Как се поврзува напонот и процентуалниот дефинитивен период во шириносна модулација (PWM)?

Однос меѓу напонот и дежурниот циклус во Ширина на импулс (PWM)

Широчината на импулс (PWM) е техника која регулира просечниот излезен напон со контролирање на дежурниот циклус на сигнал за превклучување. PWM се широко користи во апликации како што се контрола на моторите, управување со енергија и темнување на LED-ови. Разбирањето на односот меѓу напонот и дежурниот циклус во PWM е критична за правилното користење и дизајнирање на системи со PWM.

1. Основен принцип на PWM

• Сигнал на PWM: Сигналот на PWM е периодична квадратна волна со фиксна фреквенција, но променлива пропорција на висок (вклучен) и низок (исклучен) нивоа во секој циклус. Оваа пропорција се нарекува дежурен циклус.

• Дежурен циклус: Дежурниот циклус е односот на времето кога сигналот е висок (вклучен) според тоталниот период на циклусот на PWM. Обично се изразува како процент или како дел од 0 до 1. На пример, 50% дежурен циклус значи дека сигналот е висок за половина од циклусот, а низок за другата половина; 100% дежурен циклус значи дека сигналот е секогаш висок; а 0% дежурен циклус значи дека сигналот е секогаш низок.

• Фреквенција на PWM: Фреквенцијата на сигналот на PWM определува длабината на секој циклус. Повисоките фреквенции доведуваат до пократки циклуси, а сигналот на PWM се менува побргу.

2. Однос меѓу напонот и дежурниот циклус во PWM

• Просечен напон: Во PWM, просечниот излезен напон е пропорционален на дежурниот циклус. Ако врвниот напон на сигналот на PWM е   ${\mathrm{<br>\; }}_{}$Vmax, просечниот излезен напон   ${\mathrm{<span\; style="font-family:\; arial,\; helvetica,\; sans-serif;\; font-size:\; 16px;">Vavg\; може\; да\; се\; пресмета\; со\; следнава\; формула:</span>\; }}_{}$

Vavg=D×Vmax

Каде:

• Vavg е просечниот излезен напон.

• D е дежурниот циклус (0 ≤ D ≤ 1).

• Vmax е врвниот напон на сигналот на PWM (обично е напонот на надворешниот извор).

• Ефект на дежурниот циклус врз просечниот напон:

• Кога дежурниот циклус е 0%, сигналот на PWM е секогаш низок, а просечниот излезен напон е 0.

• Кога дежурниот циклус е 100%, сигналот на PWM е секогаш висок, а просечниот излезен напон е еднаков на врвниот напон Vmax.

• Кога дежурниот циклус е помеѓу 0% и 100%, просечниот излезен напон е пропорција од врвниот напон. На пример, 50% дежурен циклус дава просечен излезен напон кој е половина од врвниот напон.

3. Примери за применување на PWM

a. Контрола на мотори

• Во контролата на мотори, PWM се користи за регулирање на брзината или момента на моторот. Со менување на дежурниот циклус на сигналот на PWM, просечниот напон приложен на моторот може да се контролира, со тоа ја регулира неговата излезна моќ. На пример, намалувањето на дежурниот циклус намалува просечниот напон, забавувајќи го моторот, додека зголемувањето на дежурниот циклус го зголемува просечниот напон, забрзувајќи го моторот.

b. Темнување на LED-ови

• Во апликациите за темнување на LED-ови, PWM се користи за регулирање на яркоста на LED-от. Со менување на дежурниот циклус на сигналот на PWM, просечниот струја през LED-от може да се контролира, со тоа ја регулира неговата яркост. На пример, 50% дежурен циклус дава яркост на LED-от која е половина од максималната, додека 100% дежурен циклус го прави LED-от потполно светло.

c. DC-DC конвертери

• Во DC-DC конвертерите (како што се бак конвертери или буст конвертери), PWM се користи за регулирање на излезниот напон. Со регулирање на дежурниот циклус на сигналот на PWM, временските интервали на вклучување и исклучување на превклучувачкиот уред може да се контролира, со тоа ја регулира излезниот напон. На пример, во бак конвертер, зголемувањето на дежурниот циклус го зголемува излезниот напон, додека намалувањето на дежурниот циклус го намалува.

4. Префаќи на PWM

• Висока ефикасност: PWM контролира напонот преку операции на превклучување, а не преку линеарна регулација (на пример, со користење на резистивни делители на напон), што доведува до помали губитоци на енергија и повисока ефикасност.

• Прецизна контрола: Со прецизно регулирање на дежурниот циклус, PWM овозможува точна контрола над излезниот напон или струја.

• Флексибилност: PWM лесно се адаптира на различни апликации, како што се контрола на мотори, темнување на LED-ови и управување со енергија.

5. Ограничувања на PWM

• Електромагнетна интерференција (EMI): Бидејќи сигналите на PWM се високочестотни сигнали за превклучување, можат да генерираат електромагнетна интерференција, особено на повисоки фреквенции. Треба да се применат правилни техники за филтрирање и экранирање во дизајнирањето на системи со PWM.

• Шум: Во некои апликации, сигналите на PWM можат да внесат слушлив шум, особено во аудио опрема или приводи на мотори. Овој проблем може да се намали со избор на одговараща фреквенција на PWM.

Закључок

Во Широчината на импулс (PWM), просечниот излезен напон е директно пропорционален на дежурниот циклус. Дежурниот циклус определува пропорцијата на времето кога сигналот е висок во циклусот на PWM, што на свој ред влијае на просечниот излезен напон. Со регулирање на дежурниот циклус, излезниот напон или струја може да се флексибилно регулира без менување на напонот на изворот. Технологијата на PWM се широко користи во контрола на мотори, темнување на LED-ови, управување со енергија и други апликации, предлагувајќи висока ефикасност и прецизна контрола.