Darbe genişliği modülasyonu

PWM veya PWM (Darbe Genişliği Modülasyonu), bir yüke giden güç kaynağını kontrol etmenin bir yoludur. Kontrol, darbe süresinin sabit bir darbe tekrarlama hızında değiştirilmesinden oluşur. Darbe Genişliği Modülasyonu analog, dijital, ikili ve üçlü olarak mevcuttur.

Darbe genişliği modülasyonunun kullanılması, özellikle günümüzde çeşitli elektronik cihazlar için ikincil güç kaynaklarının temelini oluşturan darbe dönüştürücüler olmak üzere elektrik dönüştürücülerin verimliliğini artırmayı mümkün kılar. Geri dönüş ve ileri tek, itme-çekme ve yarım köprü ile köprü anahtarlama dönüştürücüler günümüzde PWM'nin katılımıyla kontrol edilmektedir, bu aynı zamanda rezonans dönüştürücüler için de geçerlidir.

Darbe genişliği modülasyonu, cep telefonlarının, akıllı telefonların, dizüstü bilgisayarların sıvı kristal ekranlarının arka ışığının parlaklığını ayarlamanıza olanak tanır. PWM uygulanır Kaynak makineleri, araba invertörlerinde, şarj cihazlarında vb. Günümüzde her şarj cihazı, çalışmasında PWM kullanır.

Anahtar modlu iki kutuplu ve alan etkili transistörler, modern yüksek frekans dönüştürücülerde anahtarlama elemanları olarak kullanılır. Bu, transistörün periyodunun bir kısmının tamamen açık olduğu ve periyodun bir kısmının tamamen kapalı olduğu anlamına gelir.

Ve sadece onlarca nanosaniye süren geçici durumlarda, anahtarın saldığı güç anahtarlanan güce göre küçük olduğundan, sonuç olarak anahtarda ısı şeklinde salınan ortalama güç ihmal edilebilir düzeydedir. Bu durumda, kapalı durumda, bir anahtar olarak transistörün direnci çok küçüktür ve üzerindeki voltaj düşüşü sıfıra yaklaşır.

Açık durumda, transistörün iletkenliği sıfıra yakındır ve pratik olarak içinden akım geçmez. Bu, yüksek verimliliğe, yani düşük ısı kayıplarına sahip kompakt dönüştürücüler oluşturmayı mümkün kılar. ZCS (Sıfır Akım Anahtarlamalı) rezonans dönüştürücüler bu kayıpları en aza indirir.

Analog tip PWM üreteçlerinde, örneğin karşılaştırıcının evirici girişine bir üçgen veya üçlü sinyal uygulandığında ve evirmeyen girişe modüle edici bir sürekli sinyal uygulandığında, kontrol sinyali bir analog karşılaştırıcı tarafından üretilir.

Çıkış darbeleri alınır dikdörtgen, tekrar oranları testerenin frekansına (veya üçgen dalga biçimine) eşittir ve darbenin pozitif kısmının süresi, ters çevirmeyen girişe uygulanan modüle edici DC sinyalinin seviyesinin uygulandığı süre ile ilgilidir. karşılaştırıcı, evirme girişine beslenen testere sinyalinin seviyesinden daha yüksektir.Testere gerilimi modüle edici sinyalden yüksek olduğunda, çıkış darbenin negatif kısmı olacaktır.

Testere, karşılaştırıcının ters çevirmeyen girişine uygulanırsa ve ters çeviren sinyale modüle edici sinyal uygulanırsa, testere voltajı modüle edici sinyalin değerinden yüksek olduğunda kare dalga çıkış darbeleri pozitif bir değere sahip olacaktır. ters girişe uygulanır ve negatif - testere voltajı modüle edici sinyalden düşük olduğunda. Analog PWM üretimine bir örnek, günümüzde anahtarlamalı güç kaynaklarının yapımında yaygın olarak kullanılan TL494 yongasıdır.

Dijital PWM, ikili dijital teknolojide kullanılır. Çıkış darbeleri de iki değerden (açık veya kapalı) yalnızca birini alır ve ortalama çıkış seviyesi istenen değere yaklaşır.Burada N bitlik bir sayaç kullanılarak testere dişi sinyali elde edilir.

PWM dijital cihazları ayrıca, kontrol edilen cihazın tepki süresini zorunlu olarak aşan sabit bir frekansta çalışır, bu yaklaşıma aşırı örnekleme denir. Saat kenarları arasında, dijital PWM çıkışı, sayaç sinyalinin seviyelerini ve yaklaşık dijital olanı karşılaştıran dijital karşılaştırıcının çıkışının mevcut durumuna bağlı olarak sabit, yüksek veya düşük kalır.

Çıkış, 1 ve 0 durumlarına sahip bir darbe dizisi olarak saatlenir, saatin her durumu tersine çevrilebilir veya çevrilmeyebilir. Darbelerin frekansı, yaklaşan sinyalin seviyesiyle orantılıdır ve ardışık birimler daha geniş, daha uzun bir darbe oluşturabilir.

Ortaya çıkan değişken genişlikli darbeler, saat periyodunun katları olacaktır ve frekans, 1 / 2NT'ye eşit olacaktır; burada T, saat periyodudur, N, saat çevrimlerinin sayısıdır. Burada saat frekansı açısından daha düşük bir frekans elde edilebilir. Açıklanan dijital üretim şeması, bir bitlik veya iki seviyeli PWM, darbe kodlu PCM modülasyonudur.

Bu iki aşamalı darbe kodlu modülasyon, esasen 1/T frekansına ve T veya 0 genişliğine sahip bir darbe dizisidir. Yüksek örnekleme, daha uzun bir süre boyunca ortalama almak için kullanılır. Yüksek kaliteli PWM, darbe frekansı modülasyonu olarak da adlandırılan tek bitlik darbe yoğun modülasyonla elde edilir.

Dijital darbe genişliği modülasyonunda, periyodu dolduran dikdörtgen alt darbeler periyodun herhangi bir yerinde görünebilir ve bu durumda sadece sayıları periyot için sinyalin ortalama değerini etkiler. Yani periyodu 8 parçaya bölersek, darbe kombinasyonları 11001100, 11110000, 11000101, 10101010, vb. aynı periyot ortalamasını verecektir, ancak bireysel üniteler, anahtar transistörün görev döngüsünü daha ağır hale getirir.

PWM'den bahseden elektroniğin aydınlatıcıları, mekaniğe benzer bir analoji verir. Ağır bir volanı motor açılıp kapatıldıktan sonra motorla birlikte çevirirseniz, volan ya dönerek dönmeye devam eder ya da motor kapalıyken sürtünme nedeniyle durur.

Ancak motor dakikada birkaç saniye çalıştırılırsa, belirli bir hızda atalet nedeniyle volanın dönüşü korunacaktır. Ve motor ne kadar uzun süre çalıştırılırsa, volanın dönme hızı o kadar yüksek olur.Yani PWM ile çıkışa bir açma kapama sinyali (0 ve 1) gelir ve sonuç ortalama bir değerdir. Darbelerin voltajını zamanla entegre ederek, darbelerin altındaki alanı elde ederiz ve çalışan gövde üzerindeki etki, voltajın ortalama değeri ile yapılan iş ile aynı olacaktır.

Anahtarlamanın saniyede binlerce kez gerçekleştiği ve frekansların megahertz birimlerine ulaştığı dönüştürücüler bu şekilde çalışır. Özel PWM kontrolörleri, enerji tasarruflu lambaların, güç kaynaklarının balastlarını kontrol etmek için yaygın olarak kullanılmaktadır. motorlar için frekans dönüştürücüler vesaire.

Darbe periyodunun toplam süresinin açık zamana (darbenin pozitif kısmı) oranına görev döngüsü denir. Yani, açma süresi 10 μs ise ve periyot 100 μs ise, o zaman 10 kHz frekansta görev döngüsü 10 olur ve S = 10 yazarlar. Ters görev döngüsüne görev denir döngüsü, İngilizce Görev döngüsü veya kısaca DC.

Dolayısıyla, verilen örnek için DC = 0,1 çünkü 10/100 = 0,1. Darbe genişliği modülasyonu ile, darbenin görev döngüsünü ayarlayarak, yani doğru akımı değiştirerek, elektronik veya motor gibi başka bir elektrikli cihazın çıkışında gerekli ortalama değer elde edilir.