Com estan relacionats el voltatge i el cicle de treball en la modulació per amplada de pols (PWM)?

Relació entre tensió i cicle de treball en la Modulació d'Amplada de Polssar (PWM)

La Modulació d'Amplada de Polssar (PWM) és una tècnica que regula la tensió de sortida mitjana controlant el cicle de treball d'un senyal commutat. La PWM s'utilitza ampliament en aplicacions com el control de motors, la gestió d'energia i la regulació de lluminositat de LEDs. Entendre la relació entre la tensió i el cicle de treball en la PWM és crucial per a l'ús i disseny correcte dels sistemes PWM.

1. Principi bàsic de la PWM

• Senyal PWM: Un senyal PWM és un senyal quadrat periòdic amb una freqüència fixa, però amb una proporció variable d'estats alt (on) i baix (off) en cada cicle. Aquesta proporció s'anomena cicle de treball.

• Cicle de treball: El cicle de treball és la raó entre el temps que el senyal està alt (on) i el període total del cicle PWM. Normalment es expressa en percentatge o com una fracció entre 0 i 1. Per exemple, un cicle de treball del 50% significa que el senyal està alt durant la meitat del cicle i baix durant l'altra meitat; un cicle de treball del 100% significa que el senyal sempre està alt; i un cicle de treball del 0% significa que el senyal sempre està baix.

• Freqüència PWM: La freqüència del senyal PWM determina la durada de cada cicle. Les freqüències més altes resulten en cicles més curts, i el senyal PWM canvia més ràpidament.

2. Relació entre tensió i cicle de treball en la PWM

• Tensió mitjana: En la PWM, la tensió de sortida mitjana és proporcional al cicle de treball. Si la tensió màxima del senyal PWM és   ${\mathrm{<br>\; }}_{}$Vmax, la tensió de sortida mitjana   ${\mathrm{<span\; style="font-family:\; arial,\; helvetica,\; sans-serif;\; font-size:\; 16px;">Vavg\; es\; pot\; calcular\; utilitzant\; la\; següent\; fórmula:</span>\; }}_{}$

Vavg=D×Vmax

On:

• Vavg és la tensió de sortida mitjana.

• D és el cicle de treball (0 ≤ D ≤ 1).

• Vmax és la tensió màxima del senyal PWM (normalment la tensió d'alimentació).

• Efecte del cicle de treball sobre la tensió mitjana:

• Quan el cicle de treball és del 0%, el senyal PWM sempre està baix, i la tensió de sortida mitjana és 0.

• Quan el cicle de treball és del 100%, el senyal PWM sempre està alt, i la tensió de sortida mitjana és igual a la tensió màxima Vmax.

• Quan el cicle de treball està entre el 0% i el 100%, la tensió de sortida mitjana és una proporció de la tensió màxima. Per exemple, un cicle de treball del 50% resulta en una tensió de sortida mitjana que és la meitat de la tensió màxima.

3. Exemples d'aplicació de la PWM

a. Control de motors

• En el control de motors, la PWM s'utilitza per regular la velocitat o el moment del motor. Canviant el cicle de treball del senyal PWM, es pot controlar la tensió de sortida mitjana aplicada al motor, ajustant així la potència de sortida del motor. Per exemple, reduint el cicle de treball es disminueix la tensió de sortida mitjana, desaccelerant el motor, mentre que augmentar el cicle de treball augmenta la tensió de sortida mitjana, accelerant el motor.

b. Regulació de lluminositat de LEDs

• En les aplicacions de regulació de lluminositat de LEDs, la PWM s'utilitza per ajustar la brillantor d'un LED. Canviant el cicle de treball del senyal PWM, es pot controlar la corrent mitjana a través del LED, ajustant així la seva brillantor. Per exemple, un cicle de treball del 50% resulta en una brillantor del LED que és la meitat de la màxima, mentre que un cicle de treball del 100% fa que el LED sigui completament brillant.

c. Convertidors DC-DC

• En els convertidors DC-DC (com els convertidors buck o boost), la PWM s'utilitza per regular la tensió de sortida. Ajustant el cicle de treball del senyal PWM, es pot controlar el temps d'activació i desactivació del dispositiu commutador, el que a la vegada ajusta la tensió de sortida. Per exemple, en un convertidor buck, augmentar el cicle de treball augmenta la tensió de sortida, mentre que disminuir el cicle de treball la disminueix.

4. Avantatges de la PWM

• Alta eficiència: La PWM controla la tensió a través d'operacions de commutació en lloc de la regulació lineal (per exemple, utilitzant divisors de tensió resistius), resultant en menys pèrdues d'energia i una major eficiència.

• Control precís: Ajustant precisament el cicle de treball, la PWM permet un control fin de la tensió o corrent de sortida.

• Flexibilitat: La PWM es pot adaptar fàcilment a diverses aplicacions, com el control de motors, la regulació de lluminositat de LEDs i la gestió d'energia.

5. Limitacions de la PWM

• Interferència electromagnètica (EMI): Com que els senyals PWM són senyals de commutació de alta freqüència, poden generar interferència electromagnètica, especialment a freqüències més altes. Es haurien d'aplicar tècniques adequades de filtratge i blindat en el disseny dels sistemes PWM.

• Soroll: En algunes aplicacions, els senyals PWM poden introduir soroll audible, especialment en equipament d'àudio o conduccions de motors. Aquest problema es pot mitigar seleccionant una freqüència de PWM apropiada.

Resum

En la Modulació d'Amplada de Polssar (PWM), la tensió de sortida mitjana és directament proporcional al cicle de treball. El cicle de treball determina la proporció de temps que el senyal està alt en un cicle PWM, el que a la vegada afecta la tensió de sortida mitjana. Ajustant el cicle de treball, es pot regular flexiblement la tensió o corrent de sortida sense canviar la tensió d'alimentació. La tecnologia PWM s'utilitza àmpliament en el control de motors, la regulació de lluminositat de LEDs, la gestió d'energia i altres aplicacions, oferint alta eficiència i control precís.