referans voltajıyla karşılaştırılan bir referans voltajıyla beslenir. Karşılaştırma sonucunda karşılaştırıcının çıkışında uygun süreli bir darbe oluşur.

Karşılaştırıcının evirmeyen girişinde bir referans sinyali varsa, önce bir duraklama, ardından bir darbe olacaktır. Evirici olmayan girişe bir ana sinyal uygulanırsa, önce bir darbe, ardından bir duraklama olacaktır.

Böylece, belirtilen sinyalin değerini değiştirerek görev döngüsünü ve buna bağlı olarak yük üzerindeki ortalama voltajı değiştirebilirsiniz.

Bobinlerin ve kapasitörlerin (şemada gösterilmemiştir) parametrelerini azaltmak için referans sinyalinin frekansını maksimuma çıkarmaya çalışırlar. İkincisi, anahtarlamalı güç kaynağının ağırlığında ve boyutlarında bir azalmaya yol açar.

PWM – darbe genişliği modülasyonu

PWM ağırlıklı olarak sinüzoidal bir sinyal üretmek için kullanılır. PWM genellikle bir invertör dönüştürücünün çalışmasını kontrol etmek için kullanılır. İnvertör DC enerjiyi AC enerjiye dönüştürmek için tasarlanmıştır.

En basit şemayı ele alalım.

Zamanın bir noktasında, bir çift transistör VT1 ve VT3 açılır. Batarya GB'den aktif endüktif yük RнLн boyunca akımın akışı için bir yol oluşturulur. Bir sonraki anda VT1 ve VT3 kilitlenir ve çapraz olarak zıt transistörler VT2 ve VT4 açıktır. Şimdi akım aküden RnLn üzerinden ters yönde akıyor. Böylece yükteki akım yönünü değiştirir ve dolayısıyla değişkendir. Gördüğünüz gibi yük akımı sinüzoidal değil. Bu nedenle sinüzoidal bir akım dalga formu elde etmek için PWM kullanılır.

Birkaç PWM türü vardır: tek kutuplu, iki kutuplu, tek yönlü, iki yönlü. Burada her bir özel tür üzerinde durmayacağız, ancak genel yaklaşımı ele alacağız.

Modülasyon sinyali olarak bir sinüzoid kullanılır ve referans sinyali olarak üçgen bir sinyal kullanılır. Bu sinyallerin karşılaştırılması sonucunda, VT1...VT4 transistörlerinin çalışmasını kontrol eden darbe ve duraklama süreleri oluşturulur (alt grafik).

Yük üzerindeki voltaj genliğinin her zaman güç kaynağının genliğine eşit olduğunu lütfen unutmayın. Darbe tekrarlama süresi de değişmeden kalır. Yalnızca açılış darbesinin genişliği değişir. Bu nedenle, bir yük bağlandığında içinden geçen akım sinüzoidal bir şekle sahip olacaktır (alttaki grafikte noktalı çizgi ile gösterilmiştir).

Yani WIDTH ve PWM arasındaki temel fark, darbe genişliği kontrolünde darbe ve duraklama sürelerinin sabit kalmasıdır. Darbe genişliği modülasyonuyla darbelerin ve duraklamaların süreleri değişir, bu da belirli bir şekle sahip bir çıkış sinyalinin gerçekleştirilmesini mümkün kılar.

LED'ler çevremizdeki hemen hemen tüm teknolojilerde kullanılmaktadır. Doğru, bazen parlaklıklarını ayarlamak gerekebilir (örneğin, el fenerlerinde veya monitörlerde). Bu durumda en kolay çıkış yolu LED'den geçen akım miktarını değiştirmek gibi görünüyor. Ama bu doğru değil. LED oldukça hassas bir bileşendir. Akım miktarının sürekli değiştirilmesi ömrünü önemli ölçüde kısaltabilir, hatta bozabilir. Ayrıca, içinde aşırı enerji birikeceği için sınırlayıcı bir direnç kullanamayacağınızı da dikkate almak gerekir. Pilleri kullanırken bu kabul edilemez. Bu yaklaşımın bir diğer sorunu da ışığın renginin değişmesidir.

İki seçenek var:

• PWM düzenlemesi
• Analog

Bu yöntemler LED'den geçen akımı kontrol eder ancak aralarında bazı farklar vardır.
Analog kontrol, LED'lerden geçen akımın seviyesini değiştirir. Ve PWM, akım kaynağının frekansını düzenler.

PWM düzenlemesi

Bu durumdan çıkmanın bir yolu darbe genişlik modülasyonunun (PWM) kullanılması olabilir. Bu sistemle LED'ler gerekli akımı alır ve parlaklık, yüksek frekanslı güç kaynağı kullanılarak ayarlanır. Yani besleme periyodunun sıklığı LED'lerin parlaklığını değiştirmektedir.
PWM sisteminin şüphesiz avantajı LED'in verimliliğini korumaktır. Verimlilik yaklaşık% 90 olacaktır.

PWM düzenleme türleri

• İki telli. Genellikle araba aydınlatma sistemlerinde kullanılır. Dönüştürücünün güç kaynağı, DC çıkışında PWM sinyali üreten bir devreye sahip olmalıdır.
• Şant cihazı. Dönüştürücünün açık/kapalı periyodunu sağlamak için, çıkış akımına LED dışında bir yol sağlayan bir şönt bileşeni kullanın.

PWM için darbe parametreleri

Darbe tekrarlama hızı değişmez, dolayısıyla ışığın parlaklığını belirlemede buna gerek yoktur. Bu durumda pozitif darbenin yalnızca genişliği veya süresi değişir.

Darbe frekansı

Frekans konusunda özel bir şikayetin olmadığı dikkate alındığında bile sınır değerler bulunmaktadır. İnsan gözünün titremeye duyarlılığı ile belirlenirler. Örneğin bir filmde gözümüzün onu hareketli bir görüntü olarak algılayabilmesi için karelerin saniyede 24 kare hızında yanıp sönmesi gerekir.
Titreşen ışığın tek biçimli ışık olarak algılanabilmesi için frekansın en az 200 Hz olması gerekir. Üst göstergelerde herhangi bir kısıtlama yoktur, ancak daha düşük bir yol da yoktur.

PWM regülatörü nasıl çalışır?

LED'leri doğrudan kontrol etmek için bir transistör anahtar aşaması kullanılır. Tipik olarak büyük miktarlarda güç biriktirebilen transistörler kullanırlar.
Bu, LED şeritleri veya yüksek güçlü LED'leri kullanırken gereklidir.
Küçük miktarlar veya düşük güç için bipolar transistörlerin kullanılması yeterlidir. LED'leri doğrudan mikro devrelere de bağlayabilirsiniz.

PWM jeneratörleri

Bir PWM sisteminde ana osilatör olarak bir mikrodenetleyici veya düşük entegrasyonlu devrelerden oluşan bir devre kullanılabilir.
Güç kaynaklarını değiştirmek için tasarlanmış mikro devrelerden veya K561 mantık yongalarından veya NE565 entegre zamanlayıcıdan bir regülatör oluşturmak da mümkündür.
Zanaatkarlar bu amaçlar için işlemsel yükselteç bile kullanıyorlar. Bunu yapmak için üzerine ayarlanabilen bir jeneratör monte edilmiştir.
En çok kullanılan devrelerden biri 555 zamanlayıcıyı temel alır ve aslında normal bir kare dalga üretecidir. Frekans, C1 kapasitörü tarafından düzenlenir. çıkışta kapasitörün yüksek voltajı olmalıdır (bu, pozitif güç kaynağına bağlantıyla aynıdır). Çıkışta düşük voltaj olduğunda şarj olur. Bu an farklı genişlikte darbelere yol açar.
Bir diğer popüler devre ise UC3843 yongasını temel alan PWM'dir. bu durumda anahtarlama devresi basitleştirmeye yönelik olarak değiştirilmiştir. Darbe genişliğini kontrol etmek için pozitif kutuplu bir kontrol voltajı kullanılır. Bu durumda çıkış istenen PWM darbe sinyalini üretir.
Düzenleme voltajı çıkışa şu şekilde etki eder: azaldıkça genişlik artar.

Neden PWM?

• Bu sistemin en büyük avantajı kolaylığıdır. Kullanım kalıpları çok basit ve uygulanması kolaydır.
• PWM kontrol sistemi çok geniş bir parlaklık ayarı aralığı sağlar. Monitörler hakkında konuşursak, CCFL arka ışığını kullanmak mümkündür, ancak bu durumda CCFL arka ışığı akım ve voltaj miktarı açısından çok talepkar olduğundan parlaklık yalnızca yarı yarıya azaltılabilir.
• PWM kullanarak akımı sabit bir seviyede tutabilirsiniz, bu da LED'lerin zarar görmeyeceği ve renk sıcaklığının değişmeyeceği anlamına gelir.

PWM kullanmanın dezavantajları

• Zamanla, özellikle düşük parlaklıkta veya göz hareketiyle görüntü titremesi oldukça fark edilebilir hale gelebilir.
• Sürekli parlak ışık altında (güneş ışığı gibi) görüntü bulanıklaşabilir.

PWM veya PWM (darbe genişliği modülasyonu, İngilizce), yüke güç beslemesini kontrol etmenin bir yoludur. Kontrol, darbe süresinin sabit bir darbe tekrarlama oranında değiştirilmesinden oluşur. Darbe genişliği modülasyonu analog, dijital, ikili veya üçlü olabilir.

Darbe genişliği modülasyonunun kullanılması, günümüzde çeşitli elektronik cihazlar için ikincil güç kaynaklarının temelini oluşturan, özellikle darbe dönüştürücüler için, elektrik dönüştürücülerin verimliliğinin arttırılmasını mümkün kılar. Geri dönüş ve ileri tek çevrim, itme-çekme ve yarım köprü ile köprü darbe dönüştürücüleri günümüzde PWM'nin katılımıyla kontrol edilmektedir, bu aynı zamanda rezonans dönüştürücüler için de geçerlidir.

Darbe genişliği modülasyonu, cep telefonlarının, akıllı telefonların ve dizüstü bilgisayarların sıvı kristal ekranlarının arka ışığının parlaklığını ayarlamanıza olanak tanır. PWM, otomobil invertörlerinde, şarj cihazlarında vb. Uygulanmaktadır. Günümüzde herhangi bir şarj cihazı, işleminde PWM'yi kullanır.

Anahtarlama modunda çalışan iki kutuplu ve alan etkili transistörler, modern yüksek frekanslı dönüştürücülerde anahtarlama elemanları olarak kullanılır. Bu, transistörün periyodunun bir kısmının tamamen açık olduğu ve periyodun bir kısmının tamamen kapalı olduğu anlamına gelir.

Ve yalnızca onlarca nanosaniye süren geçici durumlarda, anahtarda salınan güç, anahtarlanan güce kıyasla küçük olduğundan, anahtarda ısı şeklinde salınan ortalama gücün sonuçta önemsiz olduğu ortaya çıkar. Bu durumda kapalı durumda transistörün anahtar olarak direnci çok küçüktür ve üzerindeki voltaj düşüşü sıfıra yaklaşır.

Açık durumda, transistörün iletkenliği sıfıra yakındır ve içinden neredeyse hiç akım geçmez. Bu, yüksek verimli, yani düşük ısıl kayıplı kompakt dönüştürücüler oluşturmayı mümkün kılar. Sıfır akım ZCS'de (sıfır akım anahtarlama) anahtarlamalı rezonans dönüştürücüler, bu kayıpların minimuma indirilmesini mümkün kılar.

Analog tip PWM jeneratörlerinde, kontrol sinyali, örneğin karşılaştırıcının evirici girişine üçgen veya testere dişi bir sinyal sağlandığında ve evirici olmayan girişe modülasyonlu bir sürekli sinyal sağlandığında bir analog karşılaştırıcı tarafından üretilir.

Çıkış darbeleri elde edilir, tekrarlama frekansları testerenin (veya üçgen sinyalin) frekansına eşittir ve darbenin pozitif kısmının süresi, modülasyon sabit sinyalinin seviyesinin modüle edildiği süre ile ilişkilidir. karşılaştırıcının evirmeyen girişi, evirici girişe sağlanan testere sinyalinin seviyesinden daha yüksektir. Testere voltajı modülasyon sinyalinden yüksek olduğunda çıkış, darbenin negatif bir kısmına sahip olacaktır.

Testere karşılaştırıcının evirmeyen girişine beslenirse ve evirici girişe modülasyon sinyali verilirse, testere voltajı sağlanan modülasyon sinyalinin değerinden yüksek olduğunda çıkış dikdörtgen darbeleri pozitif bir değere sahip olacaktır. ters çevirme girişine ve testere voltajı modülasyon sinyalinden düşük olduğunda negatiftir. Analog PWM üretiminin bir örneği, günümüzde anahtarlamalı güç kaynaklarının yapımında yaygın olarak kullanılan TL494 mikro devresidir.

Dijital PWM ikili dijital teknolojide kullanılır. Çıkış darbeleri de iki değerden (açık veya kapalı) yalnızca birini alır ve ortalama çıkış seviyesi istenen seviyeye yaklaşır. Burada testere dişi sinyali bir N bitlik sayaç kullanılarak elde edilir.

PWM'li dijital cihazlar ayrıca kontrol edilen cihazın tepki süresini zorunlu olarak aşan sabit bir frekansta çalışır, bu yaklaşıma aşırı örnekleme denir. Saat kenarları arasında, dijital PWM çıkışı, sayaçtaki sinyal seviyelerini yaklaşık dijital olanla karşılaştıran dijital karşılaştırıcının çıkışının mevcut durumuna bağlı olarak yüksek veya düşük olarak sabit kalır.

Çıkış, 1 ve 0 durumlarına sahip bir darbe dizisi olarak saatlenir; her saat durumu tersine değişebilir veya değişmeyebilir. Darbelerin frekansı yaklaşan sinyalin seviyesiyle orantılıdır ve birbirini takip eden birimler daha geniş, daha uzun bir darbe oluşturabilir.

Sonuçta ortaya çıkan değişken genişlikteki darbeler saat periyodunun katı olacak ve frekans 1/2NT'ye eşit olacaktır; burada T saat periyodu, N saat çevrimi sayısıdır. Burada saat frekansına göre daha düşük bir frekansa ulaşılabilir. Açıklanan dijital üretim devresi, bir bit veya iki seviyeli PWM, darbe kodlu PCM modülasyonudur.

Bu iki seviyeli darbe kodlu modülasyon, esasen frekansı 1/T ve genişliği T veya 0 olan bir darbe dizisidir. Aşırı örnekleme, daha büyük bir zaman periyodu boyunca ortalama almak için kullanılır. Yüksek kaliteli PWM, darbe frekansı modülasyonu olarak da adlandırılan tek bitlik darbe yoğunluğu modülasyonu kullanılarak elde edilebilir.

Dijital darbe genişliği modülasyonuyla, bir dönemi dolduran dikdörtgen alt darbeler, dönemin herhangi bir yerine düşebilir ve bu durumda yalnızca bunların sayısı, sinyalin dönem içindeki ortalama değerini etkiler. Yani periyodu 8 parçaya bölerseniz, 11001100, 11110000, 11000101, 10101010 vb. darbe kombinasyonları dönem için aynı ortalama değeri verecektir, ancak ayrı üniteler anahtar transistörün çalışma modunu ağırlaştırır.

PWM'den bahseden elektronik armatürler, mekanikle aşağıdaki benzetmeyi veriyor. Ağır bir volanı döndürmek için bir motor kullanırsanız, motor açılıp kapatılabildiğinden, volan ya dönecek ve dönmeye devam edecek ya da motor kapatıldığında sürtünme nedeniyle duracaktır.

Ancak motor dakikada birkaç saniye çalıştırılırsa, atalet nedeniyle volanın dönüşü belirli bir hızda korunacaktır. Motor ne kadar uzun süre çalıştırılırsa volanın dönme hızı da o kadar yüksek olur. PWM'de de aynı şekilde çıkışa açma kapama sinyali (0 ve 1) gelir ve bunun sonucunda ortalama değer elde edilir. Darbe voltajını zamana göre entegre ederek darbelerin altındaki alanı elde ederiz ve çalışan gövde üzerindeki etki, ortalama voltaj değerinde çalışmaya benzer olacaktır.

Anahtarlamanın saniyede binlerce kez gerçekleştiği ve frekansların birkaç megahertz'e ulaştığı dönüştürücüler bu şekilde çalışır. Özel PWM kontrolörleri, enerji tasarruflu lamba balastlarını, güç kaynaklarını vb. kontrol etmek için yaygın olarak kullanılır.

Darbe periyodunun toplam süresinin açılma süresine (darbenin pozitif kısmı) oranına darbenin görev döngüsü denir. Yani açılma süresi 10 μs ise ve periyot 100 μs sürüyorsa, 10 kHz frekansta görev döngüsü 10'a eşit olacaktır ve S = 10 olarak yazarlar. Ters görev döngüsü denir Darbe görev döngüsü, İngilizce Görev döngüsü veya DC olarak kısaltılır.

Dolayısıyla verilen örnekte 10/100 = 0,1 olduğundan DC = 0,1 olur. Darbe genişliği modülasyonuyla, darbenin görev döngüsünü ayarlayarak, yani DC'yi değiştirerek, bir elektronik veya motor gibi başka bir elektrikli cihazın çıkışında gerekli ortalama değere ulaşılır.