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 nagre-regulate ng average output voltage sa pamamagitan ng pagkontrol sa duty cycle ng isang switching signal. Ang PWM ay malawakang 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 upang tama itong gamitin at disenyo.

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 loob ng 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 total period ng PWM cycle. Karaniwang ipinapahayag ito bilang percentage o fraction sa pagitan ng 0 at 1. Halimbawa, ang 50% duty cycle nangangahulugan na ang signal ay high para sa kalahati ng cycle at low para sa kabilang 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 nagresulta 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 proportional sa duty cycle. Kung ang peak voltage ng PWM signal ay   ${\mathrm{<br>\; }}_{}$Vmax, ang average output voltage   ${\mathrm{<span\; style="font-family:\; arial,\; helvetica,\; sans-serif;\; font-size:\; 16px;">Vavg\; maaaring\; makalkula\; gamit\; ang\; sumusunod\; na\; formula:</span>\; }}_{}$

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 (kadalasang 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 proportion ng peak voltage. Halimbawa, ang 50% duty cycle nagresulta sa average output voltage na kalahati ng peak voltage.

3. Mga 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 kang kontrolin ang average voltage na inilapat sa motor, kaya nababago ang output power ng motor. Halimbawa, kapag binawasan ang duty cycle, nababawasan ang average voltage, kaya nababagal ang motor, habang kapag pinataas ang duty cycle, tumaas ang average voltage, kaya nasisiguro ang motor.

b. LED Dimming

• Sa LED dimming applications, ang PWM ay ginagamit upang ayusin ang brightness ng isang LED. Sa pamamagitan ng pagbabago ng duty cycle ng PWM signal, maaari kang kontrolin ang average current sa pamamaraan ng LED, kaya nababago ang kanyang brightness. Halimbawa, ang 50% duty cycle nagresulta sa LED brightness na kalahati ng maximum, habang ang 100% duty cycle gumagawa ng LED na buo ang kanyang liwanag.

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-aadjust ng duty cycle ng PWM signal, maaari kang kontrolin ang on-time at off-time ng switching device, kaya nababago ang output voltage. Halimbawa, sa isang buck converter, kapag pinataas ang duty cycle, tumaas ang output voltage, habang kapag binabawasan ang duty cycle, bumababa ito.

4. Mga Advantages ng PWM

• High Efficiency: Ang PWM ay nagkokontrol ng voltage sa pamamagitan ng switching operations kaysa sa linear regulation (halimbawa, gamit ang resistive voltage dividers), kaya mas mababa ang energy losses at mas mataas ang efficiency.

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

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

5. Limitations ng PWM

• Electromagnetic Interference (EMI): Dahil ang mga 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 mga PWM signals, lalo na sa audio equipment o motor drives. Maaaring mapaliitin ang isyu na ito sa pamamagitan ng pagsusunod ng appropriate PWM frequency.

Buod

Sa Pulse Width Modulation (PWM), ang average output voltage ay direktang proportional sa duty cycle. Ang duty cycle ay nagdetermina ng proportion ng oras kung saan ang signal ay high sa loob ng isang PWM cycle, kaya nababago ang average output voltage. Sa pamamagitan ng pag-aadjust ng duty cycle, maaaring flexibly ma-regulate ang output voltage o current nang hindi binabago ang supply voltage. Ang teknolohiya ng PWM ay malawakang ginagamit sa motor control, LED dimming, power management, at iba pang aplikasyon, nagbibigay ng high efficiency at precise control.