Kā saistīts ir spriegums un darbības cikls impulsskaitļu modulācijā (PWM)?

Spriegums starp spriegumu un darbības ciklu impulsskaitļu šķēršanā (PWM)

Impulsskaitļu šķēršana (PWM) ir tehnika, kas regulē vidējo izvades spriegumu, kontrolējot darbības ciklu pārslēguma signālam. PWM tiek plaši izmantota tādās lietās kā dzinēju vadība, enerģijas pārvaldība un LED mirdzuma regulēšana. Sprieguma un darbības cikla attiecību izpratne PWM sistēmās ir būtiska, lai pareizi tos izmantotu un projektētu.

1. PWM pamatprincips

• PWM signāls: PWM signāls ir periodisks kvadrātveida signāls ar fiksēto frekvenci, bet mainīgu augstā (ieslēgts) un zema (atslēgts) līmeņa proporciju katrā ciklā. Šo proporciju sauc par darbības ciklu.

• Darbības cikls: Darbības cikls ir signāla augstā (ieslēgta) laika attiecība pret PWM cikla kopējo periodu. Parasti tas izsaka kā procenti vai frakcija no 0 līdz 1. Piemēram, 50% darbības cikls nozīmē, ka signāls ir augsts pusē no cikla un zems otrā pusē; 100% darbības cikls nozīmē, ka signāls vienmēr ir augsts; 0% darbības cikls nozīmē, ka signāls vienmēr ir zems.

• PWM frekvence: PWM signāla frekvence nosaka katra cikla ilgumu. Augstākas frekvences rezultē īsākiem cikliem, un PWM signāls mainās straujāk.

2. Attiecība starp spriegumu un darbības ciklu PWM

• Vidējais spriegums: PWM sistēmā vidējais izvades spriegums ir proporcionāls darbības ciklam. Ja PWM signāla maksimālais spriegums ir   ${\mathrm{<br>\; }}_{}$Vmax, tad vidējais izvades spriegums   ${\mathrm{<span\; style="font-family:\; arial,\; helvetica,\; sans-serif;\; font-size:\; 16px;">Vavg\; var\; aprēķināt,\; izmantojot\; šādu\; formulu:</span>\; }}_{}$

Vavg=D×Vmax

Kur:

• Vavg ir vidējais izvades spriegums.

• D ir darbības cikls (0 ≤ D ≤ 1).

• Vmax ir PWM signāla maksimālais spriegums (parasti tas ir piegādes spriegums).

• Darbības cikla ietekme uz vidējo spriegumu:

• Ja darbības cikls ir 0%, PWM signāls vienmēr ir zems, un vidējais izvades spriegums ir 0.

• Ja darbības cikls ir 100%, PWM signāls vienmēr ir augsts, un vidējais izvades spriegums sakrīt ar maksimālo spriegumu Vmax.

• Ja darbības cikls atrodas starp 0% un 100%, vidējais izvades spriegums ir proporcija no maksimālā sprieguma. Piemēram, 50% darbības cikls rezultē vidējā izvades sprieguma, kas ir pusē no maksimālā sprieguma.

3. PWM piemēri lietojumos

a. Dzinēju vadība

• Dzinēju vadībā PWM tiek izmantots, lai regulētu dzinēja ātrumu vai momentu. Mainot PWM signāla darbības ciklu, var kontrolēt vidējo spriegumu, kas tiek piemērots dzinējam, tādējādi pielāgojot dzinēja izvades jaudu. Piemēram, samazinot darbības ciklu, samazinās vidējais spriegums, lēni noturējot dzinēju, savukārt palielinot darbības ciklu, palielinās vidējais spriegums, paātrinot dzinēju.

b. LED mirdzuma regulēšana

• LED mirdzuma regulēšanas lietojumos PWM tiek izmantots, lai pielāgotu LED spilgtumu. Mainot PWM signāla darbības ciklu, var kontrolēt vidējo strāvu caur LED, tādējādi pielāgojot to spilgtumu. Piemēram, 50% darbības cikls rezultē LED spilgtumam, kas ir pusē no tā maksimālā, savukārt 100% darbības cikls padara LED pilnībā spilgtu.

c. DC-DC pārveidotāji

• DC-DC pārveidotājos (piemēram, buck vai boost pārveidotājos) PWM tiek izmantots, lai regulētu izvades spriegumu. Mainot PWM signāla darbības ciklu, var kontrolēt slēdziena ieslēgšanas un atslēgšanas laiku, tādējādi pielāgojot izvades spriegumu. Piemēram, buck pārveidotājā palielinot darbības ciklu, palielinās izvades spriegums, savukārt samazinot darbības ciklu, samazinās izvades spriegums.

4. PWM priekšrocības

• Augsta efektivitāte: PWM kontrolē spriegumu, izmantojot pārslēguma operācijas, nevis lineāru regulēšanu (piemēram, izmantojot rezistorus), kas rezultē zemākiem enerģijas zudējumiem un augstāku efektivitāti.

• Precīza kontrole: Precīzi pielāgojot darbības ciklu, PWM ļauj precīzu kontrolēšanu pār izvades spriegumu vai strāvu.

• Elastība: PWM viegli pielāgojas dažādiem lietojumiem, piemēram, dzinēju vadībai, LED mirdzuma regulēšanai un enerģijas pārvaldībai.

5. PWM ierobežojumi

• Elektromagnētiskā interferencija (EMI): Jo PWM signāli ir augstfrekvences pārslēguma signāli, tos var radīt elektromagnētisku interferenci, it īpaši augstākajās frekvencēs. PWM sistēmu dizainā jāpielieto atbilstošas filtrēšanas un aizsargāšanas tehnoloģijas.

• Troksnis: Dažos lietojumos PWM signāli var rasties skaņas troksnis, it īpaši audio iekārtās vai dzinēju vadībā. Šo problēmu var novērst, izvēloties atbilstošu PWM frekvenci.

Kopsavilkums

Impulsskaitļu šķēršanā (PWM) vidējais izvades spriegums ir tieši proporcionāls darbības ciklam. Darbības cikls nosaka signāla augstā laika proporciju PWM ciklā, kas savukārt ietekmē vidējo izvades spriegumu. Mainot darbības ciklu, izvades spriegumu vai strāvu var elastīgi regulēt, nomainot piegādes spriegumu. PWM tehnoloģija tiek plaši izmantota dzinēju vadībā, LED mirdzuma regulēšanā, enerģijas pārvaldībā un citās lietojumos, piedāvājot augstu efektivitāti un precīzu kontrolēšanu.