Hva er PWM, hvordan måler du det?

PWM står for pulsbreddemodulasjon som indikerer den variable karakteren til pulsbredden som kan genereres fra en bestemt kilde, slik som en diskret IC, MCU eller en transistorisert krets.

Hva er PWM

Enkelt sagt er en PWM-prosess ingenting annet enn å slå PÅ og AV en forsyningsspenning med en bestemt hastighet med forskjellige PÅ / AV-tidsforhold. Her kan bryterens PÅ-lengde på spenningen være større, mindre eller lik bryter-AV-lengden.

For eksempel kan en PWM bestå av en spenning som er fast for å slå PÅ og AV med hastigheten på 2 sekunder PÅ 1 sekund AV, 1 sekund PÅ 2 sekund AV eller 1 sekund PÅ, 1 sekund AV.

Når denne PÅ / AV-frekvensen for en forsyningsspenning er forskjellig optimalisert, sier vi at spenningen er en PWM- eller pulsbreddemodulert.

Dere må alle være kjent når det gjelder hvordan et konstant DC-potensial vises i en tidsgraf for spenning v / s som vist nedenfor:

På bildet ovenfor kan vi se en rett linje på 9V-nivå, dette oppnås fordi 9V-nivået ikke endrer seg med hensyn til tid, og derfor er vi i stand til å være vitne til en rett linje.

Nå hvis denne 9V er slått PÅ og AV etter hvert 1 sekund, vil grafen ovenfor se slik ut:

Vi kan tydelig se at nå er 9V-linjen ikke lenger en rettlinjevurderer i form av blokker etter hvert 1 sekund, siden 9V slås PÅ og AV etter hvert sekund vekselvis.

Ovennevnte spor ser ut som rektangelblokker fordi når 9V slås PÅ og AV, er operasjonene øyeblikkelige, noe som plutselig får 9V til å gå til null nivå og deretter plutselig til 9V nivå og derved danne de rektangulære figurene på grafen.

Ovennevnte tilstand gir opphav til en pulserende spenning som har to parametere som måles, nemlig toppspenningen og gjennomsnittsspenningen eller RMS-spenningen.

Topp og gjennomsnittlig spenning

I det første bildet er toppspenningen åpenbart 9V, og gjennomsnittsspenningen er også 9V bare fordi spenningen er konstant uten brudd.

Men i det andre bildet, selv om spenningen er slått PÅ / AV ved 1 Hz-hastighet (1 sekund PÅ, 1 sekund AV), vil toppen likevel være lik 9V, fordi toppen alltid når 9V-merket i PÅ-periodene. Men den gjennomsnittlige spenningen her er ikke 9V, heller 4,5V fordi spenningens fabrikasjon og brudd gjøres med 50% hastighet.

I PWM-diskusjoner kalles denne PÅ / AV-hastigheten PWM-plikten, og i ovennevnte tilfelle er det en 50% pliktsyklus.

Når du måler en PWM med et digitalt multimeter på et DC-område, vil du alltid få gjennomsnittsverdien på måleren.

Nye hobbyfolk blir ofte forvirret med denne lesingen og tar den som toppverdien, noe som er helt feil.

Som forklart ovenfor vil toppverdien til en PWM stort sett være lik forsyningsspenningen som mates til kretsen, mens den gjennomsnittlige volumet på måleren vil være gjennomsnittet av PWM-ene PÅ / AV-perioder.

Bytte Mosfet med PWM

Så hvis du bytter en mosfet med en PWM og finner at portens spenning er, si for eksempel 3V, ikke få panikk, siden dette kan være bare den gjennomsnittlige spenningen som er angitt av måleren, toppspenningen kan være så høy som kretsens forsyning Spenning.

Derfor kunne mosfet forventes å lede seg fint og fullstendig gjennom disse toppverdiene, og den gjennomsnittlige spenningen ville bare påvirke ledningsperioden, ikke enhetens koblingsspesifikasjon.

Som vi diskuterte i de foregående avsnittene, involverer en PWM fundamentalt variasjonen av pulsbredden, med andre ord PÅ og AV-periodene for DC.

La oss for eksempel si at du vil ha en PWM-utgang med en PÅ-tid som er 50% mindre enn PÅ-tiden.

La oss anta at den valgte PÅ-tiden er 1/2 sekund, da vil AV-tiden være lik 1 sekund, noe som vil gi opphav til en driftssyklus på 1/2 sekund PÅ og 1 sekund AV, som det kan sees i følgende diagram .

Analyserer PWMs driftssyklus

I dette eksemplet er PWMene optimalisert for å produsere en toppspenning på 9V, men en gjennomsnittlig spenning på 3,15V siden PÅ-tiden er bare 35% av en fullstendig PÅ / AV-syklus.

Én komplett syklus refererer til tidsperioden som gjør at den gitte pulsen kan fullføre en full PÅ-tid og en AV-tid.

Tilsvarende kan man tenke seg å optimalisere pulsbredden til en frekvens med følgende data:

Her kan ON-tiden ses økt enn OFF-tiden med 65% over en hel syklus, derfor blir den gjennomsnittlige verdien av spenningen 5,85V.

Ovennevnte omtalte gjennomsnittsspenning kalles også RMS eller rotens middelverdien av spenningen.

Siden disse alle er rektangulære eller firkantede pulser, kan RMS beregnes ved å multiplisere driftssyklusprosenten med toppspenningen.

Optimalisering av PWM for å simulere Sinewave

I tilfeller der PWM er optimalisert for å simulere en AC-puls, blir beregningen for RMS imidlertid litt kompleks.

La oss ta eksemplet med følgende PWM som er optimalisert for å variere bredden tilsvarende den varierende amplituden eller nivået til et sinusformet vekselstrømssignal.

Du kan lære mer om dette gjennom en av mine tidligere artikler der jeg har forklart hvordan IC 555 kan brukes til genererer sinusbølgeekvivalent PWM-utgang .

Som vi kan se i bildet ovenfor, endres pulsenes bredde med hensyn til sinusbølgens øyeblikkelige nivå. Når sinusbølgen har en tendens til å nå toppen, blir den tilsvarende bredden på pulsen bredere og omvendt.

Bruke SPWM

Dette indikerer at fordi sinusbølgespenningsnivået endrer seg kontinuerlig med tiden, endres også PWM-ene med tiden ved konstant å variere bredden. Slike PWM blir også referert til som SPWM eller Sinewave Pulse Width Modulation.

I ovennevnte tilfelle er således ikke pulsen konstant, men endrer bredden forskjellig med tiden.

Dette gjør RMS eller beregningen av gjennomsnittsverdien litt kompleks, og vi kan ikke bare multiplisere driftssyklusen med toppspenningen her for å oppnå RMS.

Selv om den faktiske formelen for å utlede RMS-uttrykket er ganske kompleks, blir den endelige implementeringen etter passende avledninger ganske enkel.

Beregning av RMS-spenning av en PWM

For beregning av RMS for en varierende PWM-spenning som svar på en sinusbølge kan således anskaffes ved å multiplisere 0,7 (konstant) med toppspenningen.

Så for en 9V-topp får vi 9 x 0,7 = 6,3V, det er RMS-spenningen eller gjennomsnittsverdien av en 9V-topp til topp-PWM som simulerer en sinusbølge.

Rollen til PWM i elektroniske kretser?

Du vil finne at PWM-konseptet egentlig er assosiert med
kretsutforming som har induktorer involvert, spesielt buck boost-topologier som omformere, SMPS , MPPT, LED-driverkretser etc.

Uten en induktor kan en PWM-funksjon ikke ha noen reell verdi eller rolle i en gitt krets, dette er fordi bare en induktor har den iboende funksjonen å transformere en varierende pulsbredde til en tilsvarende mengde trappet opp (forsterket) eller trappet ned (bucked) spenning eller strøm, som blir den eneste ideen til en PWM-teknologi.

Bruke PWM med induktorer

For å forstå hvordan PWM påvirker en induktorutgang når det gjelder spenning og strøm, ville det være viktig å lære hvordan en induktor oppfører seg under påvirkning av en pulserende spenning.

I et av mine tidligere innlegg forklarte jeg angående hvordan en buck boost krets fungerer , er dette et klassisk eksempel for å demonstrere hvordan PWM eller en varierende pulsbredde kan brukes til å dimensjonere en induktorutgang.

Det er velkjent at en induktor alltid motsetter seg en plutselig påføring av spenning over den og at den bare kan passere etter en viss tid, avhengig av dens viklingsspesifikasjoner, og under denne prosessen lagrer den en tilsvarende mengde energi i den.

Hvis spenningen plutselig blir slått AV i løpet av den ovennevnte prosessen, er induktoren ikke i stand til å takle denne plutselige forsvinningen av den påførte spenningen og prøver å balansere den ved å frigjøre den lagrede strømmen i den.

Reaksjon av induktor til PWM

Dermed vil en induktor prøve å motsette seg å slå på spenning ved å lagre strøm og prøve å utjevne som svar på en plutselig slå av spenningen ved å 'sparke' den lagrede energien tilbake i systemet.

Dette tilbakeslaget kalles baksiden av en induktor, og innholdet av denne energien (spenning, strøm) vil avhenge av spesifikasjonene for induktorviklingen.

I utgangspunktet bestemmer antall svinger om EMF skal være høyere i spenning enn forsyningsspenning eller lavere enn forsyningsspenning, og tykkelsen på ledningen bestemmer hvor mye strøm induktoren kan være i stand til å gi.

Det er et annet aspekt av induktoren ovenfor, som er tidspunktet for spenningens PÅ / AV-perioder.

Det er her bruken av en PWM blir avgjørende.

Selv om antall svinger i utgangspunktet bestemmer utgangsverdiene for en bestemt, kan disse også variere etter ønske ved å mate en optimalisert PWM-intro til en induktor.

Gjennom en variabel PWM kan vi tvinge en induktor til å generere / konvertere spenninger og strømmer til enhver ønsket hastighet, enten som en forsterket spenning (redusert strøm), eller forsterket strøm (redusert spenning) eller omvendt.

I noen applikasjoner kan en PWM brukes selv uten en induktor, for eksempel for å dempe et LED-lys, eller i MCU-tidskretser, der utgangen kan optimaliseres for å generere spenninger ved forskjellige brytere PÅ, slå av perioder for å kontrollere en belastning iht. dens tiltenkte arbeidsspesifikasjoner.