Ano ang PWM, Paano Ito Sukatin

Ang PWM ay nangangahulugang modulate ng lapad ng pulso na nangangahulugang variable na likas na katangian ng mga lapad ng pulso na maaaring malikha mula sa isang partikular na mapagkukunan tulad ng isang discrete IC, MCU, o isang transistorized circuit.

Ano ang PWM

Sa mga simpleng terminong ang isang proseso ng PWM ay walang iba kundi ang paglipat ng ON at OFF ng isang boltahe ng suplay sa isang partikular na rate na may iba't ibang mga ratio ng ON / OFF na oras, narito ang haba ng switch ON ng boltahe ay maaaring mas malaki, mas maliit, o katumbas ng haba ng switch OFF.

Halimbawa ang isang PWM ay maaaring binubuo ng isang boltahe na naayos upang lumipat ON at OFF sa rate ng 2 segundo ON 1 segundo OFF, 1 segundo ON 2 segundo OFF o 1 segundo ON, 1 segundo OFF.

Kapag ang ON / OFF na rate ng isang boltahe ng suplay ay naiiba na na-optimize sinabi namin na ang boltahe ay isang PWM o Pulse Width na binago.

Dapat ay pamilyar na kayong lahat tungkol sa kung paano lumilitaw ang isang pare-pareho na potensyal sa DC sa isang boltahe ng time v / s tulad ng ipinakita sa ibaba:

Sa imahe sa itaas maaari nating makita ang isang tuwid na linya sa antas ng 9V, nakamit ito dahil ang antas ng 9V sa hindi pagbabago na walang paggalang sa oras at sa gayon ay nasasaksihan natin ang isang tuwid na linya.

Ngayon kung ang 9V na ito ay naka-ON at NAKA-OFF pagkatapos ng bawat 1 segundo, kung gayon ang graph sa itaas ay titingnan ito:

Malinaw na nakikita natin na ngayon ang linya ng 9V ay hindi na isang tuwid na linya rater sa anyo ng mga bloke pagkatapos ng bawat 1 segundo, dahil ang 9V ay nakabukas ON at OFF pagkatapos ng bawat segundo halili.

Ang mga bakas sa itaas ay mukhang mga bloke ng rektanggulo dahil kapag ang 9V ay nakabukas ON at OFF ang mga operasyon ay instant na biglang gumagawa ng 9V na pumunta sa antas ng zero at pagkatapos ay biglang sa antas ng 9V sa gayon bumubuo ng mga hugis-parihaba na mga hugis sa grap.

Ang kundisyon sa itaas ay nagbubunga ng isang pulsating boltahe na mayroong dalawang mga parameter na sinusukat katulad: ang rurok na boltahe at ang average na boltahe o ang boltahe ng RMS.

Pataas at Karaniwang Boltahe

Sa unang imahe ang rurok na boltahe ay malinaw na 9V, at ang average na boltahe ay 9V din dahil ang boltahe ay pare-pareho nang walang anumang mga break.

Gayunpaman sa pangalawang imahe, kahit na ang boltahe ay nakabukas ON / OFF sa 1 Hz rate (1 segundo ON, 1 segundo OFF) ang rurok ay magiging katumbas pa rin ng 9V, dahil ang rurok ay palaging umaabot sa markang 9V sa mga panahon ng ON. Ngunit ang average na boltahe dito ay hindi 9V sa halip na 4.5V dahil ang make and break ng boltahe ay ginagawa sa isang 50% rate.

Sa mga talakayan sa PWM ang rate na ON / OFF na ito ay tinatawag na duty cycle ng PWM, samakatuwid sa kaso sa itaas ito ay 50% na cycle ng tungkulin.

Kapag sinukat mo ang isang PWM na may isang digital multimeter sa isang saklaw ng DC palagi mong makuha ang average na halaga ng pagbabasa sa metro.

Ang mga bagong libangan ay madalas na nalilito sa pagbabasa na ito at itinuturing itong pinakamataas na halaga, na kung saan ay ganap na mali.

Tulad ng ipinaliwanag sa itaas ng rurok na halaga ng isang PWM ay halos katumbas ng boltahe ng suplay na pinakain sa circuit, habang ang average volatge sa metro ay magiging average ng ON / OFF na mga panahon ng PWMs.

Paglipat ng Mosfet gamit ang PWM

Kaya't kung lumilipat ka ng isang mosfet na may PWM at hanapin ang boltahe ng gate, sabihin halimbawa ng 3V, huwag mag-panic dahil maaaring ito lamang ang average na boltahe na ipinahiwatig ng metro, ang rurok na boltahe ay maaaring kasing taas ng supply ng iyong circuit Boltahe.

Samakatuwid ang mosfet ay maaaring asahan na magsagawa ng pagmultahin at ganap sa pamamagitan ng mga rurok na halaga na ito at ang average na boltahe ay maaapektuhan lamang ang panahon ng pagpapadaloy nito, hindi ang switch spec ng aparato.

Tulad ng tinalakay sa mga nakaraang seksyon, isang PWM sa panimula ay nagsasangkot ng pagkakaiba-iba ng mga lapad ng pulso, sa madaling salita ang ON at ang OFF na mga panahon ng DC.

Sabihin nating halimbawa na nais mo ang isang output ng PWM na may isang oras na ON na 50% na mas mababa kaysa sa oras na ON.

Ipagpalagay natin na ang napili mong ON oras ay 1/2 segundo pagkatapos ang oras ng OFF ay katumbas ng 1 segundo, na magbibigay ng isang cycle ng tungkulin na 1/2 segundo ON at 1 segundo OFF, tulad ng makikita sa sumusunod na diagram .

Sinusuri ang Duty Cycle ng PWM

Sa halimbawang ito ang mga PWM ay na-optimize upang makabuo ng isang rurok na boltahe ng 9V ngunit isang average na boltahe ng 3.15V dahil ang ON time ay 35% lamang ng isang buong kumpletong ON / OFF cycle.

Ang isang kumpletong ikot ay tumutukoy sa tagal ng panahon na nagbibigay-daan sa naibigay na pulso upang makumpleto ang isang buong ON na oras at isang OFF na oras.

Katulad nito ay maaaring balak na i-optimize ang lapad ng pulso ng isang dalas sa sumusunod na data:

Dito makikita ang oras na ON na nadagdagan kaysa sa oras na OFF ng 65% sa buong buong cycle, samakatuwid dito ang average na halaga ng boltahe ay nagiging 5.85V.

Ang tinalakay sa itaas na average na boltahe ay tinatawag ding RMS o ang root mean square na halaga ng boltahe.

Dahil ang mga ito ay lahat ng mga parihaba o parisukat na pulso, ang RMS ay maaaring makalkula sa pamamagitan lamang ng pagpaparami ng porsyento ng cycle ng tungkulin na may boltahe ng rurok.

Pag-optimize sa PWM upang Gayahin ang Sinewave

Gayunpaman sa mga kaso kung saan ang PWM ay na-optimize upang gayahin ang isang AC pulso, ang pagkalkula para sa RMS ay nagiging isang maliit na kumplikado.

Kunin natin ang halimbawa ng sumusunod na PWM na na-optimize upang mag-iba ang lapad nito na naaayon sa iba't ibang amplitude o antas ng isang signal ng Sinusoidal AC.

Maaari mong malaman ang higit pa tungkol dito sa pamamagitan ng isa sa aking nakaraang mga artikulo kung saan ipinaliwanag ko kung paano magagamit ang IC 555 pagbuo ng sine wave na katumbas na PWM output .

Tulad ng nakikita natin sa imahe sa itaas ang lapad ng mga pulso ay nagbabago tungkol sa madalian na antas ng sine wave. Habang ang sine wave ay may kaugaliang maabot ang rurok, ang kaukulang lapad ng pulso ay nagiging mas malawak at kabaliktaran.

Paggamit ng SPWM

Ipinapahiwatig nito na dahil ang antas ng boltahe ng alon ng sine ay patuloy na nagbabago sa oras na ang PWM ay nagbabago rin sa oras sa pamamagitan ng patuloy na pag-iiba-iba ng mga lapad nito. Ang nasabing PWM ay tinukoy din bilang SPWM o Sinewave Pulse Width Modulation.

Kaya sa nabanggit na kaso ang mga pulso ay hindi kailanman pare-pareho sa halip ay binabago ang kanilang mga lapad nang magkakaiba sa oras.

Ginagawa nitong RMS o ng average na pagkalkula ng halaga ng isang maliit na kumplikado at hindi namin madaling maparami ang cycle ng tungkulin na may rurok na boltahe dito para makamit ang RMS.

Bagaman ang aktwal na pormula para sa pagkuha ng ekspresyon ng RMS ay medyo kumplikado, pagkatapos ng naaangkop na derivations ang pangwakas na pagpapatupad ay talagang nagiging madali.

Kinakalkula ang boltahe ng RMS ng isang PWM

Kaya para sa pagkalkula ng RMS ng iba't ibang boltahe ng PWM bilang tugon sa isang sine wave ay maaaring makuha sa pamamagitan ng pag-multiply ng 0.7 (pare-pareho) na may boltahe ng rurok.

Kaya para sa isang 9V rurok nakakakuha kami ng 9 x 0.7 = 6.3V, iyon ang boltahe ng RMS o ang average na halaga ng isang 9V na rurok sa rurok na PWM na tumutulad sa isang alon ng sine.

Tungkulin ng PWM sa Electronic Circuits?

Malalaman mo na ang konsepto ng PWM ay mahalagang naiugnay
mga disenyo ng circuit na mayroong kasangkot na inductors lalo na ang mga buck boost topologies tulad ng inverters, SMPS , MPPT, LED driver circuit atbp.

Nang walang isang inductor ang isang tampok na PWM ay maaaring walang tunay na halaga o papel sa isang naibigay na circuit, ito ay dahil sa isang inductor lamang ang may likas na tampok ng pagbabago ng isang iba't ibang lapad ng pulso sa isang katumbas na halaga ng na-step up (boosted) o stepped down (bucked) boltahe o kasalukuyang, na kung saan ay nagiging ang buong at nag-iisang ideya ng isang teknolohiya ng PWM.

Paggamit ng PWM na may Inductors

Upang maunawaan kung paano nakakaapekto ang PWM sa isang output ng inductor sa mga tuntunin ng boltahe at kasalukuyang, ito ay magiging unang mahalagang alamin kung paano kumilos ang isang inductor sa impluwensya ng isang pulsating boltahe.

Sa isa sa aking nakaraang mga post na ipinaliwanag ko tungkol sa kung paano gumagana ang isang buck boost circuit , ito ay isang klasikong halimbawa upang maipakita kung paano maaaring magamit ang mga PWM o isang iba't ibang lapad ng pulso upang sukatin ang isang output ng inductor.

Alam na sa pamamagitan ng 'kalikasan' ang isang inductor ay laging sumasalungat sa isang biglaang aplikasyon ng boltahe sa kabuuan nito at pinapayagan itong pumasa lamang pagkatapos ng isang tiyak na tagal ng oras depende sa paikot-ikot na mga detalye nito, at sa panahon ng prosesong ito nag-iimbak ito ng isang katumbas na halaga ng enerhiya sa ito

Ngayon kung sa kurso ng proseso sa itaas ang boltahe ay biglang naka-OFF, ang inductor muli ay hindi makayanan ang biglaang pagkawala ng inilapat na boltahe at subukang balansehin ito sa pamamagitan ng paglabas ng nakaimbak na kasalukuyang loob nito.

Reaksyon ng Inductor sa PWM

Sa gayon ang isang inductor ay susubukan na kalabanin ang isang switching ON ng boltahe sa pamamagitan ng pag-iimbak ng kasalukuyang at subukang gawing pantay bilang tugon sa isang biglaang switch OFF ng boltahe sa pamamagitan ng 'pagsipa' sa nakaimbak na enerhiya pabalik sa system.

Ang kick back na ito ay tinatawag na EMF sa likod ng isang inductor at ang nilalaman ng enerhiya na ito (boltahe, kasalukuyang) ay depende sa inductor na paikot-ikot na mga detalye.

Karaniwan ang bilang ng mga liko ay nagpasiya kung ang EMF ay dapat na mas mataas sa boltahe kaysa sa boltahe ng suplay o mas mababa kaysa sa supply boltahe, at ang kapal ng kawad ay nagpasiya sa kasalukuyang halaga na maaaring maibigay ng inductor.

Mayroong isa pang aspeto sa itaas na inductor, na kung saan ay ang tiyempo ng boltahe na ON / OFF na mga panahon.

Doon naging mahalaga ang paggamit ng isang PWM.

Bagaman ang bilang ng mga liko sa panimula ay natutukoy ang mga halaga ng output para sa isang partikular, maaari din itong iba-iba ayon sa ninanais sa pamamagitan ng pagpapakain ng na-optimize na PWM na intro isang inductor.

Sa pamamagitan ng isang variable na PWM maaari nating pilitin ang isang inductor upang makabuo / mag-convert ng mga voltages at alon sa anumang ninanais na rate, alinman bilang isang stepped up boltahe (nabawasan kasalukuyang), o paitaas kasalukuyang (nabawasan boltahe) o kabaligtaran.

Sa ilang mga aplikasyon ang isang PWM ay maaaring magamit kahit na walang isang inductor, tulad ng pagpapalabo ng isang ilaw na LED, o sa mga circuit ng MCU timer, kung saan ang output ay maaaring ma-optimize upang makabuo ng mga voltages sa iba't ibang switch ON, i-OFF ang mga panahon para sa pagkontrol ng isang pagkarga ayon sa inilaan nitong mga pagtutukoy sa pagtatrabaho.