8. Modulacija širine impulsa u pretvaračima

8.1. Opće informacije

Principi pulsne kontrole i modulacije razmatrani su u pogl. 4 na primjeru najjednostavnijeg sklopa istosmjernog regulatora. Istodobno su dane definicije za glavne vrste impulsne modulacije korištene u teoriji linearnih impulsnih sustava, a koje odgovaraju praksi upravljanja impulsnim istosmjernim pretvaračima.

Međutim, pulsno-širinska modulacija napona ili struja u AC pretvaračima ima nešto drugačiju definiciju u energetskoj elektronici, uzimajući u obzir značajke PWM-a pri rješavanju problema pretvorbe električne energije u izmjeničnu struju. Kako je definirano u IEC 551-16-30, modulacija širine impulsa odnosi se na kontrolu impulsa u kojoj se širina ili frekvencija impulsa, ili oboje, moduliraju unutar razdoblja osnovne frekvencije kako bi se stvorio određeni oblik valnog oblika izlaznog napona. . U većini slučajeva, PWM se provodi kako bi se osigurao sinusni napon ili struja, odnosno kako bi se smanjila razina viših harmonika u odnosu na osnovni (prvi) harmonik, a naziva se sinusoidnim. Postoje sljedeće glavne metode za osiguranje sinusoidnosti: analogni PWM i njegove modifikacije; selektivno (selektivno) potiskivanje viših harmonika; histereza ili delta modulacija;

modulacija vektora prostora.

Klasična varijanta organiziranja analognog sinusoidalnog PWM-a je promjena širine impulsa koji tvore izlazni napon (struju) uspoređivanjem naponskog signala zadanog oblika, koji se naziva referentnim ili referentnim, s trokutastim naponskim signalom koji ima viši frekvencija i naziva se nosivi signal. Referentni signal je modulirajući i određuje traženi oblik izlaznog napona (struje). Postoje mnoge modifikacije ove metode, u kojima su modulirajući signali predstavljeni posebnim funkcijama osim sinusoidom. Bilješke s predavanja će pokriti nekoliko osnovnih sklopova koji objašnjavaju ove PWM metode.

Metoda selektivnog potiskivanja viših harmonika trenutno se uspješno provodi pomoću mikroprocesorskih kontrolera baziranih na softveru. Histerezna modulacija temelji se na principima releja koji "prati" referentni signal, na primjer, sinusni valni oblik. U najjednostavnijoj tehničkoj izvedbi, ova metoda kombinira principe PWM i PFM (pulsno frekvencijska modulacija). Međutim, pomoću posebnih mjera sklopa moguće je stabilizirati frekvenciju modulacije ili ograničiti raspon njezine promjene.

Metoda modulacije vektora prostora temelji se na pretvaranju trofaznog naponskog sustava u dvofazni i dobivanju generaliziranog vektora prostora. Vrijednost ovog vektora se izračunava u vremenima određenim temeljnom i modulirajućom frekvencijom. Smatra se vrlo obećavajućim za upravljanje trofaznim pretvaračima, posebno kada se koriste u električnom pogonu. Istodobno, u mnogočemu je sličan tradicionalnom sinusnom PWM-u.

Upravljački sustavi temeljeni na PWM omogućuju ne samo da se osigura sinusoidni oblik prosječnih vrijednosti osnovnog harmonika napona ili struje, već i da se kontroliraju vrijednosti njegove amplitude, frekvencije i faze. Budući da u tim slučajevima pretvarač koristi potpuno kontrolirane sklopke, postaje moguće implementirati rad AC (DC) pretvarača zajedno s izmjeničnom mrežom u sva četiri kvadranta u ispravljačkom i invertirajućem modu s bilo kojom zadanom vrijednošću temeljnog faktora snage cosφ u rasponu od -1 do 1. Štoviše, s povećanjem frekvencije nositelja širi se mogućnosti reprodukcije strujnih i naponskih pretvarača zadanog oblika na izlazu. To vam omogućuje stvaranje aktivnih filtara za potiskivanje viših harmonika.

Glavne definicije korištene u daljnjem prikazu razmotrit ćemo na primjeru primjene prve metode u jednofaznom polumostnom krugu izmjenjivača napona (slika 8.1, ali). U ovoj uvjetnoj shemi, ključevi S1 I S2 predstavljeni su potpuno kontroliranim sklopnim elementima, dopunjenim diodama spojenim serijski i paralelno s njima. Serijske diode odražavaju jednosmjerno vođenje ključeva (na primjer, tranzistori ili tiristori), dok paralelne diode osiguravaju provođenje obrnutih struja s aktivno-induktivnim opterećenjem.

Dijagrami referentne, modulirajuće u M (θ) i nosač u H (θ) signali prikazani su na sl. 8.1, b. Generiranje impulsa upravljanja ključem S 1 i S 2 provodi se prema sljedećem principu. Na u M (θ) > u H(θ) ključ S 1 je uključen, a S 2 isključen. Na u M(θ)< u H (θ) stanja ključeva su obrnuta: S 2 - omogućeno, a S 1 - isključeno. Tako se na izlazu pretvarača formira napon u obliku dva polarna impulsa. U stvarnim krugovima, kako bi se isključio istovremeno provođenje ključeva S 1 i S 2, potrebno je osigurati određeno kašnjenje između trenutaka generiranja signala za uključivanje ovih tipki. Očito, širina impulsa ovisi o omjeru amplituda signala u M (θ) i u H(θ). Parametar koji karakterizira ovaj omjer naziva se indeks amplitudske modulacije i određuje se formulom (8.1):

, (8.1.)

gdje U M m i U H m - maksimalne vrijednosti modulirajućeg signala u M (θ) i signal nosioca u H(θ), respektivno.

Riža. 8.1. Jednofazni polumostni inverter napona: ali- shema; b– dijagrami napona za impulsnu modulaciju

Frekvencija nosioca u H (θ) je jednak frekvenciji prebacivanja f H tipke S 1 i S 2 i obično značajno premašuje frekvenciju modulirajućeg signala f M. Odnos frekvencija f Ruka f M je važan pokazatelj učinkovitosti procesa modulacije i naziva se indeks frekvencijske modulacije, koji se određuje formulom (8.2):

Za male vrijednosti M f signale u M (θ) i u H (θ) mora biti sinkroniziran kako bi se izbjegli neželjeni subharmonici. B kao maksimalnu vrijednost Moj, koji određuje potrebu za sinkronizacijom, postavlja se M f = 21. Očito, sa sinkroniziranim signalima i koef M f je konstanta.

Iz dijagrama na sl. 8.1 može se vidjeti da je amplituda prvog harmonika izlaznog napona U am 1, uzimajući u obzir (8.1), može se predstaviti u sljedećem obliku (8.3):

(8.3)

Prema (8.3) for M a = 1 amplituda prvog harmonika izlaznog napona jednaka je visini poluvalnog pravokutnika U d/2. Karakteristična ovisnost relativne vrijednosti prvog harmonika izlaznog napona o vrijednosti M a prikazana je na sl. 8.2, što pokazuje da je promjena M a od 0 do 1 je linearan i ovisi o amplitudi U sam 1. Granična vrijednost M a određen je principom razmatrane vrste modulacije prema kojem je najveća vrijednost U am 1 ograničena je visinom pravokutnog poluvala jednaka U d/2. Uz daljnje povećanje koeficijenta M modulacija dovodi do nelinearnog povećanja amplitude U am 1 do maksimalne vrijednosti određene formiranjem napona pravokutnog vala na izlazu pretvarača, koji nakon toga ostaje nepromijenjen.

Proširenje pravokutne funkcije u Fourierov red daje najveću vrijednost (8.4):

(8.4)

Ova je vrijednost ograničena vrijednošću indeksa M a, koja varira u rasponu od 0 do oko 3. Očito je da je funkcija na intervalu a-b vrijednosti ​​od 1 do 3.2 nelinearna (slika 8.2). Način rada u ovom odjeljku naziva se preko modulacija.

Značenje M f određena izborom frekvencije signala nosioca u H (θ) i značajno utječe na tehničke karakteristike pretvarača. Povećanjem frekvencije povećavaju se sklopni gubici u sklopkama snage pretvarača, ali se istovremeno poboljšava spektralni sastav izlaznog napona i pojednostavljuje rješenje problema filtriranja viših harmonika zbog procesa modulacije. Važan faktor pri odabiru vrijednosti f H u mnogim slučajevima je potreba da se osigura njegova vrijednost u audio frekvencijskom području većem od 20 kHz. Prilikom odabira f H također treba uzeti u obzir razinu radnih napona pretvarača, njegovu snagu i druge parametre.

Riža. 8.2. Ovisnost relativne vrijednosti amplitude osnovnog harmonika izlaznog napona o indeksu amplitudske modulacije za jednofazni polumostni krug

Opći trend ovdje je povećanje vrijednosti M f pretvarači male snage i niskog napona i obrnuto. Izbor pjesnika M f je problem višeobjektivne optimizacije.

Impulsna modulacija sa stohastičkim procesom. Upotreba PWM-a u pretvaračima povezana je s pojavom viših harmonika u moduliranim naponima i strujama. Štoviše, u spektralnom sastavu ovih parametara najznačajniji se harmonici javljaju na frekvencijama koje su višestruke od indeksa frekvencijske modulacije M f a harmonici grupirani oko njih na bočnim frekvencijama sa sve manjim amplitudama. Viši harmonici mogu dovesti do sljedećih glavnih problema:

pojava akustične buke;

pogoršanje elektromagnetske kompatibilnosti (EMC) s drugim električnim uređajima ili sustavima.

Glavni izvori akustične buke su elektromagnetske komponente (prigušnice i transformatori), na koje utječu struja i napon koji sadrže više harmonike s frekvencijama u audio rasponu. Treba napomenuti da se šum može pojaviti na određenim frekvencijama, gdje su viši harmonici na svom maksimumu. Čimbenici koji uzrokuju šum, kao što je fenomen magnetostrikcije, kompliciraju rješavanje EMC problema. Problemi s EMC mogu se pojaviti u širokom rasponu frekvencija, ovisno o ozbiljnosti razine elektromagnetskih smetnji električnih uređaja. Tradicionalno, za smanjenje razine buke korištena su dizajnerska i tehnološka rješenja, a za osiguranje EMC-a korišteni su pasivni filtri.

Metode povezane s promjenom prirode spektralnog sastava moduliranih napona i struja smatraju se obećavajućim smjerom za rješavanje ovih problema. Bit ovih metoda je izjednačavanje frekvencijskog spektra i smanjenje amplitude izraženih harmonika zbog njihove stohastičke raspodjele u širokom frekvencijskom rasponu. Ova tehnika se ponekad naziva "razmazivanje" frekvencijskog spektra. Koncentracija energije interferencije opada na frekvencijama gdje harmonici mogu biti najviši. Implementacija ovih metoda nije povezana s utjecajem na komponente energetskog dijela pretvarača i u većini slučajeva je ograničena softverskim alatima uz neznatnu promjenu u upravljačkom sustavu.

Razmotrimo ukratko principe implementacije ovih metoda. PWM se temelji na promjeni radnog ciklusa γ= t i / T n, gdje t u - trajanje pulsa; T n- razdoblje njegovog nastanka. Obično su ove vrijednosti, kao i položaj pulsa na intervalu razdoblja T n su konstantne u stabilnom stanju. PWM rezultati definirani su kao integralne prosječne vrijednosti. U ovom slučaju, determinističke vrijednosti t i uključujući položaj impulsa uzrokuju nepovoljan spektralni sastav moduliranih parametara. Ako se tim veličinama zada nasumičan karakter uz održavanje zadane vrijednosti γ, tada procesi postaju stohastički i spektralni sastav moduliranih parametara se mijenja. Na primjer, takav slučajni znak može se dati položaju impulsa t a na intervalu razdoblja T n ili osigurati stohastičku promjenu potonjeg. U tu svrhu može se koristiti generator slučajnih brojeva koji djeluje na glavni generator frekvencije modulacije f n =1/T n. Slično, možete promijeniti položaj pulsa u intervalu T n s matematičkim očekivanjem jednakim nuli. Prosječna integralna vrijednost γ mora ostati na razini koju je postavio upravljački sustav, zbog čega će se spektralni sastav viših harmonika u moduliranim naponima i strujama izjednačiti.

Pitanja za samokontrolu

1. Navedite glavne metode PWM za dobivanje sinusoidne struje ili napona.

2. Koja je razlika između unipolarne modulacije napona i bipolarne?

3. Navedite glavne PWM parametre.

4. Koja je svrha korištenja PWM-a sa stohastičkim procesima?

Pulsno-širinska modulacija (PWM) je metoda pretvorbe signala u kojoj se mijenja trajanje impulsa (radni ciklus), dok frekvencija ostaje konstantna. U engleskoj terminologiji naziva se PWM (pulse-width modulation). U ovom članku ćemo detaljno razumjeti što je PWM, gdje se koristi i kako radi.

Područje primjene

S razvojem tehnologije mikrokontrolera otvorile su se nove mogućnosti za PWM. Ovaj princip postao je temelj za elektroničke uređaje koji zahtijevaju i podešavanje izlaznih parametara i njihovo održavanje na zadanoj razini. Metoda pulsno-širinske modulacije koristi se za promjenu svjetline svjetlosti, brzinu rotacije motora, kao i za upravljanje tranzistorom snage impulsnog tipa napajanja (PSU).

Pulsna širina (PW) modulacija aktivno se koristi u konstrukciji LED sustava za kontrolu svjetline. Zbog male inercije, LED ima vremena da se uključi (treperi i ugasi) na frekvenciji od nekoliko desetaka kHz. Njegov rad u pulsirajućem načinu ljudsko oko percipira kao stalni sjaj. Zauzvrat, svjetlina ovisi o trajanju impulsa (otvoreno stanje LED diode) tijekom jednog razdoblja. Ako je vrijeme impulsa jednako vremenu pauze, odnosno radni ciklus je 50%, tada će svjetlina LED-a biti polovica nominalne vrijednosti. Popularizacijom LED svjetiljki od 220V postavilo se pitanje povećanja pouzdanosti njihova rada s nestabilnim ulaznim naponom. Rješenje je pronađeno u obliku univerzalnog mikrosklopa - pogonskog pogona koji radi na principu pulsno-širinske ili pulsno-frekvencijske modulacije. Detaljno je opisan sklop koji se temelji na jednom od ovih pokretača.

Mrežni napon koji se dovodi na ulaz upravljačkog mikrokruga stalno se uspoređuje s referentnim naponom unutar kruga, formirajući PWM (PFM) signal na izlazu, čije parametre postavljaju vanjski otpornici. Neki mikro krugovi imaju izlaz za dovod analognog ili digitalnog upravljačkog signala. Dakle, rad pokretača impulsa može se kontrolirati pomoću drugog SHI pretvarača. Zanimljivo je da LED ne prima visokofrekventne impulse, već struju izglađenu prigušnicom, koja je nezamjenjiv element takvih sklopova.

Masovna upotreba PWM-a odražava se na svim LCD panelima s LED pozadinskim osvjetljenjem. Nažalost, kod LED monitora većina SHI pretvarača radi na frekvenciji od stotine Herca, što negativno utječe na vid korisnika računala.

Arduino mikrokontroler također može raditi u načinu rada PWM kontrolera. Da biste to učinili, pozovite funkciju AnalogWrite () s vrijednostima između 0 i 255 naznačenim u zagradama. Nula odgovara 0V, a 255 do 5V. Međuvrijednosti se izračunavaju proporcionalno.

Sveprisutnost uređaja koji rade na principu PWM omogućila je čovječanstvu da se odmakne od linearnih transformatorskih izvora napajanja. Kao rezultat toga, povećanje učinkovitosti i smanjenje težine i veličine izvora energije za nekoliko puta.

PWM kontroler je sastavni dio modernog sklopnog napajanja. On kontrolira rad tranzistora snage koji se nalazi u primarnom krugu impulsnog transformatora. Zbog prisutnosti povratnog kruga, napon na izlazu PSU uvijek ostaje stabilan. Najmanje odstupanje izlaznog napona kroz povratnu spregu fiksira mikrosklop, koji trenutno ispravlja radni ciklus upravljačkih impulsa. Osim toga, moderni PWM kontroler rješava niz dodatnih zadataka koji poboljšavaju pouzdanost napajanja:

• pruža način mekog pokretanja pretvarača;
• ograničava amplitudu i radni ciklus kontrolnih impulsa;
• kontrolira razinu ulaznog napona;
• štiti od kratkog spoja i previsoke temperature prekidača za napajanje;
• po potrebi stavlja uređaj u stanje pripravnosti.

Princip rada PWM kontrolera

Zadatak PWM kontrolera je upravljanje prekidačem za napajanje promjenom upravljačkih impulsa. Kada radi u načinu rada s ključem, tranzistor je u jednom od dva stanja (potpuno otvoren, potpuno zatvoren). U zatvorenom stanju struja kroz p-n spoj ne prelazi nekoliko μA, što znači da snaga disipacije teži nuli. U otvorenom stanju, unatoč velikoj struji, otpor p-n spoja je pretjerano nizak, što također dovodi do neznatnih gubitaka topline. Najveća količina topline oslobađa se u trenutku prijelaza iz jednog stanja u drugo. No, zbog kratkog vremena procesa prijelaza u usporedbi s frekvencijom modulacije, gubitak snage tijekom prebacivanja je zanemariv.

Modulacija širine impulsa dijeli se na dvije vrste: analognu i digitalnu. Svaki od tipova ima svoje prednosti i može se implementirati u sklopove na različite načine.

Analogni PWM

Princip rada analognog SHI modulatora temelji se na usporedbi dvaju signala čija se frekvencija razlikuje za nekoliko redova veličine. Element za usporedbu je operacijsko pojačalo (komparator). Na jedan od njegovih ulaza primjenjuje se pilasti napon visoke konstantne frekvencije, a na drugi se dovodi niskofrekventni modulirajući napon s promjenjivom amplitudom. Komparator uspoređuje obje vrijednosti i generira pravokutne impulse na izlazu, čije je trajanje određeno trenutnom vrijednošću modulirajućeg signala. U ovom slučaju, frekvencija PWM jednaka je frekvenciji pilastog signala.

Digitalni PWM

Modulacija širine impulsa u digitalnoj interpretaciji jedna je od mnogih funkcija mikrokontrolera (MC). Radeći isključivo s digitalnim podacima, MK može generirati ili visoku (100%) ili nisku (0%) razinu napona na svojim izlazima. Međutim, u većini slučajeva, za učinkovitu kontrolu opterećenja, napon na izlazu MK-a mora se promijeniti. Na primjer, podešavanje brzine vrtnje motora, promjena svjetline LED-a. Što učiniti da dobijete bilo koju vrijednost napona u rasponu od 0 do 100% na izlazu mikrokontrolera?

Problem se rješava primjenom metode pulsno-širinske modulacije i primjenom fenomena prevelikog uzorkovanja, kada je navedena frekvencija prebacivanja nekoliko puta veća od odziva kontroliranog uređaja. Promjenom radnog ciklusa impulsa mijenja se prosječna vrijednost izlaznog napona. U pravilu se cijeli proces odvija na frekvenciji od nekoliko desetaka do stotina kHz, što omogućuje postizanje glatkog podešavanja. Tehnički, to se provodi pomoću PWM kontrolera - specijaliziranog mikrosklopa, koji je "srce" svakog digitalnog upravljačkog sustava. Aktivna upotreba PWM-temeljenih regulatora je zbog njihovih neospornih prednosti:

• visoka učinkovitost pretvorbe signala;
• stabilnost rada;
• ušteda energije koju troši opterećenje;
• niska cijena;
• visoka pouzdanost cijelog uređaja.

Postoje dva načina za dobivanje PWM signala na pinovima mikrokontrolera: hardver i softver. Svaki MK ima ugrađeni mjerač vremena koji može generirati PWM impulse na određenim pinovima. Tako se postiže hardverska implementacija. Dobivanje PWM signala pomoću softverskih naredbi ima više mogućnosti u smislu rezolucije i omogućuje vam korištenje više pinova. Međutim, softverska metoda dovodi do visokog opterećenja MK-a i zauzima puno memorije.

Važno je napomenuti da u digitalnom PWM-u broj impulsa po periodu može biti različit, a sami impulsi mogu se nalaziti u bilo kojem dijelu perioda. Razina izlaznog signala određena je ukupnim trajanjem svih impulsa po razdoblju. Treba razumjeti da je svaki dodatni impuls prijelaz tranzistora snage iz otvorenog u zatvoreno stanje, što dovodi do povećanja gubitaka tijekom prebacivanja.

Primjer korištenja PWM kontrolera

Jedna od mogućnosti implementacije jednostavnog PWM kontrolera već je opisana ranije u. Izgrađen je na bazi mikrosklopa i ima mali remen. Ali, unatoč jednostavnosti kruga, regulator ima prilično širok raspon primjena: upravljački krugovi za svjetlinu LED dioda, LED trake, podešavanje brzine rotacije istosmjernih motora.

Pročitajte također

S PWM, predznak analognog modelirajućeg signala b(t) (slika A) mijenja širinu (trajanje impulsa (c)) podnosača s konstantnom amplitudom i stopom ponavljanja.

PWM se ponekad naziva dugopulsna modulacija DIM.

Razlikovati JEDNOSTRANI i DVOSTRANI PWM.

Kod jednostranog PWM-a promjena širine impulsa nastaje samo zbog pomaka graničnika impulsa (PWM-1) (slika B)

I s obostranim rezom i prednjim dijelom pulsnog PWM-2 (slika D)

Najrašireniji PWM-1

A pretpostavit ćemo da je signal za modeliranje

mijenja se prema harmonijskom zakonu, prema kojem

širina pulsa je:

Gdje
- devijacija trajanja pulsa

Zamjena ove vrijednosti na prethodni

izraz dobivamo spektralni signal PWM signala.

Najprikladnije je izvesti PWM modulator signala na integriranim krugovima (IC-ovima)

Na ulaz 2 se napaja impulsni podnosač

Ulaz 5 – analogni modelski signal b(t)

PWM demodulator je najčešće LPF

27. Fazno-pulsna modulacija. PIM modulatori signala.

Kod PIM-a, prema zakonu simuliranog analognog signala b(t), mijenja se samo vremenski položaj video impulsa podnosača, dok njihova amplituda i trajanje ostaju nepromijenjeni.

Ako razlikujete PWM signal u vremenu, tada se dobivaju pozitivni i negativni impulsi.

Pozitivan impuls odgovara prednjem dijelu PWM signala, a negativni impuls odgovara njegovom graničnom dijelu.

Kod jednosmjernog PWM-a pozitivni impulsi su stacionarni, a negativni su pomaknuti proporcionalno modelirajućem signalu b(t) duž vremenske osi.

Stacionarni impulsi se mogu eliminirati otpornim poluvalnim ispravljačem, a preostali impulsi su PPM signali.

Modulator PWM signala u ovom slučaju sastoji se od PWM modulatora na čiji su izlaz spojeni diferencirajući uređaj DU i poluvalni ispravljač OB. (vidi sliku)

Analitički izraz signala PIM ima oblik:

- amplituda pulsa

-funkcija koja opisuje ovojnicu mjernog impulsa.

- dovacija vremenske pozicije mjernog impulsa

- vrijednost odaslane poruke u trenutku

Frekvencijski spektar PIM signala je analitički teško predstaviti

Približna vrijednost amplitude odaslanog harmonijskog signala u PIM spektru je:

Gdje
- učestalost poruka

- trajanje pulsa

Amplituda odaslanog signala u PWM spektru je vrlo mala (mnogo manja nego u AIM i PWM spektru i funkcija je frekvencije modeliranja
, tj. iskrivljeno).

Stoga demodulacija PPM signala s niskopropusnim filtrom nije izravno moguća.

Oni se pretvaraju u AIM ili PWM signale.

28. Frekvencijska-pulsna modulacija. Detektori Chim signala.

Detektor se može izraditi prema shemi

Gdje F- kanalni filtar; JSC- ograničavač amplitude; DC-razl. lanac; DV-dvovalni ispravljač s aktivnim opterećenjem; OV- jedan vibrator; D-detektor s udvostručavanjem napona; LPF- niskopropusni filter.

Rad detektora je objašnjen uz pomoć vremenskih dijagrama.

Nakon prolaska kroz uskopojasne krugove komunikacijskog kanala, PFM signal postaje sličan analognom FM signalu. AO blokom, on je s obje strane duboko ograničen amplitudom tako da se na njegovom izlazu javljaju isti pravokutni impulsi različite brzine ponavljanja i trajanja. U istosmjernom bloku ti se impulsi vremenski diferenciraju, zbog čega na svom izlazu UDC (t) predstavlja fronte i rezove. Potonji su vrlo uski bipolarni impulsi, koji se u DW bloku pretvaraju u unipolarni Umot(t), čime se udvostručuje stopa ponavljanja. U OB bloku se formiraju identični pravokutni impulsi istog trajanja, ali različite brzine ponavljanja, koji se unose na ulaz bloka D. Shematski dijagram D bloka:

Na izlazu sklopa se prenosi analogni signal Ud(t). U nekim slučajevima, OB blok je isključen. Visoka stabilnost parametara ovog detektora dovela je do njegove široke primjene čak i za analogne FM signale.

Modulacija širine impulsa. Opis. Primjena. (10+)

Modulacija širine impulsa

Jedan od pristupa za smanjenje gubitaka grijanja energetskih elemenata krugova je korištenje sklopnih načina rada. U takvim načinima, element napajanja je ili otvoren, tada na njemu praktički nema pada napona, ili zatvoren, tada kroz njega teče nula struja. Rasipana snaga jednaka je umnošku struje i napona. Više o ovome na linku. U ovom načinu rada moguće je postići učinkovitost veću od 80%.

Za dobivanje signala željenog oblika na izlazu, prekidač za napajanje se otvara na određeno vrijeme proporcionalno željenom izlaznom naponu. Ovo je pulsno-širinska modulacija (PWM, PWM). Nadalje, takav signal, koji se sastoji od impulsa različitih širina, ulazi u filtar koji se sastoji od prigušnice i kondenzatora. Na izlazu filtera dobiva se gotovo savršen signal željenog oblika.

Primjena širinske pulsne modulacije (PWM)

Nažalost, povremeno se pojavljuju greške u člancima, ispravljaju se, nadopunjuju, razvijaju, pripremaju novi. Pretplatite se na vijesti kako biste bili informirani.

Ako nešto nije jasno, obavezno pitajte!
Pitati pitanje. Rasprava o članku. poruke.

Više članaka

Snažni impulsni transformator. Plaćanje. Izračunati. Na liniji. Oh...
Online proračun impulsnog transformatora snage....

Kako ne pobrkati plus i minus? Zaštita od obrnutog polariteta. Shema...
Zaštitni krug od obrnutog polariteta (obrnuti polaritet) punjača...

Rezonantni inverter, pojačivač napona. Princip r...
Montaža i podešavanje pretvornika pojačanog napona. Opis principa rada...

Oscilatorni krug. Shema. Plaćanje. Primjena. Rezonancija. Rezonantan...
Proračun i primjena oscilatornih krugova. Fenomen rezonancije. Sekvencijalno...

Jednostavan impulsni pretvarač napona naprijed. 5 - 12 w...
Dijagram jednostavnog pretvarača napona za napajanje operacijskog pojačala....

Korektor faktora snage. Shema. Plaćanje. Princip rada....
Krug korektora faktora snage...

Bespereboynik uradi sam. UPS, UPS uradi to sam. Sinus, sinusoida...
Kako sami napraviti neprekidni prekidač? Čisto sinusoidni izlazni napon, sa...

Snažni snažan impulsni transformator, prigušnica. Navijanje. Napraviti...
Tehnike za namotavanje impulsne prigušnice/transformatora ....

Zašto se svjetla gase tako sporo u kinima?
-Zato što projektoničar vrlo sporo izvlači utikač.

Uvod u pulsno-širinsku modulaciju.

Ranije smo naučili kako kontrolirati LED promjenom stanja GPIO porta. Naučili smo kontrolirati trajanje i frekvenciju impulsa, zahvaljujući čemu smo dobili različite svjetlosne efekte. Pobrinuli smo se da ako promijenite stanje priključka s audio frekvencijom, možete dobiti drugačije
zvukovi, savladana frekvencijska modulacija...

A što se događa ako promijenimo razinu porta audio frekvencijom, ali umjesto zvučnika spojimo našeg starog eksperimentalnog prijatelja - LED?

Napravite eksperiment. Modificirajte naš program blink.c tako da se LED pali i gasi 200 puta u sekundi, na frekvenciji od 200 Hz. Da biste to učinili, samo promijenite parametre funkcije delay(). Da biste saznali koja kašnjenja unijeti, dovoljno je izračunati period osciliranja T. T=1/f. I od f je jednak 200 Hz, zatim T = 1/200 = 0,005 sekundi ili 5 milisekundi. Za ovih 5 milisekundi moramo imati vremena upaliti LED i ugasiti ga 1 put. Budući da 5 sa 2 nije djeljivo, uzmimo vrijeme svjetla LED-a od 2 ms, a vrijeme nesvjetljenja od 3 ms. 2+3=5, tj. puni period jedne oscilacije ostat će 5ms. Sada promijenimo program: zamijenite kašnjenje (500) s kašnjenjem (2) i kašnjenjem (3) za uključivanje i isključivanje
LED diode respektivno.

Sastavimo program i pokrenimo ga. Ako još uvijek imate zvučnik instaliran u strujnom krugu, tada ćete čuti tihi zvuk, a ako zvučnik zamijenite LED-om, vidjet ćete neprekidno upaljenu LED diodu. Zapravo, LED treperi, naravno, ali to radi tako brzo da oko više ne primjećuje to treptanje i percipira
poput neprekidnog sjaja. Ali čini se da dioda ne svijetli tako jako kao što je prije gorjela kod nas. Za usporedbu, možete pokrenuti naš prvi program, gdje je LED bila stalno upaljena, te usporediti svjetlinu LED-a u oba slučaja. Pogledajmo zašto se to događa i kako se to može koristiti.

Sjećate li se, u samom prvom dijelu smo izračunali otpornik koji ograničava struju za napajanje LED-a? Znamo da LED ima radnu struju pri kojoj najjače svijetli. Ako se ova struja smanji, tada će se smanjiti i svjetlina LED-a. A kad počnemo brzo paliti i gasiti LED, onda
njegova svjetlina postaje ovisna o prosječnoj struji (Isr) za period titranja. Za impulsni signal (u obliku slova P) koji generiramo na izlazu GPIO porta, prosječna struja će biti proporcionalna omjeru t1 prema t2. Naime: Isr=In x t1/t2, gdje je In nazivna struja LED-a koju smo zahvaljujući otporniku postavili na 10mA. Pri nazivnoj struji LED svijetli najjače. A u našem slučaju, Isr = 10 x 2/3 = 6,7 mA. Vidimo da je struja postala manja, pa je LED počela manje svijetliti. U ovoj formuli naziva se omjer t1/t2 radnog ciklusa D.

Što je ovaj koeficijent veći, to je veća prosječna trenutna vrijednost. Ovaj omjer možemo promijeniti od 0 do 1, odnosno od 0% do 100%. Dakle, možemo promijeniti prosječnu struju unutar ovih granica. Ispada da na taj način možemo podesiti svjetlinu LED-a od maksimalne do potpuno isključene! I iako napon na izlazu našeg porta još uvijek može biti samo +3,3V ili 0V, struja u našem krugu može se promijeniti. A promjenom ove struje možemo lako kontrolirati našu Malinku. Ova vrsta kontrole tzv Modulacija širine impulsa, ili jednostavno PWM. Na engleskom zvuči kao PWM, ili P modulacija širine impulsa. PWM je impulsni signal konstantne frekvencije s promjenjivim radnim ciklusom. Također se koristi takva definicija kao impulsni signal konstantne frekvencije s promjenjivim radnim ciklusom. Radni ciklus S je recipročan radni ciklus i karakterizira omjer perioda impulsa T i njegovog trajanja t1.
S=T/t1=1/D.

Pa, za nas, da konsolidiramo svoje znanje, ostaje napisati program koji će glatko uključiti i isključiti našu LED diodu. Proces promjene svjetline sjaja naziva se zatamnjivanje.

Ja sam dobio ovako:
dimmer.c
// Program glatko mijenja svjetlinu LED-a
// LED spojen na port P1_03#include #definirajte PIN RPI_GPIO_P1_03
int main()
{
if (!bcm2835_init()) vrati 1;

Bcm2835_gpio_fsel(PIN,BCM2835_GPIO_FSEL_OUTP);
//Postavite port P1_03 na izlaz bez potpisa int t_on, t_off;
// t_on trajanje uključenog stanja = t1, i t_off- isključenog stanja = t2

Int d = 100, i, j, zastava=0; // d- radni ciklus u postocima, i i j, pomoćne varijable za organiziranje ciklusa, zastavica- ako je =0 LED se gasi, ako je =1 pali

int a=10; // broj kompletnih radnih ciklusa
dok (a)
{
za (j=100; j!=0; j--) //promijeni faktor punjenja sa 100% na 0%
{
t_on=50*d; // pronaći t1
t_off=50*(100-d); // pronaći t2
ako je (zastava==0) d=d-1; // ako LED blijedi, smanjite radni ciklus
ako je (zastava==1) d=d+1; // ako LED svijetli, povećajte radni ciklus

Za (i=10; i!=0; i--) //prenesite 10 impulsa na LED s izračunatim parametrima t1 i t2
{
bcm2835_gpio_write(PIN, LOW);
kašnjenjeMikrosekunde(t_on);
bcm2835_gpio_write(PIN, VISOKI);
kašnjenjeMikrosekunde(t_off);
}

Ako je (d==0) zastava=1; // ako je LED dioda isključena, počnite je uključivati
ako je (d==100) zastava=0; // ako je LED dosegnula maksimalni sjaj, počinjemo ga gasiti
}

A--;
}
return(!bcm2835_close()); // Izađite iz programa
}

Program spremamo pod imenom dimmer.c, kompajliramo i pokrećemo.

Kao što vidite, sada se naša LED dioda polako gasi i polako pali. Ovako radi PWM. Modulacija širine impulsa koristi se u mnogim područjima. To uključuje kontrolu svjetline svjetiljki i LED dioda, upravljanje servom, regulaciju napona u prekidačkim izvorima napajanja (koji se, na primjer, nalaze u vašem računalu), u digitalno-analognim i analogno-digitalnim pretvaračima itd. Usput, ako se vratimo na naš krug zvučnika, tada uz pomoć PWM-a možete kontrolirati glasnoću signala, a promjenom frekvencije, njegov ton.

Sjećate li se stare anegdote iz predgovora ovom dijelu, o tome kako projektoničar polako izvlači utikač iz utičnice? Sada znamo da ovaj projektoničar, kako bi glatko ugasio svjetlo, mora, naprotiv, vrlo brzo umetnuti i izvući utikač iz utičnice.

Ovdje ćemo završiti ovu lekciju. Ostaje samo dodati da se PWM toliko često koristi u raznim aplikacijama da proizvođači procesorske opreme često ugrađuju PWM kontroler izravno u procesor. Oni. procesoru postavljate parametre signala koji vam je potreban, a sam procesor bez vaše pomoći izdaje signal koji vam treba. Istodobno, bez trošenja softverskih resursa na generiranje ovog signala. Bcm2835 također ima ugrađeni hardverski PWM. A ovaj PWM je alternativna značajka GPIO porta 18 ili P1-12. Da bismo koristili hardverski PWM, moramo postaviti port P1-12 na ALT5 način rada i postaviti parametre procesora. Ali to je sasvim druga priča...