Шта је ПВМ - Пулсе Видтх Модулатион

Модулација је нелинеарни електрични процес у коме се параметри једног сигнала (носача) мењају коришћењем другог сигнала (модулационог, информационог). У комуникацијској технологији, фреквенцијска, амплитуда и фазна модулација се широко користе. У енергетској електроници и микропроцесорској технологији, пулсно-ширинска модулација је постала широко распрострањена.

Шта је ПВМ (ширина импулса модулација)

Са модулацијом ширине импулса оригиналног сигнала, амплитуда, фреквенција и фаза оригиналног сигнала остају непромењени. Трајање (ширина) правоугаоног импулса је подложно промени под дејством информационог сигнала. У енглеској техничкој литератури је скраћено ПВМ - пулсно-видтх модулатион.

Како ПВМ функционише

Ширински модулисани сигнал се формира на два начина:

• аналог;
• дигитални.

Са аналогном методом креирања ПВМ сигнала, носач у облику пиластог или троугластог сигнала се доводи до инвертног компаратор улаз, а информације - о неинвертовању. Ако је тренутни ниво носиоца већи од модулирајућег сигнала, онда је излаз компаратора нула, ако је нижи - један. Излаз је дискретни сигнал са фреквенцијом која одговара фреквенцији носећег троугла или тестере, а дужина импулса је пропорционална нивоу модулационог напона.

Као пример, модулација ширине импулса троугластог сигнала се линеарно повећава. Трајање излазних импулса је пропорционално нивоу излазног сигнала.

Аналогни ПВМ контролери су такође доступни у облику готових микрокола, унутар којих су уграђени компаратор и коло за генерисање носача. Постоје улази за повезивање екстерних елемената за подешавање фреквенције и снабдевање информационим сигналом. Из излаза се уклања сигнал који контролише моћне стране кључеве. Постоје и улази за повратне информације - потребни су за одржавање постављених контролних параметара. Такав је, на пример, чип ТЛ494. За случајеве где је снага потрошача релативно мала, доступни су ПВМ контролери са уграђеним тастерима. Унутрашњи кључ микрокола ЛМ2596 је дизајниран за струју до 3 ампера.

Дигитална метода се изводи помоћу специјализованих микрокола или микропроцесора. Дужина импулса се контролише интерним програмом. Многи микроконтролери, укључујући популарне ПИЦ и АВР, имају уграђени модул за хардверску имплементацију ПВМ-а „на плочи“, да бисте примили ПВМ сигнал, потребно је да активирате модул и подесите његове радне параметре.Ако такав модул није доступан, онда се ПВМ може организовати искључиво софтвером, то није тешко. Овај метод даје више снаге и слободе кроз флексибилну употребу излаза, али користи више ресурса контролера.

Карактеристике ПВМ сигнала

Важне карактеристике ПВМ сигнала су:

• амплитуда (У);
• фреквенција (ф);
• радни циклус (С) или радни циклус Д.

Амплитуда у волтима се поставља у зависности од оптерећења. Мора да обезбеди називни напон напајања потрошача.

Фреквенција сигнала модулисана ширином импулса се бира из следећих разлога:

1. Што је фреквенција већа, то је већа тачност контроле.
2. Фреквенција не сме бити нижа од времена одзива уређаја који контролише ПВМ, у супротном ће доћи до уочљивих таласа контролисаног параметра.
3. Што је фреквенција већа, то су већи губици пребацивања. То произилази из чињенице да је време пребацивања кључа коначно. У закључаном стању, сав напон напајања пада на кључном елементу, али струје скоро да нема. У отвореном стању, струја пуног оптерећења тече кроз кључ, али је пад напона мали, пошто је пропусни отпор неколико ома. У оба случаја, дисипација снаге је занемарљива. Прелазак из једног стања у друго се дешава брзо, али не одмах. У процесу откључавања-закључавања, на делимично отвореном елементу пада велики напон и истовремено кроз њега протиче значајна струја. У овом тренутку, расипана снага достиже високе вредности. Овај период је кратак, кључ нема времена да се значајно загреје.Али са повећањем учесталости таквих временских интервала по јединици времена, постаје више, а губици топлоте се повећавају. Због тога је за прављење кључева важно користити брзе елементе.
4. Приликом вожње електрични мотор фреквенција се мора одузети од подручја које особа може чути - 25 кХз и више. Јер на нижој фреквенцији ПВМ јавља се непријатан звиждук.

Ови захтеви су често у сукобу једни са другима, па је избор фреквенције у неким случајевима компромис.

Вредност модулације карактерише радни циклус. Пошто је брзина понављања импулса константна, трајање периода је такође константно (Т=1/ф). Период се састоји од импулса и паузе, који имају трајање, респективно, т_имп и т_паузе, и т_имп+т_паузе=Т. Радни циклус је однос трајања импулса и периода - С \у003д т_имп/Т. Али у пракси се показало да је згодније користити реципрочну вредност - фактор пуњења: Д=1/С=Т/т_имп. Још је згодније изразити фактор пуњења у процентима.

Која је разлика између ПВМ и СИР

У страној техничкој литератури не постоји разлика између пулсно-ширинске модулације и регулације ширине импулса (ПВР). Руски стручњаци покушавају да разликују ове концепте. У ствари, ПВМ је врста модулације, односно промене у сигналу носиоца под утицајем другог, модулационог. Сигнал носиоца делује као носилац информације, а модулациони сигнал поставља ову информацију. А регулација ширине импулса је регулација режима оптерећења помоћу ПВМ-а.

Разлози и примена ПВМ

Принцип модулације ширине импулса се користи у регулатори брзине моћних асинхроних мотора. У овом случају, подесиви сигнал модулације фреквенције (једнофазни или трофазни) генерише генератор синусног таласа мале снаге и на аналоган начин се поставља на носач. Излаз је ПВМ сигнал, који се доводи до тастера потребне снаге. Затим можете проћи резултујућу секвенцу импулса кроз нископропусни филтер, на пример, кроз једноставно РЦ коло, и одабрати оригиналну синусоиду. Или можете без њега - филтрација ће се догодити природно због инерције мотора. Очигледно, што је већа фреквенција носиоца, то је излазни таласни облик ближи оригиналној синусоиди.

Поставља се природно питање - зашто је немогуће одмах појачати сигнал генератора, на пример, користећи моћне транзисторе? Пошто ће регулациони елемент који ради у линеарном режиму прерасподелити снагу између оптерећења и кључа. У овом случају, значајна снага се губи на кључни елемент. Ако моћни контролни елемент ради у кључном режиму (тринистор, триак, РГБТ транзистор), онда се снага распоређује током времена. Губици ће бити много мањи, а ефикасност много већа.

У дигиталној технологији не постоји посебна алтернатива регулацији ширине импулса. Тамо је амплитуда сигнала константна, напон и струја се могу мењати само модулацијом носиоца дуж ширине импулса и накнадним усредњавањем. Због тога се ПВМ користи за регулисање напона и струје на оним објектима који могу да усредсреде импулсни сигнал. Усредњавање се дешава на различите начине:

1. због инерције оптерећења.Дакле, топлотна инерција термоелектричних грејача и сијалица са жарном нити омогућава да се регулисани објекти приметно не охладе у паузама између импулса.
2. Због инерције перцепције. ЛЕД има времена да се гаси од импулса до пулса, али људско око то не примећује и доживљава као константан сјај различитог интензитета. Овај принцип се користи за контролу осветљености тачака ЛЕД монитора. Али неприметно трептање са фреквенцијом од неколико стотина херца је и даље присутно и изазива замор очију.
3. због механичке инерције. Ово својство се користи у контроли брушених ДЦ мотора. Са правилно одабраном фреквенцијом регулације, мотор нема времена да успори у мртвим паузама.

Стога се ПВМ користи тамо где просечна вредност напона или струје игра одлучујућу улогу. Поред наведених уобичајених случајева, ПВМ методом се регулише просечна струја у апаратима за заваривање и пуњачима батерија итд.

Ако природно усредњавање није могуће, у многим случајевима ову улогу може преузети већ поменути нископропусни филтер (ЛПФ) у облику РЦ ланца. За практичне сврхе, ово је довољно, али се мора схватити да је немогуће изоловати оригинални сигнал од ПВМ-а помоћу нископропусног филтера без изобличења. На крају крајева, ПВМ спектар садржи бесконачан број хармоника који ће неизбежно пасти у пропусни опсег филтера. Стога не треба правити илузије о облику реконструисане синусоиде.

Веома ефикасна и ефективна ПВМ РГБ ЛЕД контрола. Овај уређај има три п-н споја - црвени, плави, зелени.Променом одвојене осветљености сјаја сваког канала, можете добити скоро сваку боју ЛЕД сјаја (са изузетком чисто беле). Могућности за креирање светлосних ефеката са ПВМ су бескрајне.

Најчешћа примена дигиталног сигнала модулисаног ширином импулса је контрола просечне струје или напона који тече кроз оптерећење. Али могућа је и нестандардна употреба ове врсте модулације. Све зависи од маште програмера.

Слични чланци: