Modulasi lebar nadi

PWM atau PWM (Pulse Width Modulation) ialah satu cara mengawal bekalan kuasa kepada beban. Kawalan terdiri daripada menukar tempoh nadi pada kadar pengulangan nadi yang tetap. Modulasi Lebar Nadi tersedia dalam analog, digital, binari dan ternary.

Penggunaan modulasi lebar nadi memungkinkan untuk meningkatkan kecekapan penukar elektrik, terutamanya untuk penukar denyut, yang hari ini membentuk asas bekalan kuasa sekunder untuk pelbagai peranti elektronik. Flyback dan forward single, push-pull dan half-bridge, serta penukar pensuisan jambatan dikawal hari ini dengan penyertaan PWM, ini juga terpakai kepada penukar resonan.

Modulasi lebar nadi membolehkan anda melaraskan kecerahan lampu latar paparan kristal cecair telefon bimbit, telefon pintar, komputer riba. PWM dilaksanakan dalam mesin kimpalan, dalam penyongsang kereta, dalam pengecas, dsb. Setiap pengecas hari ini menggunakan PWM dalam operasinya.

Transistor bipolar mod kunci dan kesan medan digunakan sebagai elemen pensuisan dalam penukar frekuensi tinggi moden. Ini bermakna sebahagian daripada tempoh transistor terbuka sepenuhnya dan sebahagian daripada tempoh ia ditutup sepenuhnya.

Dan oleh kerana dalam keadaan sementara yang hanya bertahan berpuluh-puluh nanosaat, kuasa yang dikeluarkan oleh suis adalah kecil berbanding dengan kuasa yang ditukar, akibatnya, kuasa purata yang dikeluarkan dalam bentuk haba pada suis ternyata boleh diabaikan. Dalam kes ini, dalam keadaan tertutup, rintangan transistor sebagai suis adalah sangat kecil, dan penurunan voltan merentasinya menghampiri sifar.

Dalam keadaan terbuka, kekonduksian transistor hampir kepada sifar dan arus secara praktikal tidak mengalir melaluinya. Ini memungkinkan untuk mencipta penukar padat dengan kecekapan tinggi, iaitu, dengan kehilangan haba yang rendah. Penukar resonan ZCS (Sifar Semasa Penukaran) meminimumkan kerugian ini.

Dalam penjana PWM jenis analog, isyarat kawalan dijana oleh pembanding analog apabila, sebagai contoh, isyarat segitiga atau triod digunakan pada input penyongsangan pembanding dan isyarat berterusan modulasi digunakan pada input bukan penyongsangan.

Denyutan output diterima segi empat tepat, kadar pengulangannya adalah sama dengan kekerapan gergaji (atau bentuk gelombang segi tiga), dan tempoh bahagian positif nadi adalah berkaitan dengan masa di mana tahap isyarat DC modulasi digunakan pada input bukan penyongsangan pembanding adalah lebih tinggi daripada paras isyarat gergaji yang disalurkan kepada input penyongsangan.Apabila voltan gergaji lebih tinggi daripada isyarat modulasi, output akan menjadi bahagian negatif nadi.

Jika gergaji digunakan pada input bukan penyongsang pembanding, dan isyarat pemodulasi digunakan pada penyongsangan, maka denyutan keluaran gelombang persegi akan mempunyai nilai positif apabila voltan gergaji lebih tinggi daripada nilai isyarat pemodulatan. digunakan pada input penyongsangan, dan negatif — apabila voltan gergaji lebih rendah daripada isyarat pemodulatan. Contoh penjanaan PWM analog ialah cip TL494, yang digunakan secara meluas hari ini dalam pembinaan bekalan kuasa pensuisan.

PWM digital digunakan dalam teknologi digital binari. Denyutan keluaran juga mengambil hanya satu daripada dua nilai (hidup atau mati), dan tahap output purata menghampiri yang dikehendaki. Di sini, isyarat gigi gergaji diperoleh dengan menggunakan pembilang N-bit.

Peranti digital PWM juga beroperasi pada frekuensi malar, semestinya melebihi masa tindak balas peranti terkawal, pendekatan ini dipanggil oversampling. Di antara tepi jam, output PWM digital kekal stabil, tinggi atau rendah, bergantung pada keadaan semasa output pembanding digital, yang membandingkan tahap isyarat pembilang dan anggaran digital.

Keluaran dicatatkan sebagai jujukan denyutan dengan keadaan 1 dan 0, setiap keadaan jam mungkin diterbalikkan atau tidak. Kekerapan denyutan adalah berkadar dengan tahap isyarat yang menghampiri, dan unit berturut-turut boleh membentuk nadi yang lebih luas dan lebih panjang.

Denyutan lebar boleh ubah yang terhasil akan menjadi gandaan tempoh jam, dan kekerapan akan sama dengan 1 / 2NT, di mana T ialah tempoh jam, N ialah bilangan kitaran jam. Kekerapan yang lebih rendah dari segi kekerapan jam boleh dicapai di sini. Skim penjanaan digital yang diterangkan ialah PWM satu bit atau dua peringkat, modulasi PCM berkod denyut.

Modulasi berkod nadi dua peringkat ini pada asasnya adalah urutan denyutan dengan frekuensi 1/T dan lebar T atau 0. Persampelan berlebihan digunakan untuk purata dalam tempoh masa yang lebih lama. PWM berkualiti tinggi dicapai dengan modulasi padat nadi bit tunggal, juga dipanggil modulasi frekuensi nadi.

Dalam modulasi lebar nadi digital, subpulsa segi empat tepat yang mengisi tempoh boleh muncul di mana-mana dalam tempoh itu, dan kemudian hanya nombornya mempengaruhi nilai purata isyarat untuk tempoh tersebut. Jadi jika kita membahagikan tempoh kepada 8 bahagian, maka kombinasi nadi 11001100, 11110000, 11000101, 10101010, dll. akan memberikan purata tempoh yang sama, tetapi unit individu menjadikan kitaran tugas transistor kunci lebih berat.

Tokoh elektronik, bercakap tentang PWM, memberikan analogi yang serupa dengan mekanik. Jika anda menghidupkan roda tenaga yang berat dengan enjin selepas enjin boleh dihidupkan atau dimatikan, roda tenaga akan sama ada berputar dan terus berputar atau berhenti akibat geseran apabila enjin dimatikan.

Tetapi jika enjin dihidupkan selama beberapa saat seminit, maka putaran roda tenaga akan dikekalkan kerana inersia pada kelajuan tertentu. Dan semakin lama enjin dihidupkan, semakin tinggi kelajuan putaran roda tenaga.Jadi dengan PWM, isyarat hidup dan mati (0 dan 1) datang ke output dan hasilnya ialah nilai purata. Dengan menyepadukan voltan denyutan dari semasa ke semasa, kami memperoleh kawasan di bawah denyutan, dan kesan pada badan kerja akan sama dengan kerja dengan nilai purata voltan.

Beginilah cara penukar berfungsi, di mana penukaran berlaku beribu-ribu kali sesaat, dan frekuensi mencapai unit megahertz. Pengawal PWM khas digunakan secara meluas untuk mengawal balast lampu penjimatan tenaga, bekalan kuasa, penukar frekuensi untuk motor dan lain-lain.

Nisbah jumlah tempoh tempoh nadi kepada masa tepat (bahagian positif nadi) dipanggil kitaran tugas. Jadi, jika masa hidupkan ialah 10 μs, dan tempoh itu berlangsung 100 μs, maka pada frekuensi 10 kHz, kitaran tugas akan menjadi 10, dan mereka menulis bahawa S = 10. Kitaran tugas terbalik dipanggil tugas kitaran, dalam bahasa Inggeris Duty cycle atau singkatannya DC.

Jadi, untuk contoh yang diberikan, DC = 0.1 sejak 10/100 = 0.1. Dengan modulasi lebar denyut, dengan melaraskan kitaran tugas nadi, iaitu, dengan menukar arus terus, nilai purata yang diperlukan dicapai pada output peranti elektronik atau elektrik lain, seperti motor.