Invertori, pārveidotāji, SMPS shēmas un ātruma kontrolieri…. Viena lieta, kas raksturīga visām šīm shēmām, ir tā, ka tā sastāv no daudziem elektroniskiem slēdžiem tās iekšienē. Šie slēdži ir nekas cits kā enerģijas elektroniskās ierīces, piemēram, MOSFET, IGBT, TRIAC utt. Lai kontrolētu šādus jaudas elektroniskos slēdžus, mēs parasti izmantojam kaut ko tādu, ko sauc par PWM signāliem (impulsa platuma modulācija). Papildus tam, PWM signāli tiek izmantoti arī Servo motoru vadīšanai un citiem vienkāršiem uzdevumiem, piemēram, LED spilgtuma kontrolei.
Mūsu iepriekšējā rakstā mēs uzzinājām par ADC, savukārt ADC tiek izmantots, lai lasītu analogos signālus ar digitālu ierīci, piemēram, mikrokontrolleru. PWM var uzskatīt par pilnīgi pretēju tam, PWM tiek izmantots, lai radītu analogus signālus no digitālās ierīces, piemēram, mikrokontrollera. Šajā rakstā mēs uzzināsim par to, kas ir PWM, PWM signāli un daži ar to saistītie parametri, lai mēs būtu pārliecināti tos izmantot savos dizainos.
Kas ir PWM (pulsa platuma modulācija)?
PWM nozīmē pulsa platuma modulāciju; mēs vēlāk nonāksim pie šāda nosaukuma iemesla. Bet tagad saprotiet PWM kā signāla veidu, ko var radīt no digitālās IC, piemēram, mikrokontrollera vai 555 taimera. Šādi radītajam signālam būs impulsu vilciens, un šie impulsi būs kvadrātveida viļņu formā. Tas ir, jebkurā noteiktā laika posmā vilnis būs vai nu augsts, vai arī zems. Lai būtu vieglāk saprast, ņemsim vērā 5V PWM signālu, šajā gadījumā PWM signāls būs vai nu 5V (augsts), vai zemes līmenī 0V (zems). Laiku, kurā signāli paliek augsti, sauc par “ ieslēgšanas laiku ”, un ilgumu, kurā signāls paliek zems, sauc par “ izslēgšanas laiku ”.
PWM signālam mums jāaplūko divi svarīgi parametri, kas saistīti ar to, viens ir PWM darba cikls, bet otrs - PWM frekvence.
PWM darba cikls
Kā stāstīts iepriekš, PWM signāls paliek ieslēgts noteiktu laiku un pēc tam paliek izslēgts visu atlikušo periodu. Šo PWM signālu padara īpašu un noderīgāku tas, ka mēs varam iestatīt, cik ilgi tam vajadzētu palikt, kontrolējot PWM signāla darba ciklu.
Laika procentuālo daļu, kurā PWM signāls paliek AUGSTS (laikā), sauc par darba ciklu. Ja signāls vienmēr ir ieslēgts, tas ir 100% darba ciklā un, ja tas vienmēr ir izslēgts, tas ir 0% darba cikls. Formulas darba cikla aprēķināšanai ir parādītas zemāk.
Darba cikls = Ieslēgšanas laiks / (Ieslēgšanas laiks + Izslēgšanas laiks)
Šis attēls attēlo PWM signālu ar 50% darba ciklu. Kā redzat, ņemot vērā visu laika periodu (laiks + izslēgšanās laiks), PWM signāls paliek ieslēgts tikai 50% laika perioda.
Biežums = 1 / laika periods laika periods = ieslēgšanas laiks + izslēgšanās laiks
Parasti mikrokontrollera radītie PWM signāli būs aptuveni 500 Hz, tik augstas frekvences tiks izmantotas ātrgaitas komutācijas ierīcēs, piemēram, invertoros vai pārveidotājos. Bet ne visām lietojumprogrammām nepieciešama augsta frekvence. Piemēram, lai kontrolētu servomotoru, mums jāražo PWM signāli ar 50Hz frekvenci, tāpēc PWM signāla frekvenci var kontrolēt arī programma visiem mikrokontrolleriem.
Daži bieži rodas jautājumi par PWM
Kāda ir atšķirība starp PWM signāla darba ciklu un frekvenci?
PWM signālu darba cikls un biežums bieži tiek sajaukti. Kā mēs zinām, PWM signāls ir kvadrātveida vilnis ar noteiktu laika un izslēgšanas laiku. Par šo summu uz laiku , un izslēgt laikam sauc par vienu laika periodu. Viena laika perioda apgriezto vērtību sauc par frekvenci. Lai gan laika periodu, kurā PWM signālam vajadzētu palikt ieslēgtam vienā laika periodā, nosaka PWM darba cikls.
Vienkāršāk sakot, cik ātri PWM signālam vajadzētu ieslēgties un izslēgties , nosaka PWM signāla frekvence un tādā ātrumā, cik ilgi PWM signālam jāpaliek ieslēgtam , nosaka PWM signāla darba cikls.
Kā pārveidot PWM signālus analogajā spriegumā?
Vienkāršām lietojumprogrammām, piemēram, līdzstrāvas motora ātruma kontrolei vai LED spilgtuma regulēšanai, PWM signāli jāpārvērš analogajā spriegumā. To var viegli izdarīt, izmantojot RC filtru, un to parasti izmanto, ja nepieciešama DAC funkcija. Tā paša ķēde ir parādīta zemāk
Iepriekš redzamajā grafikā dzeltenā krāsa ir PWM signāls, bet zilā krāsa - izejas analogais spriegums. Rezistora R1 un kondensatora C1 vērtību var aprēķināt, pamatojoties uz PWM signāla frekvenci, bet parasti tiek izmantots 5,7K vai 10K rezistors un 0,1u vai 1u kondensators.
Kā aprēķināt PWM signāla izejas spriegumu?
PWM signāla izejas spriegums pēc tā pārveidošanas analogajā būs darba cikla procentuālais daudzums. Piemēram, ja darba spriegums ir 5 V, tad PWM signālam būs arī 5 V, ja tas ir augsts. Šādā gadījumā 100% darba ciklam izejas spriegums būs 5 V, bet 50% darba ciklam tas būs 2,5 V.
Izejas spriegums = darba cikls (%) * 5
Piemēri:
Iepriekš mēs daudzos mūsu projektos izmantojām PWM ar dažādiem mikrokontrolleriem:
- Pulsa platuma modulācija ar ATmega32
- PWM ar Arduino Uno
- PWM ģenerēšana, izmantojot PIC mikrokontrolleru
- Aveņu Pi PWM apmācība
- Servomotora vadība ar Raspberry Pi
- Pulsa platuma modulācija (PWM), izmantojot MSP430G2
- Pulsa platuma modulācija (PWM) STM32F103C8
- Servomotora vadība ar Raspberry Pi
- Līdzstrāvas motora vadība ar Raspberry Pi
- 1 vatu LED regulators
- Arduino bāzes LED regulators, izmantojot PWM
Turpmāk pārbaudiet visus ar PWM saistītos projektus.