Bagaimanakah hubungan antara voltan dan kitaran tugas dalam modulasi lebar pulsa (PWM)?

Hubungan Antara Voltan dan Kitaran Tugas dalam Modulasi Lebar Pulsa (PWM)

Modulasi Lebar Pulsa (PWM) adalah teknik yang mengatur voltan output purata dengan mengawal kitaran tugas isyarat pemutus. PWM digunakan secara meluas dalam aplikasi seperti kawalan motor, pengurusan kuasa, dan pencahayaan LED. Memahami hubungan antara voltan dan kitaran tugas dalam PWM adalah penting untuk menggunakan dan merancang sistem PWM dengan betul.

1. Prinsip Asas PWM

• Isyarat PWM: Isyarat PWM adalah gelombang segi empat sama berkala dengan frekuensi tetap tetapi proporsi tinggi (on) dan rendah (off) yang berubah-ubah dalam setiap kitaran. Proporsi ini dipanggil kitaran tugas.

• Kitaran Tugas: Kitaran tugas adalah nisbah masa isyarat tinggi (on) terhadap tempoh keseluruhan kitaran PWM. Ia biasanya dinyatakan sebagai peratus atau pecahan antara 0 dan 1. Sebagai contoh, kitaran tugas 50% bermaksud isyarat tinggi selama separuh kitaran dan rendah selama separuh lain; kitaran tugas 100% bermaksud isyarat sentiasa tinggi; dan kitaran tugas 0% bermaksud isyarat sentiasa rendah.

• Frekuensi PWM: Frekuensi isyarat PWM menentukan tempoh setiap kitaran. Frekuensi yang lebih tinggi menghasilkan kitaran yang lebih pendek, dan isyarat PWM berubah lebih cepat.

2. Hubungan Antara Voltan dan Kitaran Tugas dalam PWM

• Voltan Purata: Dalam PWM, voltan output purata berkadar dengan kitaran tugas. Jika voltan puncak isyarat PWM adalah   ${\mathrm{<br>\; }}_{}$Vmax, voltan output purata   ${\mathrm{<span\; style="font-family:\; arial,\; helvetica,\; sans-serif;\; font-size:\; 16px;">Vavg\; boleh\; dikira\; menggunakan\; formula\; berikut:</span>\; }}_{}$

Vavg=D×Vmax

Di mana:

• Vavg adalah voltan output purata.

• D adalah kitaran tugas (0 ≤ D ≤ 1).

• Vmax adalah voltan puncak isyarat PWM (biasanya voltan bekalan).

• Kesan Kitaran Tugas Terhadap Voltan Purata:

• Apabila kitaran tugas adalah 0%, isyarat PWM sentiasa rendah, dan voltan output purata adalah 0.

• Apabila kitaran tugas adalah 100%, isyarat PWM sentiasa tinggi, dan voltan output purata bersamaan dengan voltan puncak Vmax.

• Apabila kitaran tugas berada di antara 0% dan 100%, voltan output purata adalah sebahagian daripada voltan puncak. Sebagai contoh, kitaran tugas 50% menghasilkan voltan output purata yang separuh daripada voltan puncak.

3. Contoh Aplikasi PWM

a. Kawalan Motor

• Dalam kawalan motor, PWM digunakan untuk mengatur kelajuan atau tork motor. Dengan mengubah kitaran tugas isyarat PWM, voltan purata yang diterapkan ke motor boleh dikawal, dengan itu menyesuaikan kuasa output motor. Sebagai contoh, mengurangkan kitaran tugas mengurangkan voltan purata, memperlambat motor, manakala meningkatkan kitaran tugas meningkatkan voltan purata, mempercepatkan motor.

b. Pencahayaan LED

• Dalam aplikasi pencahayaan LED, PWM digunakan untuk menyesuaikan kecerahan LED. Dengan mengubah kitaran tugas isyarat PWM, arus purata melalui LED boleh dikawal, dengan itu menyesuaikan kecerahannya. Sebagai contoh, kitaran tugas 50% menghasilkan kecerahan LED yang separuh daripada maksimum, manakala kitaran tugas 100% membuat LED sepenuhnya cerah.

c. Penukar DC-DC

• Dalam penukar DC-DC (seperti penukar buck atau boost), PWM digunakan untuk mengatur voltan output. Dengan menyesuaikan kitaran tugas isyarat PWM, masa on dan off peranti pemutus boleh dikawal, yang pada gilirannya menyesuaikan voltan output. Sebagai contoh, dalam penukar buck, meningkatkan kitaran tugas meningkatkan voltan output, manakala mengurangkan kitaran tugas menurunkannya.

4. Kelebihan PWM

• Kesanan Tinggi: PWM mengawal voltan melalui operasi pemutusan bukan pengaturan linear (contohnya, menggunakan pembahagi voltan rintangan), menghasilkan kerugian tenaga yang lebih rendah dan kesanan yang lebih tinggi.

• Kawalan Teliti: Dengan menyesuaikan kitaran tugas dengan tepat, PWM membolehkan kawalan halus terhadap voltan atau arus output.

• Keluwesan: PWM boleh mudah disesuaikan dengan pelbagai aplikasi, seperti kawalan motor, pencahayaan LED, dan pengurusan kuasa.

5. Keterbatasan PWM

• Gangguan Elektromagnetik (EMI): Oleh kerana isyarat PWM adalah isyarat pemutusan frekuensi tinggi, ia boleh menghasilkan gangguan elektromagnetik, terutamanya pada frekuensi yang lebih tinggi. Teknik penyaringan dan perisian yang sesuai harus digunakan dalam reka bentuk sistem PWM.

• Bunyi: Dalam beberapa aplikasi, isyarat PWM mungkin memperkenalkan bunyi yang dapat didengar, terutamanya dalam peralatan audio atau penggerak motor. Isu ini boleh dikurangkan dengan memilih frekuensi PWM yang sesuai.

Kesimpulan

Dalam Modulasi Lebar Pulsa (PWM), voltan output purata berkadar langsung dengan kitaran tugas. Kitaran tugas menentukan nisbah masa isyarat tinggi dalam kitaran PWM, yang pada gilirannya mempengaruhi voltan output purata. Dengan menyesuaikan kitaran tugas, voltan atau arus output boleh dikawal dengan fleksibel tanpa mengubah voltan bekalan. Teknologi PWM digunakan secara meluas dalam kawalan motor, pencahayaan LED, pengurusan kuasa, dan aplikasi lain, menawarkan kesanan tinggi dan kawalan yang tepat.