PWM

pwm俄语介绍

Широтно-импульсная модуляция применяется в технике, как способ преобразования переменного напряжения в постоянное, с изменением его среднего значения (Ud). Управление средним значением напряжения происходит путем изменения скважности импульсов.

Скважность – это отношение одного периода, к времени действия (длительности) импульса в нем. В англоязычной литературе часто встречается понятие коэффициент заполнения, который обратно пропорционален скважности. Формула скважности:

где S – скважность,

T – длительность периода, с;

t – время действия импульса (длительность), с;

D – коэффициент заполнения.

То есть, не смотря на то, что скважность и коэффициент заполнения могут использоваться в одинаковом контексте, физический смысл их отличается. Эти величины безразмерны. Коэффициент заполнения обычно отображают в процентах (%).

Рисунок 1 – Скважность импульсов

На приведенном выше рисунке изображены импульсы, которые возникают с определенной периодичностью, рассмотрим первый случай. Длительность импульса равна ¼ периода Т, это означает, что коэффициент заполнения равен 25%,

pwm俄语介绍

а скважность – 4. Аналогично все выполняется и для остальных случаев. Специфическое название имеется у второго набора импульсов, когда коэффициент заполнения – 50%, этот сигнал называется меандр.

Существуют цифровые и аналоговые ШИМ. Принцип их работы остается одинаковым вне зависимости от исполнения.

Принцип действия заключается в сравнении двух видов сигналов:

Uоп – опорное (пилообразное, треугольное) напряжение;

Uупр – входное постоянное напряжение.

Эти сигналы поступают на компаратор, где они сравниваются и при их пересечении возникает / исчезает (или становится отрицательным) сигнал на выходе ШИМ.

Выходное напряжение Uвых ШИМ имеет вид импульсов, изменяя их длительность, регулируем среднее значение напряжения (Ud) на выходе ШИМ:

Uупр

Рисунок 2 – Скважность сигнала при однополярной ШИМ

На рисунке 2 изображена однополярная модуляция, которая означает, что происходит формирование импульсов только положительной величины и имеет место нулевое значение напряжения. Осуществить однополярную модуляцию в некоторых схемах невозможно, ее преимущество: малое амплитудное значение высокочастотных гармоник. В двухполярной модуляции вместо нулевого длительного напряжения формируется отрицательное напряжение, она проиллюстрирована ниже.

pwm俄语介绍

Преимущество использования ШИМ - это легкость изменения величины напряжения при минимальных потерях. Конечно же, можно, использовать делитель напряжения, но его работа основана на применении резисторов, а на них происходит рассеивание энергии, что в свою очередь вызывает нагрев и неэкономичность (преобразование электрической энергии в тепловую).

Работа широтно-импульсного преобразователя реализуется с помощью полупроводниковых приборов – транзисторов. Максимальные потери на транзисторах бывают в полуоткрытом их состоянии. Поэтому используют два крайних их положения: полностью открыты или закрыты, тогда потери минимальны. Частота срабатывания транзисторов очень большая, то есть переходные состояния имеют мало времени и потери, фактически, сводятся к нулю.

Изменение яркости дисплеев на мониторах, телефонах осуществляется с помощью ШИМ, так как это надежный, простой, компактный и экономичный способ регулирования постоянного напряжения.

ШИМ нашел широкое применение как регулятор оборотов двигателей постоянного тока (ДПТ).

Рисунок 3 – Схема ШИМ регулятора

Схема ШИМ управления двигателя постоянного тока состоит из тиристорного преобразователяVS1-VS6, сглаживающего конденсатора С. Транзисторы VT1-VT4 реализуют подачу импульсного напряжения на двигатель постоянного тока М. С помощью обратных диодов VD1-VD4, энергия будет отдаваться в сеть при торможении двигателя. Наличие в данной схеме четырех транзисторов дает возможность работы ДПТ во всех 4-х квадрантах механической характеристики.

Принцип работы схемы основан на двухполярной модуляции:

pwm俄语介绍

Рисунок 4 – Двухполярная

широтно-импульсная модуляция