Широко-пулсна модулација (ПВМ) је метода за претварање сигнала који мијења трајање импулса (просторно), а фреквенција остаје константна. У енглеском језику, терминологија је означена са ПВМ (пулсно-ширинска модулација). Овај чланак детаљно објашњава шта је ПВМ, гдје се примјењује и како ради.
Област примене
Са развојем технологије микроконтролера пре него што је ПВМ отворио нове могућности. Овај принцип је постао основа за електронске уређаје који захтевају и прилагођавање излазних параметара и њихово одржавање на датом нивоу. Метода модулације ширине импулса користи се за промену осветљености светлости, брзине мотора, као и за контролу снаге транзистора јединица напајања (БП) импулсног типа.
Широко-импулсна (АИ) модулација се активно користи у конструкцији контролних система за осветљење диода које емитују светлост. Због ниске инерције, ЛЕД управљач се пребацује (бљеска и гаси) на фреквенцији од неколико десетина кХз. Његов рад у пулсирајућем моду људско око доживљава као трајни сјај. С друге стране, осветљеност зависи од трајања импулса (отворено стање ЛЕД-а) током једног периода. Ако је време импулса једнако времену паузе, тј. Фактор попуњености је 50%, онда ће светлост ЛЕД-а бити пола номиналне вредности. Популаризацијом ЛЕД сијалица на 220В постављено је питање о повећању поузданости њиховог рада са нестабилним улазним напоном. Рјешење је пронађено у обликууниверзални чип - електрични погон који ради на принципу ширине импулса или пулсно-фреквентне модулације. Схема на основу једног од ових драјвера је овде детаљно описана.
Улаз у чип управљачког програма напона мреже константно се упоређује са напоном унутрашњег круга, формирајући излаз ПВМ сигнала (ЦХИМ) чији су параметри одређени спољним отпорницима. Неки микро-кругови имају излаз за аналогни или дигитални контролни сигнал. Према томе, рад импулсног драјвера може бити контролисан од стране другог СХИ-претварача. Занимљиво је да ЛЕД не прима високофреквентне импулсе, већ струју која је пригушена гасом, што је обавезан елемент таквих кругова.
Велика примена ПВМ-а се огледа у свим ЛЦД панелима са ЛЕД позадинским осветљењем. Нажалост, код ЛЕД монитора, већина СХИ-претварача ради на фреквенцији од сто Хертза, што негативно утиче на кориснике ПЦ-а.
Ардуино микроконтролер такође може да ради у режиму ПИМ контролера. Да бисте то урадили, позовите функцију АналогВрите (), означавајући вредност у заградама од 0 до 255. Нула одговара 0В, а 255 до 5В. Средње вредности се израчунавају пропорционално.
Широко распрострањена употреба ПВМ-омогућених уређаја омогућила је човјечанству да побјегне од напајања линеарних трансформатора. Као резултат тога, повећање ефикасности и смањење масе и величине извора енергије неколико пута.
ПВМ контролер је саставни дио модерног пулсног напајања. Он управљарад енергетског транзистора, који се налази у примарном кругу импулсног трансформатора. Због присуства повратног круга, напон на излазу БП је увек стабилан. Најмање одступање излазног напона преко повратне везе је фиксирано чипом, који тренутно исправља изданке импулса. Поред тога, савремени ПВМ контролер решава низ додатних задатака који доприносе повећању поузданости извора напајања:
- обезбеђује начин глатког стартовања претварача;
- ограничава амплитуду и подстицај импулса;
- контролише ниво улазног напона;
- штити од кратког споја и вишка температуре кључа за напајање;
- , ако је потребно, омогућава вам да подесите следећи режим.
Принцип рада ПВМ регулатора
Задатак ПВМ контролера је управљање кључем напајања промјеном управљачких импулса. Када ради у моду кључа, транзистор је у једном од два стања (потпуно отворен, потпуно затворен). У затвореном стању, струја кроз п-н-спој не прелази неколико мА, и стога, снага расипања тежи нули. У отвореном стању, упркос високој струји, отпор п-н-споја је изузетно мали, што такође доводи до незнатних губитака топлоте. Највећа количина топлоте се додељује у тренутку преласка из једног стања у друго. Али, због малог времена пролазног процеса у поређењу са фреквенцијом модулације, губитак снаге током пребацивања је занемарљив.
Ширина-пулсна модулација је подељена на два типа: аналогни и дигитални. Свака врста има своје предности и може се схематски имплементирати на различите начине.
аналогни ПВМ
Принцип рада аналогног СХИ-модулатора заснива се на поређењу два сигнала, чија фреквенција варира за неколико редова. Елемент поређења је оперативни појачавач (компаратор). Један од његових улаза напаја вршни напон високе константне фреквенције, ас друге - нискофреквентни модулациони напон са променљивом амплитудом. Компаратор успоређује обје вриједности и на излазу формира правокутне импулсе, чије се трајање одређује тренутном вриједношћу модулирајућег сигнала. У овом случају, ПВМ фреквенција је једнака фреквенцији сигнала поленске форме.
дигитални ПВМ
Широко-пулсна модулација у дигиталној интерпретацији је једна од многих функција микроконтролера (МК). Ради искључиво са дигиталним подацима, МЦ може на својим излазима генерисати високи (100%) или ниски (0%) напонски ниво. Међутим, у већини случајева, за ефективну контролу оптерећења, мора се променити напон на излазу МК. На пример, подешавање брзине мотора, промена осветљења ЛЕД. Што требам учинити да добијем било коју вриједност напона у распону од 0 до 100% на излазу микроконтролера?
Проблем је решен применом методе модулације ширине импулса и коришћењем феномена ресамплинга када је подешена фреквенција пребацивања неколико пута већа од одзива контролисаног уређаја. Промена импулса мења просечну вредност излазанапетост По правилу, цијели процес се одвија на фреквенцији од неколико десетина или стотина кХз, што омогућава глатку регулацију. Технички, ово се спроводи уз помоћ ПВМ контролера - специјализованог микроконтролера, који је "срце" сваког дигиталног система управљања. Активна употреба контролера заснованих на ПВМ је због њихових непорецивих предности:
- висока ефикасност трансформације сигнала;
- стабилност рада;
- уштеда енергије коју троши терет;
- ниски трошкови;
- висока поузданост читавог уређаја.
Добијање закључака ПВМ микроконтролера може бити на два начина: хардвер и софтвер. Сваки МЦ има уграђени тајмер који је способан да генерише ПВМ импулсе на одређеним закључцима. То се постиже хардверском имплементацијом. Примање ПВМ сигнала коришћењем програмских команди има више могућности у смислу резолуције и омогућава вам да користите више закључака. Међутим, софтверска метода доводи до високе учитане МК и заузима много меморије.
Важно је напоменути да број импулса у дигиталној ПВМ за период може бити различит, а сами импулси могу бити лоцирани у било ком делу периода. Излазни ниво је одређен укупним трајањем свих импулса током периода. Треба имати на уму да је сваки додатни импулс транзиција енергетског транзистора из отвореног стања у затворени, што доводи до повећања губитака током пребацивања.
Пример употребе ПВМ регулатора
Једна од опција за имплементацију једноставног регулатора ПИМ-аописано раније у овом чланку. Базиран је на чипу НЕ555 и има мали ремен. Но, упркос циркулацији простате, регулатор има прилично широк спектар примјена: схему за контролу свјетлине ЛЕД диода, ЛЕД трака, подешавање брзине мотора истосмјерне струје.