Minden kezdő elektronikai mérnök tudja, hogyan lehet állandó feszültséget szerezni az alátétről. Egyszerű, át kell vezetni a PWM-et egy aluláteresztő szűrőn (legegyszerűbb esetben RC áramkör) és a szűrő kimenetén állandó feszültséget kapunk, nem?

Valójában úgy tűnik számomra, hogy minden sokkal érdekesebb, amikor megpróbálunk állandó feszültséget szerezni az alátétről, a következő kérdések merülnek fel:

Hogyan válasszunk szűrőelem minősítést?

Teljesen kisimul az alátét, vagy maradnak hullámok?

És hogyan működik ez általában, mivel a kondenzátort ugyanazon az ellenálláson keresztül töltik és kisütik, és elméletileg, ha a kitöltési tényező kisebb, mint a fele, a kondenzátor feszültsége általában nulla lesz. Például a kitöltési tényezőnk 30%, akkor a kondenzátor időtartamának 30%-a töltődik, és 70%-a lemerül, ugyanazon az ellenálláson keresztül és a végén nem marad rajta semmi, legalábbis azt gondolhatnánk. így.

Vizsgáljuk meg ezt a gyakorlatban, ehhez összeállítjuk az alább látható áramkört és az oszcilloszkóp szondákat az 1-es és 2-es pontokhoz csatlakoztatjuk, Meg kell jegyezni, hogy az illesztési periódus egy nagyságrenddel nagyobb, mint ennek a láncnak az időállandója.

Az oszcillogram azt mutatja, hogy valóban ez történik, hogy a kondenzátor milyen gyorsan töltött és kisült ugyanolyan gyorsan. Hogyan lehet állandó feszültséget venni egy alátétről?

Az egyetlen ötlet, amely önmagát javasolja, az RC szűrő értékeinek megváltoztatása, növeljük az ellenállás értékét egy nagyságrenddel, ezzel növelve az RC áramkör állandóját (most egyenlő lesz az alátét periódusával) vagy a szűrő vágási frekvenciájának csökkentése.

Hú, kezdenek világosodni a dolgok, van egy állandó összetevőnk. Azaz egy hiba csúszott az érvelésünkbe, és abban rejlik, hogy a kondenzátor 0-ról 63%-ra töltődik fel R*C( T), és több mint 63%-ról 5%-ra kisül 2T, az alábbiakban ezt magyarázó grafikonok láthatók.

A grafikonok azt mutatják, hogy a kondenzátor töltési és kisütési sebessége nem állandó, és a kondenzátor töltésétől függ, ez a tulajdonság lehetővé teszi, hogy állandó feszültséget kapjunk a kapcsolóból.

Most, hogy hibát találtunk a gondolkodásunkban, elemezzük, mi történt az első kísérletben. Ismeretes, hogy a kondenzátor teljes feltöltése vagy kisütése egyenlő idő alatt megy végbe 5T, és 95%-ig töltés és 5%-ig kisütés kb 3T. Mivel az általunk aluláteresztő szűrőként használt RC áramkör időállandója kicsi volt, egy kapcsolási periódus alatt sikerült a kondenzátornak szinte teljesen feltöltődni és kisütni.

Miután megnöveltük a lánc időállandóját, más lett a töltési és kisütési sebessége. Például a kondenzátornak sikerült 63%-ra kisütnie közben x A teljes kisüléshez több időre van szükség, mint 2x. Ennek megértéséhez nézze meg a fenti grafikonokat.

Tehát a következtetés az, hogy az RC lánc időállandójának egyenlőnek vagy nagyobbnak kell lennie az alátét periódussal, akkor a kondenzátor teljes töltése-kisülése nem megy végbe egy periódus alatt. Ha az RC lánc időállandóját egy nagyságrenddel megnöveljük, az átmeneti folyamat ideje megnő, a hullámosság pedig csökken. A tranziens idő az az időtartam, amely alatt a kondenzátor feszültsége 0-ról valamilyen állandó értékre változik. Ez a következtetés az általános megértést szolgálja.

Most, hogy nagyjából megértjük, hogyan nyerhető állandó feszültség az alátétről, térjünk át a valódi problémára.
Referenciafeszültséget kell generálni az op-amp egyik bemenetén alátét és aluláteresztő szűrő segítségével, az alátét logikai egysége 3 volt, az alátét frekvenciája 10KHz, a megengedett hullámzási szint 30 millivolt. Feltételezzük, hogy az op-amp bemenetei aluláteresztő szűrőként nem fogyasztanak áramot, egy RC áramkörre implementált elsőrendű szűrőt veszünk.

A legegyszerűbb, ha veszünk egy RC láncot, amelyben T két nagyságrenddel nagyobb, mint az alátét érték, és megnézzük, milyen hullámzások lesznek, majd kiválasztjuk a szűrőértékeket, de ez nem más, mint egy tudományos piszkálás módszere, de én szeretne mindent őszintén kiszámítani.

Tehát az őszinte számításhoz számoljuk ki, hogy hányszor kell a jelet gyengíteni, 3000/30 = 100, és konvertáljuk decibelekre, kiderül -40 dB.

Ismeretes, hogy az elsőrendű szűrő meredeksége 20 dB/dekád, a jel 40 dB-es csillapítása pedig a frekvencia 40 dB-es növekedésének felel meg. két évtized. (20 dB/dekád - az amplitúdó 10-szeres csökkenése (20 dB), a frekvencia 10-szeres növekedése (dekád).

Tudva, hogy a szűrő vágási frekvenciájának két évtizeddel (100-szor) kisebbnek kell lennie az alátétfrekvenciánál, 10KHz/100 = 100 Hz.

A szűrőbesorolások egy jól ismert képlet segítségével választhatók ki.

Vegyük az ellenállást 16K-nak, a kondenzátort pedig 100nF-nak.
Nézzük meg, mi történik a gyakorlatban, állítsuk össze az alábbi áramkört, és csatlakoztassuk az első és második ponthoz.

És rajzoljuk meg a körünk LFC-jét.

Ennek a generátornak impulzusos tápegysége van, ami nagyon zajos, ez látszik a második csatornán is, de ha jobban megnézed, láthatod, hogy az oszcillogramon a hullámzás amplitúdója hozzávetőleg 40 millivolt, vagyis kissé eltér a számított, de ez normális, mivel az alátét magasabb harmonikusokat tartalmaz, amelyek hozzájárulnak, és a csillapítás nem mindig egyenlő 20 dB/dekáddal, ez látható az LFC-n. Annak ellenére
Néhány feltételezés alapján ez a számítás nagyon egyszerűnek és érthetőnek tűnt számomra, mert egyszerű logikus gondolkodás és iskolai képletek segítségével egy ilyen érdekes problémát oldottunk meg. A probléma megoldása során fontos megérteni a fizikai jelentést, hogy lényegében egy absztrakt szűrő frekvenciamenetén találunk egy pontot, amely megfelel a kívánt jelelnyomásnak, a pont második koordinátája a frekvencia, ez egyenlő legyen az alátét frekvenciája. Így megtaláljuk a szűrő frekvenciaválaszának egyik pontját, ebből a pontból megtaláljuk a vágási frekvenciát, ennek ismeretében pedig a szűrőértékeket, ennyi.

Főbb műszaki paraméterek:

• a) PWM jelfrekvencia 400 Hz
• b) A PWM jel gradációinak száma 16
• c) TTL/74ХХ kivonó számlálón alapuló PWM vezérlő
• e) A PWM vezérlőt az SN74 sorozatú TTL/74XX mikroáramkörökre kell fejleszteni. Végezze el a fő vezérlőblokkok tesztelését logikai elemeken - Logikai kapukon (Ideal) és D-flip-flopokon (Ideal), készítse el a vezérlőblokkok kapcsolási rajzait valós TTL IC-ken - 4-LE és 2-D flip-flops adott sorozat csomagjában.
• d) Készítsen egyedi mikroáramköröket a vezérlő fő blokkjaihoz - órajel generátor, frekvenciaosztó és fő blokk.

Elsődleges követelmények:

Készítse el a vezérlő blokk- és kapcsolási rajzát, tesztelje az egyes blokkokat az EWB szoftverkörnyezetben, és tájékozottan válassza ki a szükséges mikroáramköröket.

Mutassa be a PWM vezérlő kapcsolási rajzát.

Digitális PWM vezérlő

PWM (impulzusszélesség moduláció), angol. PWM - impulzusszélesség moduláció. A PWM egy digitális jel, amellyel kapcsolók segítségével széles tartományban állíthatja be és szabályozhatja az analóg jelek szintjét.

1. ábra.

Ez különösen fontos az erős, nagy hatásfokú szabályozóknál, mivel a minimális teljesítmény csak a kapcsolás pillanatában disszipálódik a kapcsolókon.

Az 1. ábra egy PWM időzítési diagramot mutat állandó munkaciklussal. Egy periódus egy egységnyi T1 szélességű és egy T0 szélességű nullimpulzust tartalmaz. Ahol

A PWM periódus -.T, ezért az F=1/T impulzusismétlési gyakoriság állandó érték. A G PWM együttható az analóg jel amplitúdójának megfelelője:

A T 1 impulzus időtartamának megváltoztatásával beállíthatja az átlagos feszültségszintet: ha a maximális PWM jel szintje Um = En, akkor a PWM jelet a feszültségszűrőre kapcsolva analóg feszültséget kaphat a szűrőn. Kimenet

Egyes esetekben nem szükséges szűrő használata - például az áram szabályozásakor a lámpa fényerejének, a motor fordulatszámának szabályozásához, mivel ezeknek van egy bizonyos időállandója, és ha a PWM periódus kisebb ennél. állandó, akkor nem lesz villogás vagy rezgés a motorban. De bizonyos esetekben nem nélkülözheti a szűrőt. Természetesen minél rövidebb a PWM periódus, annál „simább” lesz az analóg jel, de az időtartam csökkenése a munkaciklus-szabályozás diszkrétségének növekedéséhez, az F impulzusismétlési gyakoriság növekedéséhez és ennek megfelelően egy a kapcsolók teljesítményveszteségének növekedése és a hatékonyság csökkenése.

Az analóg jel átalakítóit PWM impulzusokká nevezik PWM modulátorok, mivel széles körben használják az impulzuskódos kommunikációban és az egyszerű automatizálási eszközökben. A bináris kód PWM impulzusokká konvertálói a mikroprocesszoros technológia fejlődésével különösen elterjedtek, a legtöbb modern mikrokontroller beépített eszközei. Az irodalomban úgy hívják PWM vezérlők.

Az analóg-digitális PWM modulátorok és a digitális PWM vezérlők sok közös vonást mutatnak (lásd 2. ábra). Az órajel-impulzus-generátor beállítja a periódust (T) és a PWM impulzusok ismétlési gyakoriságát (F=1/T). A rámpavezérlő lineárisan változó jelet generál. Az összehasonlító készülék rögzíti azt az időpillanatot, amikor a lineárisan változó jel eléri az Uo vezérlőjel szintjét. A kimeneten impulzusjel keletkezik az időalap kezdetétől az egyenlőség pillanatáig. A PWM modulátorokban a vezérlőjel analóg, a PWM vezérlőkben digitális. Ez határozza meg a rámpagenerátor és az összehasonlító áramkörök konkrét (analóg vagy digitális) áramkör-kialakítását.

Véleményünk szerint az Arduino platformmal való ismerkedés első lépése a digitális kimenetei. Hasznosak lesznek különféle perifériák csatlakoztatásához: LED-ek, relémodulok stb.

14 darab van belőlük az Arduino UNO táblán (D0-D13). Működhetnek bemenetként, kimenetként és PWM kimenetként.

A tűkonfiguráció bemenetként vagy kimenetként a void setupban van megadva

pinMode(3, OUTPUT); // A 3. digitális érintkező inicializálása bemenetként pinMode(3, INPUT);

1) Digitális kimenetek

Miután egy digitális tűt kimenetként konfiguráltunk, két jelentést adhatunk neki:

// Magasra állítja a 3. láb feszültségét digitalWrite(3, HIGH); // Alacsonyra állítja a 3. láb feszültségét digitalWrite(3, LOW);

Magas szinten a kimenet „áramforrásként” működik 5 voltos feszültséggel, míg alacsony szinten a kimenet az MK földeléséhez csatlakozik. Ebben a két módban a port akár 40 mA áramerősséget is képes kiadni vagy fogadni. Ez lehetővé teszi alacsony fogyasztású terhelések csatlakoztatását az Arduino kártyához. Ha az áram meghaladja a 40 mA-t, vagy egy külön port, vagy az egész kő kiéghet.

Példa a gyakorlatban

Első példaként hajtsunk végre egy bizonyos "Hello, World!" az Arduino témában - villogtatjuk a LED-et.

Az Arduino kártyán már van egy beépített LED, amely a D13 érintkezőhöz csatlakozik. Használhatod, de példaként állítsuk össze az első áramkört egy kenyérsütőtáblán.

2) Digitális kimenetek PWM támogatással

A PWM (Pulse Width Modulation) vagy PWM (Pulse Width Modulation) a vezérlő belső időzítőjéhez kötődő szoftverprogram, amely a vezérlő portján felváltva magas és alacsony szinteket egy meghatározott munkaciklus mellett váltogat. A PWM egy nagyon hasznos dolog, amely hasznos a LED-ek fényerejének beállításához vagy a motorok forgási sebességének szabályozásához ().

Nem minden digitális kimenet támogatja a PWM-et. Az Arduino UNO 6 darabot tartalmaz (D3, D5, D6, D9, D10, D11). A mennyiség más tábláknál változhat. Lásd a specifikációkat.

A programkódban a munkaciklus 0 (perc) és 255 (max) közötti számként van megadva.

// PWM jelet állít be a 3. érintkezőn 150-es munkaciklussal analógWrite(3, 150);

Példa a gyakorlatban

Világos példaként a LED fényerejét PWM modulációval szabályozzuk.

Mint már említettük, az Arduino beépített LED-del rendelkezik a D13 érintkezőhöz csatlakoztatva. Ez a tű azonban nem támogatja a PWM-et. A D3 pin PWM támogatással rendelkezik. Ehhez, mint az előző példában, egy LED-et csatlakoztatunk

A kísérlethez szükségünk lesz:

Példa leírás:

Ha magas szintre (HIGH) van állítva, a D3 érintkezőn feszültség jelenik meg, amely átfolyik a LED-en (LED1) és kigyullad. LOW állásban a feszültség megszűnik, és a LED nem világít. Az (R1) ellenállás szükséges a LED által fogyasztott áram korlátozásához.

A PWM jel munkaciklusa lényegében a magas és alacsony szintek váltakozási intervallumait állítja be, pl. világít és kikapcsolja a LED-et. Látásunk tehetetlensége miatt, amikor a LED villogási frekvenciája túllép egy bizonyos értéket, agyunk nem érzékeli a tényleges villogást, és a képet a fény fényerejének változásaként érzékeli.

A kapcsolási rajz ugyanaz marad, mint az első példában.

Egy igazi kenyértáblán minden így fog kinézni:

Összeszerelési megjegyzések:

A D3 tű a LED anódjához csatlakozik, a katód pedig egy ellenálláshoz megy. Az ellenállásnak nincs polaritása, és mindkét oldalra felszerelhető.

Minta kód:

// Adjon nevet a 3. digitális tűnek int led = 3; üres beállít () { // A 3. digitális érintkező inicializálása kimenetként pinMode(led, OUTPUT); ) érvénytelen hurok () { /* Állítsa a PWM értékét 25-re (a maximum 10%-a) Más szavakkal (1/10-szer HIGH, 9/10 LOW) Az ilyen pislogás az emberi érzékelési tartományon belül van. A szem villogást lát */ analógWrite(led, 25); késleltetés(4000); // Várjon 4 másodpercet /* Állítsa a PWM értékét 150-re (a maximum 60%-a) Más szavakkal (6/10-szer HIGH, 4/10 LOW) A képváltozások gyakorisága magas, magasabb az emberi szem által érzékeltnél, de nem maximális A szem folyamatosan égő LED-nek érzékeli, bizonyos fényerővel */ analogWrite(led, 150); késleltetés(4000); /* Állítsa a PWM értékét 255-re (a maximum 100%-a) Más szavakkal (10/10-szer HIGH, 0/10 LOW) Maximális PWM értéknél a LED folyamatosan világít */ analogWrite(led, 255); késleltetés(4000); // Az utolsó példához pedig futtassuk a PWM értékeket mintől maxig for (int i = 0; i< 255; i++) { analogWrite (led, i); delay (50); } for (int i = 255; i >0; i--) ( analógWrite (led, i); késleltetés (50); ) )

3) Digitális bemenetek

Mint már említettük, digitális tűk használhatók bemenetként. A funkció használatának legszembetűnőbb példája a gomb csatlakoztatása. Az olvasást a függvény végzi.

// Olvassa be az értéket a 4-es digitális portról digitalRead(4);

Válaszul a HIGH vagy LOW értékeket kapjuk.

Ha semmi sem csatlakozik az olvasott porthoz, akkor a digitalRead() függvény hibásan HIGH vagy LOW értékeket adhat vissza. A téves riasztások elkerülése érdekében a bemeneteket 10-20 kOhm-os ellenállással fel kell húzni. Ha a gomb testzárlatos, húzza a tápfeszültségre, amikor rövidre van zárva, húzza a testre.

A rádióáramkörök teljesítményelemeinek fűtési veszteségének jelentős csökkentésére alkalmazott egyik megközelítés a berendezések kapcsolási üzemmódjainak alkalmazása. Az ilyen rendszerekben az elektromos tápegység vagy nyitva van - ekkor gyakorlatilag nulla feszültségesés van rajta, vagy nyitva van - ekkor nulla áramot kap. A teljesítménydisszipáció az áram és a feszültség szorzatával számítható ki. Ebben az üzemmódban körülbelül 75-80% vagy annál nagyobb hatásfok érhető el.

Mi az a PWM?

Ahhoz, hogy a kimeneten a kívánt alakú jelet kapjuk, a tápkapcsolót csak egy bizonyos ideig kell kinyitni, a kimeneti feszültség számított mutatóival arányosan. Ez az impulzusszélesség-moduláció (PWM) elve. Ezután egy ilyen alakú jel, amely változó szélességű impulzusokból áll, egy induktor és egy kondenzátor alapján lép be a szűrő területére. Az átalakítás után a kimenet szinte ideális, a kívánt alakú jel lesz.

A PWM hatóköre nem korlátozódik a kapcsolóüzemű tápegységekre, stabilizátorokra és feszültségátalakítókra. Ennek az elvnek a használata egy nagy teljesítményű audioerősítő tervezésekor lehetővé teszi az eszköz energiafogyasztásának jelentős csökkentését, az áramkör miniatürizálásához vezet, és optimalizálja a hőátadó rendszert. A hátrányok közé tartozik a kimenő jel közepes minősége.

PWM jelek kialakulása

A kívánt alakú PWM jelek létrehozása meglehetősen nehéz. A mai iparág azonban csodálatos, speciális, PWM vezérlőként ismert chipekkel gyönyörködhet. Olcsóak és teljesen megoldják az impulzusszélességű jel generálásának problémáját. A tipikus kialakításuk megismerése segít eligazodni az ilyen vezérlők felépítésében és használatában.

A szabványos PWM vezérlő áramkör a következő kimeneteket feltételezi:

• Közös kimenet (GND). Láb formájában valósul meg, amely a készülék tápellátási áramkörének közös vezetékéhez csatlakozik.
• Tápcsatlakozó (VC). Felelős az áramkör tápellátásáért. Fontos, hogy ne keverje össze hasonló nevű szomszédjával - a VCC tűvel.
• Teljesítményvezérlő tű (VCC). Általános szabály, hogy a PWM vezérlő chip átveszi a teljesítménytranzisztorok vezérlését (bipoláris vagy térhatású). Ha a kimeneti feszültség csökken, a tranzisztorok csak részben nyitnak, és nem teljesen. Gyorsan felmelegednek, hamarosan meghibásodnak, nem tudnak megbirkózni a terheléssel. Ennek a lehetőségnek a kizárása érdekében figyelni kell a tápfeszültséget a mikroáramkör bemenetén, és nem szabad megengedni, hogy az meghaladja a tervezési jelet. Ha ezen a tűn a feszültség a kifejezetten ehhez a vezérlőhöz beállított érték alá esik, a vezérlőeszköz kikapcsol. Ez a tű általában közvetlenül a VC érintkezőhöz csatlakozik.

Kimeneti vezérlőfeszültség (OUT)

A mikroáramkör érintkezőinek számát annak kialakítása és működési elve határozza meg. Az összetett kifejezéseket nem mindig lehet azonnal megérteni, de próbáljuk meg kiemelni a lényeget. 2 érintkezőn vannak mikroáramkörök, amelyek push-pull (kétkarú) kaszkádokat vezérelnek (például: híd, félhíd, 2 ütemű inverz konverter). A PWM vezérlők analógjai is léteznek az egyvégű (egykarú) kaszkádok vezérlésére (példák: előre/hátra, boost/buck, invertálás).

Ezenkívül a végfok szerkezete lehet egy- vagy kétciklusú. A push-pull-t főként feszültségfüggő FET meghajtására használják. A gyors záráshoz el kell érni a gate-source és a gate-drain kondenzátorok gyors kisütését. Erre a célra a vezérlő push-pull kimeneti fokozatát használják, melynek feladata, hogy a kimenet közös kábellel rövidre zárjon, ha szükséges a térhatású tranzisztor zárása.

A nagy teljesítményű PWM vezérlők kimeneti kapcsolóval (illesztőprogramokkal) is rendelkezhetnek. Kimeneti kapcsolóként IGBT tranzisztorok használata javasolt.

A PWM konverterek fő problémái

Bármely készülék működtetésekor lehetetlen teljesen kiküszöbölni a meghibásodás lehetőségét, és ez vonatkozik az átalakítókra is. A tervezés bonyolultsága nem számít, még a jól ismert TL494 PWM vezérlő is okozhat működési problémákat. A hibák eltérő természetűek – némelyikük szemmel észlelhető, míg mások észleléséhez speciális mérőberendezésre van szükség.

A PWM-vezérlő használatához meg kell ismerkednie a fő eszközhibák listájával, és csak később - a kiküszöbölésük lehetőségeivel.

Hibaelhárítás

Az egyik leggyakoribb probléma a kulcstranzisztorok meghibásodása. Az eredmény nem csak a készülék indításakor, hanem multiméterrel történő vizsgálatkor is látható.

Ezen kívül vannak más hibák is, amelyeket valamivel nehezebb észlelni. Mielőtt közvetlenül ellenőrizné a PWM-vezérlőt, mérlegelje a meghibásodások leggyakoribb eseteit. Például:

• A vezérlő leáll az indítás után - szakadás az operációs rendszer hurokban, áramesés, problémák a szűrő kimenetén lévő kondenzátorral (ha van ilyen) vagy az illesztőprogrammal; Lehet, hogy a PWM vezérlő vezérlése elromlott. Meg kell vizsgálni a készüléket forgácsok és deformációk szempontjából, meg kell mérni a terhelésjelzőket, és összehasonlítani kell őket a szabványosokkal.
• A PWM vezérlő nem indul el - az egyik bemeneti feszültség hiányzik, vagy az eszköz hibás. A kimeneti feszültség ellenőrzése és mérése segíthet, vagy végső esetben egy ismert működő analógra cserélni.
• A kimeneti feszültség eltér a névleges feszültségtől - probléma van az OOS hurokkal vagy a vezérlővel.
• Az indítás után a tápegységen lévő PWM védelembe kerül, ha nincs rövidzárlat a kulcsokon - a PWM vagy az illesztőprogramok hibás működése.
• A tábla instabil működése, furcsa hangok jelenléte - az OOS hurok vagy az RC lánc megszakadása, a szűrő kapacitásának csökkenése.

Végül

Univerzális és többfunkciós PWM vezérlők ma már szinte mindenhol megtalálhatók. Nemcsak a legtöbb modern eszköz - szabványos számítógépek és egyéb mindennapi eszközök - tápegységeinek szerves részeként szolgálnak. A vezérlőkre alapozva olyan új technológiákat fejlesztenek ki, amelyek az emberi tevékenység számos területén jelentősen csökkenthetik az erőforrás-felhasználást. A magánházak tulajdonosai a töltőáram impulzusszélesség-modulációjának elvén alapuló fotovoltaikus akkumulátorokból származó akkumulátortöltés-vezérlők előnyeit élvezhetik.

A nagy hatásfok nagyon ígéretessé teszi a PWM elven alapuló új eszközök fejlesztését. A másodlagos áramforrások nem az egyetlen tevékenységi terület.

A PWM vagy angolul PWM (Pulse-Width Modulation) impulzusszélesség-moduláció a feszültség és áram nagyságának szabályozására szolgáló módszer. A PWM működési elve az állandó amplitúdójú impulzus szélességének változtatása állandó frekvencián.

A PWM szabályozás elvei elterjedtek az impulzus átalakítókban, a LED fényerőben stb.

PWM működési elve

A működési elv a jel impulzusszélességének megváltoztatása. Az impulzusszélesség-modulációs módszer alkalmazásakor a jel frekvenciája és amplitúdója mindig állandó lesz. A PWM jel legfontosabb paramétere a munkaciklus, amely a képlet segítségével számítható ki.

Ahol T = T BE + T KI; T ON - magas szintű idő; TOFF - alacsony szintidő; T - jel periódusa

A magas és alacsony jelidők a fenti ábrán láthatók. Hozzá kell tenni, hogy az U1 egy magas szintű jelállapot, azaz amplitúdó.

Tegyük fel, hogy van egy PWM jelünk adott időintervallumban, magas és alacsony szintekkel, lásd az ábrát:

A rendelkezésre álló adatokat behelyettesítve a PWM munkaciklus képletébe a következőt kapjuk: 300/800=0,375. A százalékos kitöltési tényező meghatározásához az eredményt meg kell szorozni további 100%-kal, azaz. K ω% = 37,5%. A kitöltési tényező egy absztrakt érték.

A PWM másik fontos paramétere a jelfrekvencia, amelyet a jól ismert képlet határoz meg:

f=1/T=1/0,8=1,25 Hz

Az impulzusszélesség beállításának köszönhetően az átlagos feszültségérték állítható. Az ábrán különböző munkaciklusok láthatók azonos frekvencián és amplitúdóval.

A PWM feszültség átlagos értékének meghatározásához munkaciklus szükséges 37,5% és amplitúdója 12 V:

U sr = K ω × U 1 = 0,375 × 12 = 4,5 Volt

A PWM lehetővé teszi a feszültség csökkentését a következő tartományban U 1és 0-ig. Ezt a tulajdonságot gyakran használják egyenáramú motorok tengelyfordulatszámában.

Az elektronikában a PWM jelet mikrokontroller vagy valamilyen analóg áramkör segítségével állítják elő. A tőlük érkező jelnek alacsony feszültségszintnek és nagyon kicsi áramnak kell lennie az áramkör kimenetén. Ha erős terhelés vezérlésére van szükség, használhat szabványos vezérlőrendszert bipoláris vagy bipoláris vezérléssel.

A PWM jel az R1 ellenálláson keresztül a tranzisztor alapjához következik, így a VT1 vagy nyit, vagy zár a jel változásával. Ha a tranzisztor nyitva van, a LED világít. És abban a pillanatban, amikor a tranzisztor kikapcsol, a LED kialszik. Ha a jel frekvenciája alacsony, akkor villogó LED-et kapunk. 50 Hz-es frekvencián a pislogás már nem láthatatlan az emberi szem számára, és a ragyogás fényerejének csökkenésének hatását látjuk. Minél alacsonyabb a munkaciklus értéke, annál gyengébben világít a LED.

Ugyanez az elv és hasonló elektronikus áramkör alkalmazható egyenáramú motor vezérlése esetén is, de a frekvenciának egy nagyságrenddel nagyobbnak kell lennie (15-20 kHz) két fő okból.

Alacsonyabb frekvenciákon a motor szörnyű csikorgó hangot hallathat, ami irritációt okozhat.
Nos, a motor stabilitása a frekvenciától függ. Alacsony működési ciklusú alacsony frekvenciájú jel meghajtásakor a sebesség instabil lesz, és akár teljesen leállhat. Ezért a PWM jel frekvenciájának növekedésével az átlagos kimeneti feszültség stabilitása nő, és a feszültség hullámossága csökken. Van azonban egy frekvenciakorlát, mert nagy frekvenciákon előfordulhat, hogy a félvezető eszköznek nincs ideje teljesen átkapcsolni, és a vezérlőáramkör hibákkal fog működni. Ezenkívül a PWM jel magas frekvenciája növeli a tranzisztor veszteségeit is. A motor nagy frekvenciájú meghajtásakor célszerű kis vezetési ellenállású, nagy sebességű félvezetőt használni.

Az alábbiakban egy valódi működő áramkört fogunk megvizsgálni egy műveleti erősítő használatával

Az op-amp nem invertáló bemenetén lévő feszültség beállításával beállíthatja a szükséges kimeneti feszültséget. Ezért ez az áramkör használható áram- vagy feszültségszabályozóként vagy fordulatszám-szabályozóként egyenáramú motorokhoz.

Az áramkör egyszerű és megbízható, hozzáférhető rádióelemekből áll, és megfelelő összeszerelés esetén azonnal működni kezd. Vezérlőgombként egy erős, térhatású n-csatornás tranzisztort használnak.