Kako su napon i faktor iskorišćenja povezani u širinskoj modulaciji impulsa (PWM)?

Odnos između napona i faktora iskorišćenja u širinskoj modulaciji pulsa (PWM)

Širinska modulacija pulsa (PWM) je tehnika koja reguliše srednji izlazni napon kontrolom faktora iskorišćenja signala prekidnog radnog režima. PWM se široko koristi u primenama kao što su kontrola motora, upravljanje energijom i dimenzija LED dioda. Razumevanje odnosa između napona i faktora iskorišćenja u PWM je ključno za tačnu upotrebu i projektovanje PWM sistema.

1. Osnovni principi PWM

• PWM Signal: PWM signal je periodični kvadratni talas sa fiksno frekvencijom, ali promenljivim odnosom visokih (uključeno) i niskih (isključeno) nivoa unutar svakog ciklusa. Ovaj odnos se naziva faktor iskorišćenja.

• Faktor iskorišćenja: Faktor iskorišćenja predstavlja odnos vremena kada je signal visok (uključeno) prema ukupnom periodu PWM ciklusa. Obično se izražava u procentima ili kao razlomak između 0 i 1. Na primer, faktor iskorišćenja od 50% znači da je signal visok za polovinu ciklusa i nizak za drugu polovinu; faktor iskorišćenja od 100% znači da je signal uvek visok; a faktor iskorišćenja od 0% znači da je signal uvek nizak.

• Frekvencija PWM: Frekvencija PWM signala određuje trajanje svakog ciklusa. Više frekvencije rezultira kraćim ciklusima, a PWM signal se brže menja.

2. Odnos između napona i faktora iskorišćenja u PWM

• Srednji napon: U PWM, srednji izlazni napon je proporcionalan faktoru iskorišćenja. Ako je maksimalni napon PWM signala   ${\mathrm{<br>\; }}_{}$Vmax, srednji izlazni napon   ${\mathrm{<span\; style="font-family:\; arial,\; helvetica,\; sans-serif;\; font-size:\; 16px;">Vavg\; može\; se\; izračunati\; koristeći\; sledeću\; formulu:</span>\; }}_{}$

Vavg=D×Vmax

Gde:

• Vavg je srednji izlazni napon.

• D je faktor iskorišćenja (0 ≤ D ≤ 1).

• Vmax je maksimalni napon PWM signala (obično napon na napajanje).

• Uticaj faktora iskorišćenja na srednji napon:

• Kada je faktor iskorišćenja 0%, PWM signal je uvek nizak, a srednji izlazni napon je 0.

• Kada je faktor iskorišćenja 100%, PWM signal je uvek visok, a srednji izlazni napon je jednak maksimalnom naponu Vmax.

• Kada je faktor iskorišćenja između 0% i 100%, srednji izlazni napon predstavlja proporciju maksimalnog napona. Na primer, faktor iskorišćenja od 50% rezultira srednjim izlaznim naponom koji je polovina maksimalnog napona.

3. Primeri primene PWM

a. Kontrola motora

• U kontroli motora, PWM se koristi za regulaciju brzine ili momента мотора. Менјањем фактора искоришћења PWM сигнала, се може контролисати просечни напон који се применљава на мотор, тиме променљујући излазну моћ мотора. На пример, смањивањем фактора искоришћења се смањује просечни напон, спорије се мотор, док повећањем фактора искоришћења повећава се просечни напон, брже се мотор.

b. Димезирање LED диода

• У апликацијама димезирања LED диода, PWM се користи за прилагођавање яркости LED диоде. Менјањем фактора искоришћења PWM сигнала, се може контролисати просечни струја кроз LED диоду, тиме прилагођавајући њену яркост. На пример, фактор искоришћења од 50% резултује яркости LED диоде која је половина максималне, док фактор искоришћења од 100% чини LED диоду у потпуности светлу.

c. DC-DC конвертери

• У DC-DC конвертерима (на пример, бак конвертери или буст конвертери), PWM се користи за регулацију излазног напона. Према менјању фактора искоришћења PWM сигнала, се може контролисати време укључености и искључености преводног уређаја, што у својој последици промењује излазни напон. На пример, у бак конвертеру, повећањем фактора искоришћења повећава се излазни напон, док смањивањем фактора искоришћења смањује се.

4. Преимени PWM

• Висока ефикасност: PWM контролише напон путем операција превођења, а не линеарном регулацијом (на пример, коришћењем резистивних делитела напона), што резултује мањим губицима енергије и вишом ефикасношћу.

• Тачна контрола: Тачним прилагођавањем фактора искоришћења, PWM омогућава фину контролу над излазним напоном или струјом.

• Флексибилност: PWM лако се прилагођава различитим апликацијама, као што су контрола мотора, димезирање LED диода и управљање енергијом.

5. Ограничења PWM

• Електромагнетна интерференција (EMI): Пошто су PWM сигнали високо фреквентни сигнали превођења, могу генерисати електромагнетну интерференцију, посебно на вишим фреквенцијама. У дизајну PWM система треба применити правилна филтрирања и штитила.

• Шум: У неким апликацијама, PWM сигнали могу узроковати слушњи шум, посебно у аудио опреми или приводима мотора. Овај проблем се може смањити одабиром одговарајуће фреквенције PWM.

Сажетак

У ширинској модулацији пулса (PWM), просечни излазни напон је директно пропорционалан фактору искоришћења. Фактор искоришћења одређује пропорцију времена када је сигнал висок унутар PWM циклуса, што у својој последици утиче на просечни излазни напон. Променом фактора искоришћења, просечни напон или струја се могу флексибилно регулисати без промене напона нахраниве. PWM технологија се широко користи у контроли мотора, димезирању LED диода, управљању енергијом и другим апликацијама, нудећи високу ефикасност и тачну контролу.