Paano magkakaugnay ang voltage at duty cycle sa pulse width modulation (PWM)?

Relasyon sa Pagitan ng Voltage at Duty Cycle sa Pulse Width Modulation (PWM)

Ang Pulse Width Modulation (PWM) ay isang teknik na nagreregulate ng average output voltage sa pamamagitan ng pagkontrol sa duty cycle ng isang switching signal. Ang PWM ay malawak na ginagamit sa mga aplikasyon tulad ng motor control, power management, at LED dimming. Mahalaga ang pag-unawa sa relasyon sa pagitan ng voltage at duty cycle sa PWM para sa tamang paggamit at disenyo ng mga sistema ng PWM.

1. Pangunahing Prinsipyong ng PWM

• PWM Signal: Ang isang PWM signal ay isang periodic square wave na may fixed frequency ngunit may variable proportion ng high (on) at low (off) levels sa bawat cycle. Ang proportion na ito ay tinatawag na duty cycle.

• Duty Cycle: Ang duty cycle ay ang ratio ng oras kung saan ang signal ay high (on) sa kabuuang period ng PWM cycle. Karaniwang ipinapakita ito bilang percentage o fraction sa pagitan ng 0 at 1. Halimbawa, ang 50% duty cycle nangangahulugan na ang signal ay high sa kalahati ng cycle at low sa iba pang kalahati; ang 100% duty cycle nangangahulugan na ang signal ay laging high; at ang 0% duty cycle nangangahulugan na ang signal ay laging low.

• PWM Frequency: Ang frequency ng PWM signal ay nagdetermina ng duration ng bawat cycle. Mas mataas na frequencies resulta sa mas maikling cycles, at mas mabilis ang pagbabago ng PWM signal.

2. Relasyon sa Pagitan ng Voltage at Duty Cycle sa PWM

• Average Voltage: Sa PWM, ang average output voltage ay proporsyonal sa duty cycle. Kung ang peak voltage ng PWM signal ay   ${\mathrm{<br>\; }}_{}$Vmax, ang average output voltage   ${\mathrm{<span\; style="font-family:\; arial,\; helvetica,\; sans-serif;\; font-size:\; 16px;">Vavg\; ay\; maaaring\; makalkula\; gamit\; ang\; sumusunod\; na\; formula:</span>\; }}_{}$

Vavg=D×Vmax

Kung saan:

• Vavg ay ang average output voltage.

• D ay ang duty cycle (0 ≤ D ≤ 1).

• Vmax ay ang peak voltage ng PWM signal (karaniwang ang supply voltage).

• Epekto ng Duty Cycle sa Average Voltage:

• Kapag ang duty cycle ay 0%, ang PWM signal ay laging low, at ang average output voltage ay 0.

• Kapag ang duty cycle ay 100%, ang PWM signal ay laging high, at ang average output voltage ay katumbas ng peak voltage Vmax.

• Kapag ang duty cycle ay nasa pagitan ng 0% at 100%, ang average output voltage ay isang proporsyon ng peak voltage. Halimbawa, ang 50% duty cycle resulta sa isang average output voltage na kalahati ng peak voltage.

3. Halimbawa ng Aplikasyon ng PWM

a. Motor Control

• Sa motor control, ang PWM ay ginagamit upang regulahin ang bilis o torque ng motor. Sa pamamagitan ng pagbabago ng duty cycle ng PWM signal, maaari mong kontrolin ang average voltage na inilapat sa motor, kaya nag-aadjust ang output power ng motor. Halimbawa, kapag binaba ang duty cycle, nababawasan ang average voltage, kaya nababagal ang motor, habang kapag itinaas ang duty cycle, tumaas ang average voltage, kaya tumataas ang bilis ng motor.

b. LED Dimming

• Sa LED dimming applications, ang PWM ay ginagamit upang i-adjust ang brightness ng isang LED. Sa pamamagitan ng pagbabago ng duty cycle ng PWM signal, maaari mong kontrolin ang average current sa pamamagitan ng LED, kaya nag-aadjust ang kanyang brightness. Halimbawa, ang 50% duty cycle resulta sa isang LED brightness na kalahati ng maximum, habang ang 100% duty cycle gumagawa ng LED na ganap na bright.

c. DC-DC Converters

• Sa DC-DC converters (tulad ng buck converters o boost converters), ang PWM ay ginagamit upang regulahin ang output voltage. Sa pamamagitan ng pag-adjust ng duty cycle ng PWM signal, maaari mong kontrolin ang on-time at off-time ng switching device, kaya nag-aadjust ang output voltage. Halimbawa, sa isang buck converter, kapag itinaas ang duty cycle, tumaas ang output voltage, habang kapag binaba, bumaba ito.

4. Mga Advantages ng PWM

• High Efficiency: Ang PWM ay nagkokontrol ng voltage sa pamamagitan ng switching operations kaysa sa linear regulation (hal. gamit ng resistive voltage dividers), na nagresulta sa mas mababang energy losses at mas mataas na efficiency.

• Precise Control: Sa pamamagitan ng precise adjustment ng duty cycle, ang PWM ay nagbibigay ng fine control sa output voltage o current.

• Flexibility: Ang PWM ay madaling mag-adapt sa iba't ibang aplikasyon, tulad ng motor control, LED dimming, at power management.

5. Limitations ng PWM

• Electromagnetic Interference (EMI): Dahil ang PWM signals ay high-frequency switching signals, maaari silang mag-generate ng electromagnetic interference, lalo na sa mas mataas na frequencies. Dapat gamitin ang proper filtering at shielding techniques sa disenyo ng PWM system.

• Noise: Sa ilang aplikasyon, maaaring mag-introduce ng audible noise ang PWM signals, lalo na sa audio equipment o motor drives. Maaaring mapabuti ang issue na ito sa pamamagitan ng pagsipi ng appropriate PWM frequency.

Buod

Sa Pulse Width Modulation (PWM), ang average output voltage ay direktang proporsyonal sa duty cycle. Ang duty cycle ay nagdetermina ng proporsyon ng oras kung saan ang signal ay high sa loob ng isang PWM cycle, kaya nakakaapekto ito sa average output voltage. Sa pamamagitan ng pag-adjust ng duty cycle, maaari mong flexibly regulate ang output voltage o current nang hindi nagbabago ang supply voltage. Ang teknolohiya ng PWM ay malawak na ginagamit sa motor control, LED dimming, power management, at iba pang aplikasyon, na nagbibigay ng high efficiency at precise control.