Kas yra pwm: impulso pločio moduliacija

Inverteriai, keitikliai, SMPS grandinės ir greičio valdikliai…. Vienas dalykas, būdingas visoms šioms grandinėms, yra tai, kad jį sudaro daugybė elektroninių jungiklių. Šie jungikliai yra ne kas kita, kaip galios elektroniniai prietaisai, tokie kaip MOSFET, IGBT, TRIAC ir kt. Norėdami valdyti tokius maitinimo elektroninius jungiklius, mes dažniausiai naudojame vadinamuosius PWM signalus (pulso pločio moduliacija). Be to, PWM signalai taip pat naudojami „Servo“ varikliams vairuoti ir kitoms paprastoms užduotims, tokioms kaip šviesos diodo ryškumas.

Ankstesniame mūsų straipsnyje mes sužinojome apie ADC, o ADC naudojamas skaityti analoginius signalus skaitmeniniu prietaisu, pvz., Mikrovaldikliu. PWM gali būti laikomas visiškai priešingu, PWM naudojamas analoginiams signalams gaminti iš skaitmeninio įrenginio, pavyzdžiui, mikrovaldiklio. Šiame straipsnyje mes sužinosime apie tai, kas yra PWM, PWM signalai ir kai kurie su juo susiję parametrai, kad būtume tikri, kad juos panaudosime savo projektuose.

Kas yra PWM (impulso pločio moduliacija)?

PWM reiškia pulso pločio moduliaciją; tokio pavadinimo priežastį suvoksime vėliau. Tačiau dabar supraskite PWM kaip signalo tipą, kurį galima sukurti iš skaitmeninio IC, pavyzdžiui, mikrovaldiklio ar 555 laikmačio. Tokiu būdu gautas signalas turės impulsų seką ir šie impulsai bus kvadratinės bangos formos. Tai yra, bet kuriuo metu banga bus arba aukšta, arba bus maža. Kad būtų lengviau suprasti, apsvarstykime 5V PWM signalą, šiuo atveju PWM signalas bus arba 5V (aukštas), arba žemės lygyje 0V (žemas). Trukmė, kai signalai išlieka aukšti, vadinama „ įjungimo laiku “, o trukmė, kai signalas lieka žemas, vadinama „ išjungimo laiku “.

Norėdami gauti PWM signalą, turime atkreipti dėmesį į du svarbius su juo susijusius parametrus: vienas yra PWM darbo ciklas, o kitas - PWM dažnis.

PWM darbo ciklas

Kaip sakyta anksčiau, PWM signalas išlieka įjungtas tam tikrą laiką, o po to išlieka visą likusį laikotarpį. Šį PWM signalą daro ypatingą ir naudingesnį tai, kad mes galime nustatyti, kiek laiko jis turėtų likti, kontroliuodami PWM signalo veikimo ciklą.

Laiko procentas, per kurį PWM signalas lieka AUKŠTAS (laiku), vadinamas darbo ciklu. Jei signalas visada įjungtas, jis yra 100% darbo ciklo, o jei jis visada išjungtas, jis yra 0%. Toliau pateikiamos darbo ciklo apskaičiavimo formulės.

Darbo ciklas = Įjungti laiką / (Įjungti laiką + Išjungti laiką)

Šis paveikslėlis rodo PWM signalą su 50% darbo ciklu. Kaip matote, atsižvelgiant į visą laikotarpį (laikas + išjungimo laikas), PWM signalas išlieka įjungtas tik 50% laiko.

Dažnis = 1 / laikotarpis Laikotarpis = įjungimo laikas + išjungimo laikas

Paprastai mikrovaldiklio generuojami PWM signalai bus apie 500 Hz, tokie aukšti dažniai bus naudojami didelės spartos perjungimo įtaisuose, tokiuose kaip keitikliai ar keitikliai. Tačiau ne visoms programoms reikalingas aukštas dažnis. Pavyzdžiui, norėdami valdyti servovariklį, turime gaminti PWM signalus 50Hz dažniu, todėl PWM signalo dažnį taip pat galima valdyti programa visiems mikrovaldikliams.

Kai kurie dažniausiai kylantys klausimai apie PWM

Kuo skiriasi PWM signalo veikimo ciklas ir dažnis?

Dažnai painiojami PWM signalų darbo ciklas ir dažnis. Kaip žinome, PWM signalas yra kvadratinė banga su tam tikru laiko ir išjungimo laiku. Šio laiko ir išjungimo laiko suma vadinama vienu laiko periodu. Vieno laikotarpio atvirkštinė vadinama dažniu. Kiek laiko PWM signalas turėtų likti įjungtas per vieną laikotarpį, nustato PWM darbo ciklas.

Paprasčiau tariant, kaip greitai PWM signalas turėtų įsijungti ir išsijungti, sprendžia PWM signalo dažnis, o tokiu greičiu, kiek laiko PWM signalas turėtų likti įjungtas, sprendžia PWM signalo darbo ciklas.

Kaip konvertuoti PWM signalus į analoginę įtampą?

Paprastoms programoms, tokioms kaip nuolatinės srovės variklio greičio valdymas arba šviesos diodo ryškumo reguliavimas, PWM signalus turime konvertuoti į analoginę įtampą. Tai galima lengvai padaryti naudojant RC filtrą ir paprastai naudojamas ten, kur reikalinga DAC funkcija. To paties grandinė parodyta žemiau

Aukščiau pateiktame grafike geltonos spalvos yra PWM signalas, o mėlynos spalvos - išėjimo analoginė įtampa. Rezistoriaus R1 ir kondensatoriaus C1 vertę galima apskaičiuoti pagal PWM signalo dažnį, tačiau paprastai naudojamas 5,7K arba 10K rezistorius ir 0,1u arba 1u kondensatorius.

Kaip apskaičiuoti PWM signalo išėjimo įtampą?

PWM signalo išėjimo įtampa, pavertus jį analoginiu, bus darbo ciklo procentinė dalis. Pavyzdžiui, jei darbinė įtampa yra 5 V, tada PWM signalas taip pat turės 5 V, kai jis aukštas. Tokiu atveju 100% darbo ciklui išėjimo įtampa bus 5 V, o 50% - 2,5 V.

Išėjimo įtampa = veikimo ciklas (%) * 5

Pavyzdžiai:

Anksčiau daugelyje savo projektų naudojome PWM su įvairiais mikrovaldikliais:

• Impulso pločio moduliacija naudojant „ATmega32“
• PWM su „Arduino Uno“
• PWM generavimas naudojant PIC mikrovaldiklį
• „Raspberry Pi PWM“ pamoka
• Servo variklio valdymas su „Raspberry Pi“
• Impulso pločio moduliacija (PWM) naudojant MSP430G2
• Impulso pločio moduliacija (PWM) sistemoje STM32F103C8
• Servo variklio valdymas su „Raspberry Pi“
• Nuolatinės srovės variklio valdymas su „Raspberry Pi“
• 1 vatų LED reguliatorius
• „Arduino“ pagrindu veikiantis LED reguliatorius naudojant PWM

Toliau patikrinkite visus su PWM susijusius projektus čia.