Mi a pwm: impulzusszélesség moduláció

Inverterek, átalakítók, SMPS áramkörök és fordulatszám-szabályozók…. Ezekben az áramkörökben egy dolog közös, hogy sok elektronikus kapcsolóból áll. Ezek a kapcsolók nem más, mint elektromos elektronikus eszközök, például MOSFET, IGBT, TRIAC stb. Az ilyen elektromos elektronikus kapcsolók vezérléséhez általában úgynevezett PWM jeleket (Pulse Width Modulation) használunk. Ezen kívül a PWM jeleket a szervomotorok vezetésére és más egyszerű feladatokra is használják, például a LED fényerejének szabályozására.

Korábbi cikkünkben megismertük az ADC-t, míg az ADC-t analóg jelek olvasására használják egy olyan digitális eszközzel, mint a mikrovezérlő. A PWM annak teljesen ellentétesnek tekinthető, a PWM-et analóg jelek előállítására használják egy olyan digitális eszközből, mint a mikrovezérlő. Ebben a cikkben megtudhatjuk, mi a PWM, a PWM jelek és a hozzájuk kapcsolódó néhány paraméter, így biztosak leszünk abban, hogy ezeket felhasználjuk a terveink során.

Mi az a PWM (impulzusszélesség-moduláció)?

A PWM jelentése pulzusszélesség-moduláció; később belemerülünk egy ilyen név okába. De egyelőre a PWM-et úgy értjük, mint egyfajta jelet, amelyet digitális IC-ből, például mikrokontrollerből vagy 555 időzítőből lehet előállítani. Az így előállított jel impulzussorozattal rendelkezik, és ezek az impulzusok négyzet alakú hullám formájában lesznek. Vagyis bármely adott időpontban a hullám vagy magas, vagy alacsony lesz. Az érthetőség megkönnyítése érdekében vegyünk fontolóra egy 5V PWM jelet, ebben az esetben a PWM jel vagy 5V (magas), vagy pedig 0V talajszinten lesz. Azt az időtartamot, amely alatt a jelek magasan maradnak, „ bekapcsolási időnek ” nevezzük, és azt az időtartamot, amikor a jel alacsony marad, „ kikapcsolási időnek ” nevezzük.

A PWM jelhez két fontos paramétert kell megvizsgálnunk, az egyik a PWM munkaciklus, a másik pedig a PWM frekvencia.

A PWM munkaciklusa

Mint korábban elmondtuk, a PWM jel egy adott ideig be van kapcsolva, majd az időszak hátralévő részében kikapcsol. Különlegessé és hasznosabbá teszi ezt a PWM jelet, hogy a PWM jel munkaciklusának vezérlésével beállíthatjuk, hogy meddig maradjon bekapcsolva.

Az az idő százalékos aránya, amelyben a PWM jel HIGH marad (időben), ciklusnak számít. Ha a jel mindig BE van kapcsolva, akkor 100% -os működési ciklusban van, és ha mindig ki van kapcsolva, akkor 0% -os működési ciklus. A munkaciklus kiszámítására szolgáló képletek az alábbiakban láthatók.

Üzemeltetési ciklus = bekapcsolási idő / (bekapcsolási idő + kikapcsolási idő)

A következő kép PWM jelet mutat, 50% -os munkaciklussal. Mint látható, egy teljes időtartamot figyelembe véve (idő + kikapcsolási idő) a PWM jel csak az időtartam 50% -áig marad bekapcsolva.

Frekvencia = 1 / Időszak Időszak = Be idő + Kikapcsolási idő

Normális esetben a mikrovezérlő által generált PWM jelek 500 Hz körül lesznek, ilyen nagy frekvenciákat fognak használni a nagy sebességű kapcsolóeszközök, például inverterek vagy átalakítók. De nem minden alkalmazás igényel nagy frekvenciát. Például egy szervomotor vezérléséhez 50 Hz-es frekvenciájú PWM jeleket kell előállítanunk, így a PWM jel frekvenciája programmal is vezérelhető az összes mikrovezérlő számára.

Néhány gyakran felmerülő kérdés a PWM-mel kapcsolatban

Mi a különbség a PWM jel munkaciklusa és frekvenciája között?

A PWM jelek működési ciklusát és frekvenciáját gyakran összekeverik. Mint tudjuk, a PWM jel négyzetes hullám, adott idő és kikapcsolási idővel. Ennek az idő és a kikapcsolási idő összegét egy időtartamnak nevezzük. Egy időtartam inverzét frekvenciának nevezzük. Míg azt az időtartamot, amely alatt a PWM jelnek egy idő alatt be kell maradnia, a PWM Üzemeltetési ciklusa határozza meg.

Leegyszerűsítve, hogy a PWM jelnek milyen gyorsan kell be- és kikapcsolnia, azt a PWM jel frekvenciája határozza meg, és ebben a sebességben a PWM jel működési ciklusa határozza meg.

Hogyan lehet átalakítani a PWM jeleket analóg feszültséggé?

Egyszerű alkalmazásokhoz, például egy egyenáramú motor fordulatszámának szabályozásához vagy egy LED fényerejének beállításához a PWM jeleket analóg feszültséggé kell átalakítanunk. Ez egyszerűen elvégezhető RC szűrő használatával, és általában ott használják, ahol DAC funkcióra van szükség. Az áramkör az alábbiakban látható

A fenti grafikonon a sárga a PWM jel, a kék pedig a kimeneti analóg feszültség. Az R1 ellenállás és a C1 kondenzátor értéke kiszámolható a PWM jel frekvenciája alapján, de általában 5,7K vagy 10K ellenállást és 0,1u vagy 1u kondenzátort használunk.

Hogyan lehet kiszámítani a PWM jel kimeneti feszültségét?

Az analóg átalakítás után a PWM jel kimeneti feszültsége a munkaciklus százalékos aránya lesz. Például, ha az üzemi feszültség 5V, akkor a PWM jelnek is magas lesz az 5V. Ebben az esetben 100% -os munkaciklus esetén a kimeneti feszültség 5 V, 50% -os ciklus esetén 2,5 V.

Kimeneti feszültség = Üzemi ciklus (%) * 5

Példák:

Korábban számos projektünkben használtuk a PWM-et különböző mikrovezérlőkkel:

• Pulzusszélesség moduláció ATmega32-vel
• PWM Arduino Unóval
• PWM előállítása PIC mikrokontroller használatával
• Raspberry Pi PWM bemutató
• Szervomotor vezérlés Raspberry Pi-vel
• Pulzusszélesség-moduláció (PWM) az MSP430G2 segítségével
• Impulzusszélesség-moduláció (PWM) az STM32F103C8-ban
• Szervomotor vezérlés Raspberry Pi-vel
• DC motorvezérlés Raspberry Pi-vel
• 1 wattos LED dimmer
• Arduino alapú LED dimmer PWM használatával

Itt ellenőrizheti az összes PWM-mel kapcsolatos projektet.