Omformere, omformere, SMPS-kretser og hastighetskontrollere…. En ting som er vanlig i alle disse kretsene er at den består av mange elektroniske brytere inni den. Disse bryterne er ingenting annet enn kraftelektroniske enheter som MOSFET, IGBT, TRIAC osv. For å kontrollere slike kraftelektroniske brytere bruker vi ofte noe som kalles PWM-signaler (Pulse Width Modulation). Bortsett fra dette brukes PWM-signaler også til å kjøre servomotorer og til andre enkle oppgaver som å kontrollere lysstyrken til en LED.
I vår forrige artikkel lærte vi om ADC, mens ADC brukes til å lese analoge signaler av en digital enhet som mikrokontroller. En PWM kan betraktes som et stikk motsatt av den. PWM brukes til å produsere analoge signaler fra en digital enhet som mikrokontroller. I denne artikkelen vil vi lære om hva som er PWM, PWM-signaler og noen parametere knyttet til det, slik at vi vil være trygge på å bruke dem i designene våre.
Hva er PWM (Pulse Width Modulation)?
PWM står for Pulse Width Modulation; vi vil komme inn på årsaken til et slikt navn senere. Men for nå forstå PWM som en type signal som kan produseres fra en digital IC, for eksempel mikrokontroller eller 555 timer. Det således produserte signalet vil ha et pulstog og disse pulser vil være i form av en firkantbølge. Det vil si at til enhver tid vil bølgen enten være høy eller være lav. For å gjøre det lettere å forstå, la oss vurdere et 5V PWM-signal, i dette tilfellet vil PWM-signalet enten være 5V (høyt) eller på bakkenivå 0V (lavt). Varigheten signalene holder seg høye kalles " på tid " og varigheten der signalet forblir lav kalles " av-tiden ".
For et PWM-signal må vi se på to viktige parametere assosiert med den ene er PWM-driftssyklus og den andre er PWM-frekvens.
Driftssyklus for PWM
Som fortalt tidligere forblir et PWM-signal på i en bestemt tid og forblir deretter av resten av perioden. Det som gjør dette PWM-signalet spesielt og mer nyttig, er at vi kan stille inn hvor lenge det skal være på ved å kontrollere driftssyklusen til PWM-signalet.
Prosentandelen av tid PWM-signalet forblir HØY (i tide) kalles som driftssyklus. Hvis signalet alltid er PÅ, er det i 100% driftssyklus, og hvis det alltid er av, er det 0% driftssyklus. Formlene for å beregne driftssyklusen er vist nedenfor.
Driftssyklus = Slå på tid / (Slå på tid + slå av tid)
Følgende bilde representerer et PWM-signal med 50% driftssyklus. Som du ser, med tanke på en hel tidsperiode (på tid + av) forblir PWM-signalet bare i 50% av tidsperioden.
Frekvens = 1 / Tidsperiode Tidsperiode = På tid + Av tid
Normalt vil PWM-signalene som genereres av mikrokontrolleren være rundt 500 Hz, slike høye frekvenser vil bli brukt i høyhastighets bytteenheter som omformere eller omformere. Men ikke alle applikasjoner krever høy frekvens. For eksempel for å kontrollere en servomotor trenger vi å produsere PWM-signaler med 50Hz frekvens, så frekvensen til et PWM-signal kan også styres av programmet for alle mikrokontrollere.
Noen vanlige spørsmål om PWM
Hva er forskjellen mellom driftssyklusen og frekvensen til et PWM-signal?
Driftssyklusen og frekvensen til PWM-signaler blir ofte forvirret. Som vi vet er et PWM-signal en firkantbølge med en bestemt tid og av tid. Summen av dette på tid og av tid kalles som en tidsperiode. Det omvendte av en tidsperiode kalles frekvens. Mens hvor lang tid PWM-signalet skal være på i en tidsperiode, avgjøres det av PWMs driftssyklus.
For å si det enkelt, hvor raskt PWM-signalet skal slå seg på og av, bestemmes av frekvensen til PWM-signalet, og i hvilken hastighet hvor lenge PWM-signalet skal forbli slått på, avgjøres av PWM-signalets driftssyklus.
Hvordan konvertere PWM-signaler til analog spenning?
For enkle applikasjoner som å kontrollere hastigheten til en DC-motor eller justere lysstyrken på en LED, må vi konvertere PWM-signalene til analog spenning. Dette kan enkelt gjøres ved å bruke et RC-filter og brukes ofte der en DAC-funksjon er nødvendig. Kretsen for det samme er vist nedenfor
I grafen vist ovenfor er den gule fargen PWM-signalet og den blå fargen den analoge utgangsspenningen. Verdien av motstanden R1 og kondensatoren C1 kan beregnes ut fra frekvensen til PWM-signalet, men normalt brukes en 5,7K eller 10K motstand og en 0,1u eller 1u kondensator.
Hvordan beregne utgangsspenningen til PWM-signalet?
Utgangsspenningen til et PWM-signal etter konvertering til analog vil være prosentandelen av driftssyklus. For eksempel hvis driftsspenningen er 5V, vil PWM-signalet også ha 5V når det er høyt. I slike tilfeller for en 100% driftssyklus vil utgangsspenningen være 5V for en 50% driftssyklus vil den være 2,5V.
Utgangsspenning = Driftssyklus (%) * 5
Eksempler:
Vi har tidligere brukt PWM med forskjellige mikrokontroller i mange av våre prosjekter:
- Pulsbredde Modulasjon med ATmega32
- PWM med Arduino Uno
- Genererer PWM ved hjelp av PIC Microcontroller
- Raspberry Pi PWM opplæring
- Servomotorstyring med Raspberry Pi
- Pulsbreddemodulering (PWM) ved bruk av MSP430G2
- Pulsbreddemodulering (PWM) i STM32F103C8
- Servomotorstyring med Raspberry Pi
- DC Motor Control med Raspberry Pi
- 1 watt LED-dimmer
- Arduino-basert LED-dimmer ved bruk av PWM
Se videre alle PWM-relaterte prosjekter her.