Apa itu PWM, Cara Mengukurnya

Cuba Instrumen Kami Untuk Menghapuskan Masalah





PWM adalah singkatan dari modulasi lebar nadi yang menandakan sifat pemboleh ubah lebar nadi yang mungkin dihasilkan dari sumber tertentu seperti IC diskrit, MCU, atau litar transistor.

Apa itu PWM

Secara sederhana proses PWM tidak lain adalah menghidupkan dan mematikan voltan bekalan pada kadar tertentu dengan nisbah masa ON / OFF yang berbeza, di sini panjang voltan ON ON boleh lebih besar, lebih kecil, atau sama dengan panjang OFF.



Sebagai contoh PWM mungkin terdiri daripada voltan yang tetap untuk menghidupkan dan mematikan pada kadar 2 saat ON 1 saat MATI, 1 saat ON 2 saat MATI atau 1 saat ON, 1 saat MATI.

Apabila kadar ON / OFF voltan bekalan ini dioptimumkan secara berbeza, kita mengatakan bahawa voltan adalah PWM atau Pulse Width yang dimodulasi.



Anda semua mesti sudah mengetahui bagaimana potensi DC tetap muncul pada graf voltan v / s seperti yang ditunjukkan di bawah:

Pada gambar di atas kita dapat melihat garis lurus pada tahap 9V, ini dicapai kerana tahap 9V tidak berubah sehubungan dengan masa dan oleh itu kita dapat menyaksikan garis lurus.

Jika 9V ini dihidupkan dan dimatikan setiap 1 saat, maka grafik di atas akan kelihatan seperti ini:

Kita dapat melihat dengan jelas bahawa sekarang garis 9V tidak lagi menjadi penunjuk garis lurus dalam bentuk blok setelah setiap 1 saat, kerana 9V dihidupkan dan dimatikan setelah setiap detik secara bergantian.

Jejak di atas kelihatan seperti blok segi empat kerana ketika 9V dihidupkan AKTIF dan MATI operasi akan segera dilakukan yang tiba-tiba menjadikan 9V ke tahap sifar dan kemudian tiba-tiba ke tahap 9V sehingga membentuk bentuk segi empat tepat pada grafik.

Keadaan di atas menimbulkan voltan berdenyut yang mempunyai dua parameter yang harus diukur iaitu: voltan puncak dan voltan purata atau voltan RMS.

Voltan Puncak dan Purata

Pada gambar pertama voltan puncak jelas 9V, dan voltan rata-rata juga 9V hanya kerana voltan tetap tanpa putus.

Walau bagaimanapun pada gambar kedua, walaupun voltan dihidupkan ON / OFF pada kadar 1 Hz (1 saat ON, 1 saat OFF) puncaknya tetap sama dengan 9V, kerana puncaknya selalu mencapai tanda 9V selama tempoh ON. Tetapi voltan purata di sini bukan 9V sebaliknya 4.5V kerana pembuatan dan pemecahan voltan dilakukan pada kadar 50%.

Dalam perbincangan PWM, kadar ON / OFF ini disebut kitaran tugas PWM, oleh itu dalam kes di atas, ini adalah kitaran tugas 50%.

Apabila anda mengukur PWM dengan multimeter digital pada julat DC, anda akan selalu mendapat bacaan nilai purata pada meter.

Penggemar baru sering keliru dengan bacaan ini dan menganggapnya sebagai nilai puncak, yang sama sekali salah.

Seperti yang dijelaskan di atas, nilai puncak PWM kebanyakannya sama dengan voltan bekalan yang dimasukkan ke litar, sementara voltan rata-rata pada meter akan menjadi purata tempoh ON / OFF PWM.

Menukar Mosfet dengan PWM

Oleh itu, jika anda menukar mosfet dengan PWM dan mendapati voltan pintu masuk, misalnya 3V, jangan panik kerana ini hanya voltan purata yang ditunjukkan oleh meter, voltan puncak boleh setinggi bekalan litar anda voltan.

Oleh itu, mosfet diharapkan dapat melakukan dengan baik dan sepenuhnya melalui nilai-nilai puncak ini dan voltan rata-rata hanya akan mempengaruhi masa konduksinya, bukan spesifikasi beralih pada peranti.

Seperti yang telah kita bincangkan di bahagian sebelumnya, PWM pada dasarnya melibatkan perbezaan lebar nadi, dengan kata lain tempoh ON dan OFF DC.

Katakan misalnya anda mahukan output PWM dengan waktu ON yang 50% kurang daripada masa ON.

Mari kita anggap bahawa masa ON yang anda pilih adalah 1/2 saat maka waktu OFF sama dengan 1 saat, yang akan menyebabkan kitaran tugas 1/2 saat ON dan 1 saat MATI, seperti yang dapat dilihat pada rajah berikut .

Menganalisis Kitaran Tugas PWM

Dalam contoh ini PWM dioptimumkan untuk menghasilkan voltan puncak 9V tetapi voltan purata 3.15V kerana masa ON hanya 35% dari satu kitaran ON / OFF yang lengkap.

Satu kitaran lengkap merujuk kepada jangka masa yang membolehkan nadi yang diberikan menyelesaikan satu masa ON penuh dan satu masa OFF.

Begitu juga seseorang yang bermaksud untuk mengoptimumkan lebar denyut frekuensi dengan data berikut:

Di sini masa ON dapat dilihat meningkat daripada waktu OFF sebanyak 65% dalam satu kitaran penuh, oleh itu di sini nilai purata voltan menjadi 5.85V.

Voltan purata yang dibincangkan di atas juga dipanggil RMS atau nilai punca kuasa dua punca voltan.

Oleh kerana ini semua denyutan segi empat tepat atau persegi, RMS dapat dikira hanya dengan mengalikan peratusan kitaran tugas dengan voltan puncak.

Mengoptimumkan PWM untuk Menyimulasikan Sinewave

Tetapi dalam kes di mana PWM dioptimumkan untuk mensimulasikan denyutan AC, pengiraan untuk RMS menjadi sedikit rumit.

Mari kita ambil contoh PWM berikut yang dioptimumkan untuk mengubah lebarnya sesuai dengan amplitud yang berbeza-beza atau tahap isyarat AC Sinusoidal.

Anda boleh mengetahui lebih lanjut mengenai ini melalui salah satu artikel saya sebelumnya di mana saya telah menerangkan bagaimana IC 555 dapat digunakan menghasilkan output PWM setara gelombang sinus .

Seperti yang dapat kita lihat pada gambar di atas, lebar denyutan berubah sehubungan dengan tahap gelombang sinus seketika. Oleh kerana gelombang sinus cenderung mencapai puncak, lebar nadi yang sepadan menjadi lebih luas dan sebaliknya.

Menggunakan SPWM

Ini menunjukkan bahawa kerana tahap voltan gelombang sinus sentiasa berubah dengan masa, PWM juga berubah dengan masa dengan terus mengubah lebarnya. PWM tersebut juga disebut sebagai SPWM atau Sinewave Pulse Width Modulation.

Oleh itu, dalam kes di atas, denyutan nadi tidak tetap dan berubah lebarnya berbeza dengan masa.

Ini menjadikan pengiraan RMS atau nilai purata sedikit rumit dan kita tidak boleh menggandakan kitar tugas dengan voltan puncak di sini untuk mencapai RMS.

Walaupun formula sebenarnya untuk memperoleh ungkapan RMS agak rumit, setelah pembuktian yang tepat, pelaksanaan akhir sebenarnya cukup mudah.

Mengira voltan RMS bagi PWM

Oleh itu untuk mengira RMS voltan PWM yang berbeza-beza sebagai tindak balas terhadap gelombang sinus boleh diperoleh dengan mengalikan 0.7 (pemalar) dengan voltan puncak.

Jadi untuk puncak 9V kita mendapat 9 x 0.7 = 6.3V, itulah voltan RMS atau nilai purata puncak 9V ke puncak PWM yang mensimulasikan gelombang sinus.

Peranan PWM dalam Litar Elektronik?

Anda akan mendapati bahawa konsep PWM pada dasarnya berkaitan dengan
reka bentuk litar yang mempunyai induktor terutamanya topologi penambah wang seperti penyongsang, SMPS , MPPT, litar pemacu LED dll.

Tanpa induktor, fitur PWM mungkin tidak mempunyai nilai atau peranan nyata dalam litar tertentu, ini kerana hanya induktor yang mempunyai ciri semula jadi untuk mengubah lebar nadi yang berbeza-beza menjadi jumlah setara yang dinaikkan (ditingkatkan) atau diturunkan (dibengkokkan) voltan atau arus, yang menjadi satu-satunya idea teknologi PWM.

Menggunakan PWM dengan Induktor

Untuk memahami bagaimana PWM mempengaruhi output induktor dari segi voltan dan arus, pertama sekali penting untuk mengetahui bagaimana induktor berperilaku dalam pengaruh voltan berdenyut.

Dalam salah satu catatan sebelumnya saya menerangkan mengenai bagaimana litar peningkatan wang berfungsi , ini adalah contoh klasik untuk menunjukkan bagaimana PWM atau lebar nadi yang berbeza dapat digunakan untuk memancarkan output induktor.

Telah diketahui bahawa secara semula jadi induktor selalu menentang penggunaan voltan secara tiba-tiba di atasnya dan membiarkannya berlalu hanya setelah beberapa waktu bergantung pada spesifikasi penggulungannya, dan selama proses ini, ia menyimpan sejumlah tenaga yang setara ia.

Sekarang jika dalam proses di atas voltan tiba-tiba dimatikan, induktor sekali lagi tidak dapat mengatasi kehilangan voltan yang berlaku secara tiba-tiba ini dan cuba mengimbangkannya dengan melepaskan arus yang tersimpan di dalamnya.

Tindak balas Induktor kepada PWM

Oleh itu, induktor akan cuba menentang pengalihan voltan ON dengan menyimpan arus dan cuba menyamakan tindak balas terhadap pemadaman voltan MATI secara tiba-tiba dengan 'menendang' tenaga yang disimpan kembali ke sistem.

Tendangan belakang ini disebut EMF belakang induktor dan kandungan tenaga ini (voltan, arus) akan bergantung pada spesifikasi belitan induktor.

Pada asasnya bilangan putaran menentukan sama ada EMF harus lebih tinggi dalam voltan daripada voltan bekalan atau lebih rendah daripada voltan bekalan, dan ketebalan wayar menentukan jumlah arus yang mungkin dapat diberikan oleh induktor.

Terdapat aspek lain dari induktor di atas, iaitu masa jangka masa ON / OFF voltan.

Di situlah penggunaan PWM menjadi penting.

Walaupun jumlah putaran pada dasarnya menentukan nilai output untuk tertentu, ini juga dapat berubah sesuai keinginan dengan memberi makan PWM yang dioptimumkan sebagai induktor.

Melalui pemboleh ubah PWM kita dapat memaksa induktor untuk menghasilkan / menukar voltan dan arus pada kadar yang diingini, sama ada sebagai voltan naik (arus berkurang), atau arus naik (voltan berkurang) atau sebaliknya.

Dalam beberapa aplikasi PWM dapat digunakan bahkan tanpa induktor, seperti untuk meredupkan lampu LED, atau dalam rangkaian pemasa MCU, di mana output dapat dioptimumkan untuk menghasilkan voltan pada suis ON yang berbeza, matikan periode OFF untuk mengendalikan beban seperti spesifikasi kerja yang dimaksudkan.




Sebelumnya: Litar Penggera Sensor Suara Ultrasonik Mudah menggunakan Opamp Seterusnya: Litar Pengadun Warna LED RGB ringkas menggunakan IC LM317