Hoe is spanning en werkingssiklus verwant in pulswydte-modulering (PWM)?

Verhouding tussen Spanning en Pulsbreedte in Pulsbreedtemodulering (PWM)

Pulsbreedtemodulering (PWM) is 'n tegniek wat die gemiddelde uitvoerspanning reguleer deur die pulsbreedte van 'n switselsignaal te beheer. PWM word wyd gebruik in toepassings soos motorbeheer, kragbestuur, en LED-verduistering. Die verstaan van die verhouding tussen spanning en pulsbreedte in PWM is belangrik vir die korrekte gebruik en ontwerp van PWM-stelle.

1. Basiese Beginsel van PWM

• PWM-Signaal: 'n PWM-signaal is 'n periodieke vierkantsgolf met 'n vaste frekwensie, maar 'n veranderlike proporsie van hoë (aan) en lae (uit) vlakke binne elke siklus. Hierdie proporsie word die pulsbreedte genoem.

• Pulsbreedte: Die pulsbreedte is die verhouding van die tyd dat die signaal hoë (aan) is tot die totale periode van die PWM-siklus. Dit word tipies uitgedruk as 'n persentasie of as 'n breuk tussen 0 en 1. Byvoorbeeld, 'n 50% pulsbreedte beteken dat die signaal vir die helft van die siklus hoë is en vir die ander helft lae; 'n 100% pulsbreedte beteken dat die signaal altyd hoë is; en 'n 0% pulsbreedte beteken dat die signaal altyd lae is.

• PWM-Frekwensie: Die frekwensie van die PWM-signaal bepaal die duur van elke siklus. Hoër frekwensies lei tot korter siklusse, en die PWM-signaal verander vinniger.

2. Verhouding tussen Spanning en Pulsbreedte in PWM

• Gemiddelde Spanning: In PWM is die gemiddelde uitvoerspanning eweredig aan die pulsbreedte. As die piekspanning van die PWM-signaal   ${\mathrm{<br>\; }}_{}$Vmax is, kan die gemiddelde uitvoerspanning   ${\mathrm{<span\; style="font-family:\; arial,\; helvetica,\; sans-serif;\; font-size:\; 16px;">Vavg\; bereken\; word\; deur\; die\; volgende\; formule\; te\; gebruik:</span>\; }}_{}$

Vavg=D×Vmax

Waar:

• Vavg is die gemiddelde uitvoerspanning.

• D is die pulsbreedte (0 ≤ D ≤ 1).

• Vmax is die piekspanning van die PWM-signaal (gewoonlik die voorspanning).

• Effek van Pulsbreedte op Gemiddelde Spanning:

• Wanneer die pulsbreedte 0% is, is die PWM-signaal altyd lae, en die gemiddelde uitvoerspanning is 0.

• Wanneer die pulsbreedte 100% is, is die PWM-signaal altyd hoë, en die gemiddelde uitvoerspanning is gelyk aan die piekspanning Vmax.

• Wanneer die pulsbreedte tussen 0% en 100% is, is die gemiddelde uitvoerspanning 'n proporsie van die piekspanning. Byvoorbeeld, 'n 50% pulsbreedte lei tot 'n gemiddelde uitvoerspanning wat half van die piekspanning is.

3. Toepassingsvoorbeelde van PWM

a. Motorbeheer

• In motorbeheer word PWM gebruik om die spoed of koppel van 'n motor te reguleer. Deur die pulsbreedte van die PWM-signaal te verander, kan die gemiddelde spanning wat na die motor toegepas word, beheer word, en dus die uitsetkrag van die motor aangepas word. Byvoorbeeld, indien die pulsbreedte verminder word, word die gemiddelde spanning verminder, en die motor vertraag, terwyl 'n verhoging in die pulsbreedte die gemiddelde spanning verhoog, en die motor versnel.

b. LED-Verduistering

• In LED-verduisteringstoepassings word PWM gebruik om die helderheid van 'n LED te verstel. Deur die pulsbreedte van die PWM-signaal te verander, kan die gemiddelde stroom deur die LED beheer word, en dus sy helderheid aangepas word. Byvoorbeeld, 'n 50% pulsbreedte lei tot 'n LED-helderheid wat half van die maksimum is, terwyl 'n 100% pulsbreedte die LED volledig helder maak.

c. Gelykstroom-Gelykstroom-Omsetters

• In Gelykstroom-Gelykstroom-Omsetters (soos buck-omsetters of boost-omsetters) word PWM gebruik om die uitvoerspanning te reguleer. Deur die pulsbreedte van die PWM-signaal te verander, kan die aan- en af-tyd van die switser beheer word, wat in sy beurt die uitvoerspanning aanpas. Byvoorbeeld, in 'n buck-omsteller, verhoog 'n verhoging in die pulsbreedte die uitvoerspanning, terwyl 'n vermindering in die pulsbreedte dit verlaag.

4. Voordelige van PWM

• Hoë Effektiwiteit: PWM beheer spanning deur middel van switseloperasies eerder as lineêre regulering (bv. deur resistiewe spanningsdelers), wat lei tot minder energieverliese en hoër effektiwiteit.

• Puntgave Beheer: Deur die pulsbreedte presies te verstel, laat PWM fyn beheer oor die uitvoerspanning of -stroom toe.

• Flexibiliteit: PWM kan maklik aanpas aan verskillende toepassings, soos motorbeheer, LED-verduistering, en kragbestuur.

5. Beperkings van PWM

• Elektromagnetiese Interferensie (EMI): Aangesien PWM-signale hoëfrekwensieswitselsignale is, kan hulle elektromagnetiese interferensie veroorsaak, veral by hoër frekwensies. Passende filter- en skermtegnieke moet in die ontwerp van PWM-stelle toegepas word.

• Geraas: In sommige toepassings kan PWM-signale hoorbare geraas veroorsaak, veral in audio-toerusting of motordrywers. Hierdie probleem kan verminder word deur 'n geskikte PWM-frekwentie te kies.

Opsomming

In Pulsbreedtemodulering (PWM) is die gemiddelde uitvoerspanning direk eweredig aan die pulsbreedte. Die pulsbreedte bepaal die proporsie van tyd dat die signaal hoë is binne 'n PWM-siklus, wat in sy beurt die gemiddelde uitvoerspanning beïnvloed. Deur die pulsbreedte te verander, kan die uitvoerspanning of -stroom flexibel gereguleer word sonder om die voorspanning te verander. PWM-tegnologie word wyd gebruik in motorbeheer, LED-verduistering, kragbestuur, en ander toepassings, en bied hoë effektiwiteit en puntgave beheer.