8. Konverterlarda impuls kengligi modulyatsiyasi

8.1. Umumiy ma'lumot

Impulsni boshqarish va modulyatsiya qilish tamoyillari bobda muhokama qilinadi. 4 eng oddiy DC regulyator sxemasi misolida. Shu bilan birga, chiziqli impuls tizimlari nazariyasida qo'llaniladigan impulsli modulyatsiyaning asosiy turlari uchun ta'riflar berilgan, ular impulsli shahar konvertorlarini boshqarish amaliyotiga mos keladi.

Shu bilan birga, AC konvertorlarida kuchlanish yoki oqimlarning impuls kengligi modulyatsiyasi elektr energiyasini o'zgaruvchan tokga aylantirish muammolarini hal qilishda PWM xususiyatlarini hisobga olgan holda quvvat elektronikasida biroz boshqacha ta'rifga ega. IEC 551-16-30 tomonidan ta'riflanganidek, impuls kengligi modulyatsiyasi impulslarni boshqarishga ishora qiladi, bunda impulslarning kengligi yoki chastotasi yoki ikkalasi chiqish kuchlanish to'lqin shaklining ma'lum bir shaklini yaratish uchun asosiy chastota davrida modulyatsiya qilinadi. . Ko'pgina hollarda, PWM sinusoidal kuchlanish yoki oqimni ta'minlash, ya'ni asosiy (birinchi) garmonikaga nisbatan yuqori harmonikalar darajasini pasaytirish uchun amalga oshiriladi va sinusoidal deb ataladi. Sinusoidallikni ta'minlashning quyidagi asosiy usullari mavjud: analog PWM va uning modifikatsiyalari; yuqori harmoniklarni tanlab (selektiv) bostirish; histerezis yoki delta modulyatsiyasi;

kosmik vektor modulyatsiyasi.

Analog sinusoidal PWMni tashkil qilishning klassik varianti - bu mos yozuvlar yoki mos yozuvlar deb ataladigan ma'lum bir shakldagi kuchlanish signalini yuqoriroq bo'lgan uchburchak kuchlanish signali bilan solishtirish orqali chiqish kuchlanishini (oqim) tashkil etuvchi impulslarning kengligini o'zgartirishdir. chastota va tashuvchi signal deb ataladi. Yo'naltiruvchi signal modulyatsiyalanadi va chiqish voltajining (oqim) kerakli shaklini aniqlaydi. Ushbu usulning ko'plab modifikatsiyalari mavjud bo'lib, unda modulyatsiya qiluvchi signallar sinusoiddan tashqari maxsus funktsiyalar bilan ifodalanadi. Ma'ruza matnlari ushbu PWM usullarini tushuntiruvchi bir nechta asosiy sxemalarni qamrab oladi.

Yuqori garmonikalarni tanlab bostirish usuli hozirda dasturiy ta'minotga asoslangan mikroprotsessorli kontrollerlar yordamida muvaffaqiyatli amalga oshirilmoqda. Gisterezis modulyatsiyasi mos yozuvlar signalini, masalan, sinusoidal to'lqin shaklini "ta'qib qilish" o'rni tamoyillariga asoslanadi. Eng oddiy texnik amalga oshirishda bu usul PWM va PFM (impuls chastotasi modulyatsiyasi) tamoyillarini birlashtiradi. Biroq, maxsus sxema choralari yordamida modulyatsiya chastotasini barqarorlashtirish yoki uning o'zgarishi diapazonini cheklash mumkin.

Kosmik vektor modulyatsiyasi usuli uch fazali kuchlanish tizimini ikki fazali tizimga aylantirish va umumlashtirilgan kosmik vektorni olishga asoslangan. Ushbu vektorning qiymati asosiy va modulyatsiya qiluvchi chastotalar bilan belgilanadigan vaqtlarda hisoblanadi. Bu uch fazali invertorlarni boshqarish uchun, xususan, ularni elektr haydovchida ishlatishda juda istiqbolli hisoblanadi. Shu bilan birga, u ko'p jihatdan an'anaviy sinus to'lqinli PWM ga o'xshaydi.

PWM-ga asoslangan boshqaruv tizimlari nafaqat kuchlanish yoki oqimning asosiy harmoniklarining o'rtacha qiymatlarining sinusoidal shaklini ta'minlashga, balki uning amplitudasi, chastotasi va fazasi qiymatlarini boshqarishga imkon beradi. Bunday hollarda konvertor to'liq boshqariladigan kalitlardan foydalanganligi sababli, AC (DC) konvertorlarini AC tarmog'i bilan birgalikda to'rtta kvadrantda ham to'g'rilash, ham teskari rejimda ishlashni amalga oshirish mumkin bo'ladi. -1 dan 1 gacha bo'lgan diapazon. Bundan tashqari, tashuvchi chastotasining ortishi bilan chiqishda berilgan shakldagi oqim va kuchlanish invertorlarini qayta ishlab chiqarish imkoniyatlari kengayadi. Bu yuqori harmoniklarni bostirish uchun faol filtrlarni yaratishga imkon beradi.

Biz keyingi taqdimotda ishlatiladigan asosiy ta'riflarni kuchlanish inverterining bir fazali yarim ko'prikli pallasida birinchi usulni qo'llash misolidan foydalanib ko'rib chiqamiz (8.1-rasm). lekin). Ushbu shartli sxemada kalitlar S1 Va S2 ketma-ket va parallel ravishda ulangan diodlar bilan to'ldirilgan to'liq boshqariladigan kommutatsiya elementlari bilan ifodalanadi. Seriyali diodlar kalitlarning bir tomonlama o'tkazuvchanligini aks ettiradi (masalan, tranzistorlar yoki tiristorlar), parallel diodlar esa faol-induktiv yuk bilan teskari oqimlarni o'tkazishni ta'minlaydi.

Malumot diagrammasi, modulyatsiya u M (th) va tashuvchi u H (th) signallari shaklda ko'rsatilgan. 8.1, b. Kalitni boshqarish pulslarini yaratish S 1 va S 2 quyidagi printsip bo'yicha amalga oshiriladi. Da u M (th) > u H(th) tugmasi S 1 yoqilgan, a S 2 o'chirilgan. Da u M(th)< u H (th) tugmachalarning holati teskari: S 2 - yoqilgan, a S 1 - o'chirilgan. Shunday qilib, inverterning chiqishida ikkita polar impuls shaklida kuchlanish hosil bo'ladi. Haqiqiy sxemalarda kalitlarning bir vaqtning o'zida o'tkazilishini istisno qilish S 1 va S 2, ushbu kalitlarni yoqish uchun signallarni ishlab chiqarish momentlari o'rtasida ma'lum bir kechikish ta'minlanishi kerak. Shubhasiz, zarba kengligi signal amplitudalarining nisbatiga bog'liq u M (th) va u H(th). Ushbu nisbatni tavsiflovchi parametr amplituda modulyatsiya indeksi deb ataladi va (8.1) formula bilan aniqlanadi:

, (8.1.)

qayerda U M m va U H m - modulyatsiya qiluvchi signalning maksimal qiymatlari u M (th) va tashuvchi signal u H(th), mos ravishda.

Guruch. 8.1. Bir fazali yarim ko'prikli kuchlanish inverteri: lekin- sxema; b– impuls modulyatsiyasi uchun kuchlanish diagrammasi

Tashuvchi chastotasi u H (th) kommutatsiya chastotasiga teng f H tugmalari S 1 va S 2 va odatda modulyatsiya signalining chastotasidan sezilarli darajada oshadi f M. Chastota nisbati f H va f M modulyatsiya jarayoni samaradorligining muhim ko'rsatkichi bo'lib, (8.2) formula bilan aniqlanadigan chastotali modulyatsiya indeksi deb ataladi:

Kichik qiymatlar uchun M f signallari u M (th) va u H (th) keraksiz subharmoniklarning oldini olish uchun sinxronlashtirilishi kerak. B maksimal qiymat sifatida mening, sinxronizatsiya zarurligini belgilaydigan, o'rnatiladi M f = 21. Shubhasiz, sinxronlashtirilgan signallar va koeffitsient bilan M f doimiy hisoblanadi.

Shakldagi diagrammadan. 8.1 dan ko'rinib turibdiki, chiqish kuchlanishining birinchi harmonikasining amplitudasi U am 1 (8.1) ni hisobga olgan holda quyidagi shaklda (8.3) ifodalanishi mumkin:

(8.3)

(8.3) ga muvofiq M a = 1 chiqish kuchlanishining birinchi harmonikasining amplitudasi yarim to'lqinli to'rtburchakning balandligiga teng U d/2. Chiqish kuchlanishining birinchi harmonikasining nisbiy qiymatining M a qiymatiga xarakterli bog'liqligi shaklda ko'rsatilgan. 8.2, bu o'zgarishni ko'rsatadi M a 0 dan 1 gacha chiziqli va amplitudaga bog'liq U soat 1. Cheklangan qiymat M a ko'rib chiqilayotgan modulyatsiya turi printsipi bilan belgilanadi, unga ko'ra maksimal qiymat U am 1 teng to'rtburchaklar yarim to'lqin balandligi bilan cheklangan U d/2. Koeffitsientni yanada oshirish bilan M modulyatsiya amplitudaning chiziqli bo'lmagan o'sishiga olib keladi U am 1 - inverterning chiqishida kvadrat to'lqinli kuchlanish hosil bo'lishi bilan aniqlanadigan maksimal qiymatga, keyinchalik u o'zgarishsiz qoladi.

Furye qatoridagi to'rtburchaklar funktsiyaning kengayishi maksimal qiymatni beradi (8.4):

(8.4)

Bu qiymat indeks qiymati bilan cheklangan M a, 0 dan taxminan 3 gacha bo'lgan oraliqda o'zgarib turadi. 1 dan 3,2 gacha bo'lgan qiymatlarning a-b oralig'idagi funktsiya chiziqli emasligi aniq (8.2-rasm). Ushbu bo'limda ishlash tartibi over modulyatsiya deb ataladi.

Ma'nosi M f tashuvchi signal chastotasini tanlash bilan aniqlanadi u H (th) va konvertorning texnik xususiyatlariga sezilarli darajada ta'sir qiladi. Ko'tarilgan chastota bilan konvertorlarning quvvat kalitlarida kommutatsiya yo'qotishlari ortadi, lekin shu bilan birga, chiqish kuchlanishining spektral tarkibi yaxshilanadi va modulyatsiya jarayoni tufayli yuqori harmoniklarni filtrlash muammosini hal qilish soddalashtiriladi. Qiymatni tanlashda muhim omil f H ko'p hollarda uning qiymatini 20 kHz dan ortiq audio chastota diapazonida ta'minlash zarurati hisoblanadi. Tanlashda f H shuningdek, konvertorning ish kuchlanish darajasini, uning quvvatini va boshqa parametrlarini hisobga olishi kerak.

Guruch. 8.2. Chiqish kuchlanishining asosiy harmonikasining amplitudasining nisbiy qiymatining bir fazali yarim ko'prik zanjiri uchun amplituda modulyatsiya indeksiga bog'liqligi

Bu erda umumiy tendentsiya M. qiymatlarining oshishi hisoblanadi f kam quvvatli va past kuchlanishli konvertorlar va aksincha. Shoir tanlovi M f ko'p maqsadli optimallashtirish muammosi.

Stokastik jarayon bilan impuls modulyatsiyasi. Konverterlarda PWM dan foydalanish modulyatsiyalangan kuchlanish va oqimlarda yuqori harmoniklarning paydo bo'lishi bilan bog'liq. Bundan tashqari, ushbu parametrlarning spektral tarkibida eng muhim harmonikalar chastota modulyatsiyasi indeksining ko'paytmalari bo'lgan chastotalarda sodir bo'ladi. M f va harmonikalar amplitudalari kamayib borayotgan yon chastotalarda ularning atrofida guruhlangan. Yuqori harmoniklar quyidagi asosiy muammolarni keltirib chiqarishi mumkin:

akustik shovqin paydo bo'lishi;

elektromagnit moslashuvning (EMC) boshqa elektr qurilmalari yoki tizimlari bilan yomonlashishi.

Akustik shovqinning asosiy manbalari elektromagnit komponentlar (choklar va transformatorlar) bo'lib, ular tovush diapazonidagi chastotalar bilan yuqori harmoniklarni o'z ichiga olgan oqim va kuchlanish ta'sir qiladi. Shuni ta'kidlash kerakki, shovqin ma'lum chastotalarda paydo bo'lishi mumkin, bu erda yuqori harmoniklar maksimal darajada bo'ladi. Shovqinni keltirib chiqaradigan omillar, masalan, magnitostriktsiya hodisasi, EMC muammosini hal qilishni murakkablashtiradi. EMC muammolari elektr qurilmalarining elektromagnit shovqin darajasining jiddiyligiga qarab keng chastota diapazonida yuzaga kelishi mumkin. An'anaviy tarzda shovqin darajasini pasaytirish uchun dizayn va texnologik echimlar qo'llanilgan va EMCni ta'minlash uchun passiv filtrlar qo'llanilgan.

Modulyatsiyalangan kuchlanish va oqimlarning spektral tarkibining tabiatini o'zgartirish bilan bog'liq usullar ushbu muammolarni hal qilishning istiqbolli yo'nalishi sifatida qaraladi. Ushbu usullarning mohiyati chastota spektrini tenglashtirish va keng chastota diapazonida stokastik taqsimoti tufayli aniq harmonikalarning amplitudasini kamaytirishdir. Ushbu usul ba'zan chastota spektrini "smearing" deb ataladi. Interferentsiya energiyasi konsentratsiyasi harmoniklar eng yuqori bo'lishi mumkin bo'lgan chastotalarda kamayadi. Ushbu usullarni amalga oshirish konvertorlarning quvvat qismining tarkibiy qismlariga ta'sir qilish bilan bog'liq emas va ko'p hollarda boshqaruv tizimidagi engil o'zgarishlar bilan dasturiy vositalar bilan cheklanadi.

Keling, ushbu usullarni amalga oshirish tamoyillarini qisqacha ko'rib chiqaylik. PWM ish siklining o'zgarishiga asoslanadi g= t Va / T n, qayerda t u - pulsning davomiyligi; T n- uning shakllanish davri. Odatda bu qiymatlar, shuningdek, pulsning davr oralig'idagi pozitsiyasi T n barqaror holatda doimiydir. PWM natijalari integral o'rtacha qiymatlar sifatida aniqlanadi. Bunday holda, t ning deterministik qiymatlari va shu jumladan impuls pozitsiyasi modulyatsiyalangan parametrlarning noqulay spektral tarkibini keltirib chiqaradi. Agar g ning berilgan qiymatini saqlab turgan holda bu miqdorlarga tasodifiy belgi berilsa, u holda jarayonlar stokastik holatga keladi va modulyatsiyalangan parametrlarning spektral tarkibi o'zgaradi. Misol uchun, bunday tasodifiy belgi impulsning pozitsiyasiga berilishi mumkin t va T n davr oralig'ida yoki ikkinchisining stokastik o'zgarishini ta'minlaydi. Shu maqsadda asosiy modulyatsiya chastotasi generatorida ishlaydigan tasodifiy sonlar generatoridan foydalanish mumkin f n =1/T n. Xuddi shunday, siz pulsning o'rnini intervalda o'zgartirishingiz mumkin T n nolga teng bo'lgan matematik kutish bilan. O'rtacha integral qiymati g nazorat qilish tizimi tomonidan belgilangan darajada qolishi kerak, buning natijasida modulyatsiyalangan kuchlanish va oqimlarda yuqori harmoniklarning spektral tarkibi tenglashtiriladi.

O'z-o'zini nazorat qilish uchun savollar

1. Sinusoidal oqim yoki kuchlanishni ta'minlash uchun asosiy PWM usullarini sanab o'ting.

2. Unipolyar kuchlanish modulyatsiyasi va bipolyar o'rtasidagi farq nima?

3. Asosiy PWM parametrlarini sanab o'ting.

4. Stokastik jarayonlar bilan PWM dan qanday maqsadda foydalaniladi?

Impuls kengligi modulyatsiyasi (PWM) signalni o'zgartirish usuli bo'lib, unda impuls davomiyligi (ish aylanishi) o'zgaradi, chastota esa doimiy bo'lib qoladi. Ingliz terminologiyasida u PWM (pulse-width modulation) deb ataladi. Ushbu maqolada biz PWM nima ekanligini, qaerda ishlatilishini va qanday ishlashini batafsil tushunamiz.

Qo'llash sohasi

Mikrokontroller texnologiyasining rivojlanishi bilan PWM uchun yangi imkoniyatlar ochildi. Ushbu tamoyil chiqish parametrlarini sozlashni va ularni ma'lum darajada ushlab turishni talab qiladigan elektron qurilmalar uchun asos bo'ldi. Impuls kengligi modulyatsiyasi usuli yorug'likning yorqinligini, dvigatellarning aylanish tezligini o'zgartirish, shuningdek, impulsli quvvat manbalarining (PSU) quvvat tranzistorini boshqarish uchun ishlatiladi.

Impuls kengligi (PW) modulyatsiyasi LED yorqinligini boshqarish tizimlarini qurishda faol qo'llaniladi. Kam inertiya tufayli LED bir necha o'nlab kHz chastotada o'tishga (yonib-o'chib, o'chadi) vaqtga ega. Uning impulsli rejimda ishlashi inson ko'zi tomonidan doimiy porlash sifatida qabul qilinadi. O'z navbatida, yorqinlik bir davr mobaynida pulsning davomiyligiga (LEDning ochiq holati) bog'liq. Agar zarba vaqti pauza vaqtiga teng bo'lsa, ya'ni ish aylanishi 50% bo'lsa, LEDning yorqinligi nominal qiymatning yarmiga teng bo'ladi. 220V LED lampalarning ommalashishi bilan ularning barqaror bo'lmagan kirish kuchlanishi bilan ishlash ishonchliligini oshirish masalasi paydo bo'ldi. Yechim universal mikrosxema shaklida topildi - impuls-kenglik yoki impuls-chastota modulyatsiyasi printsipi bo'yicha ishlaydigan quvvat drayveri. Ushbu drayverlardan biriga asoslangan sxema batafsil tavsiflangan.

Drayv mikrosxemasining kirishiga beriladigan tarmoq kuchlanishi doimiy ravishda kontaktlarning zanglashiga olib keladigan kuchlanishi bilan taqqoslanadi, chiqishda PWM (PFM) signalini hosil qiladi, uning parametrlari tashqi rezistorlar tomonidan o'rnatiladi. Ba'zi mikrosxemalar analog yoki raqamli boshqaruv signalini etkazib berish uchun chiqishga ega. Shunday qilib, impuls drayverining ishlashi boshqa SHI konvertori yordamida boshqarilishi mumkin. Qizig'i shundaki, LED yuqori chastotali impulslarni olmaydi, lekin bunday sxemalarning ajralmas elementi bo'lgan chok bilan tekislangan oqim.

PWM dan ommaviy foydalanish LED yoritgichli barcha LCD panellarda aks ettirilgan. Afsuski, LED monitorlarida SHI konvertorlarining aksariyati yuzlab Hertz chastotasida ishlaydi, bu esa shaxsiy kompyuter foydalanuvchilarining ko'rish qobiliyatiga salbiy ta'sir qiladi.

Arduino mikrokontrolleri PWM kontroller rejimida ham ishlashi mumkin. Buning uchun qavs ichida ko'rsatilgan 0 dan 255 gacha bo'lgan qiymatlar bilan AnalogWrite () funktsiyasini chaqiring. Nol 0V ga va 255 dan 5V ga to'g'ri keladi. Oraliq qiymatlar mutanosib ravishda hisoblanadi.

PWM printsipi asosida ishlaydigan qurilmalarning keng tarqalganligi insoniyatga chiziqli turdagi transformator quvvat manbalaridan uzoqlashishga imkon berdi. Natijada, samaradorlikning oshishi va quvvat manbalarining og'irligi va hajmining bir necha barobar kamayishi.

PWM kontrolleri zamonaviy kommutatsiya quvvat manbaining ajralmas qismi hisoblanadi. U impuls transformatorining birlamchi pallasida joylashgan quvvat tranzistorining ishlashini nazorat qiladi. Qayta aloqa davri mavjudligi tufayli PSU chiqishidagi kuchlanish har doim barqaror bo'lib qoladi. Teskari aloqa orqali chiqish kuchlanishining eng kichik og'ishi mikrosxema tomonidan o'rnatiladi, bu nazorat impulslarining ish aylanishini darhol tuzatadi. Bundan tashqari, zamonaviy PWM kontrolleri elektr ta'minotining ishonchliligini oshiradigan bir qator qo'shimcha vazifalarni hal qiladi:

• konvertorni yumshoq ishga tushirish rejimini ta'minlaydi;
• nazorat impulslarining amplitudasi va ish aylanishini cheklaydi;
• kirish kuchlanish darajasini nazorat qiladi;
• qisqa tutashuvdan va quvvat kalitining haddan tashqari haroratidan himoya qiladi;
• agar kerak bo'lsa, qurilmani kutish rejimiga o'tkazadi.

PWM kontrollerning ishlash printsipi

PWM tekshirgichining vazifasi boshqaruv pulslarini o'zgartirish orqali quvvat tugmachasini boshqarishdir. Kalit rejimida ishlaganda tranzistor ikkita holatdan birida (to'liq ochiq, to'liq yopiq). Yopiq holatda p-n o'tish joyidan o'tadigan oqim bir necha mA dan oshmaydi, ya'ni tarqalish quvvati nolga intiladi. Ochiq holatda, yuqori oqimga qaramasdan, p-n birikmasining qarshiligi haddan tashqari past bo'ladi, bu ham ahamiyatsiz issiqlik yo'qotishlariga olib keladi. Eng katta issiqlik miqdori bir holatdan ikkinchisiga o'tish paytida chiqariladi. Ammo modulyatsiya chastotasi bilan solishtirganda o'tish jarayonining qisqa muddati tufayli kommutatsiya paytida quvvat yo'qotilishi ahamiyatsiz.

Impuls kengligi modulyatsiyasi ikki turga bo'linadi: analog va raqamli. Turlarning har biri o'ziga xos afzalliklarga ega va sxemalarda turli yo'llar bilan amalga oshirilishi mumkin.

Analog PWM

Analog SHI modulyatorining ishlash printsipi chastotasi bir nechta kattalik tartibida farq qiladigan ikkita signalni solishtirishga asoslangan. Taqqoslash elementi operatsion kuchaytirgich (taqqoslash). Uning kirishlaridan biriga yuqori doimiy chastotali arra tish kuchlanishi qo'llaniladi, ikkinchisiga esa o'zgaruvchan amplitudali past chastotali modulyatsiya kuchlanishi beriladi. Taqqoslovchi ikkala qiymatni taqqoslaydi va chiqishda to'rtburchaklar impulslarni hosil qiladi, ularning davomiyligi modulyatsiya qiluvchi signalning joriy qiymati bilan belgilanadi. Bunday holda, PWM chastotasi arra tish signalining chastotasiga teng.

Raqamli PWM

Raqamli talqinda impuls kengligi modulyatsiyasi mikrokontrollerning (MC) ko'p funktsiyalaridan biridir. Faqat raqamli ma'lumotlar bilan ishlaydigan MK o'z chiqishlarida yuqori (100%) yoki past (0%) kuchlanish darajasini yaratishi mumkin. Biroq, ko'p hollarda yukni samarali nazorat qilish uchun MK chiqishidagi kuchlanishni o'zgartirish kerak. Masalan, dvigatelning aylanish tezligini sozlash, LEDning yorqinligini o'zgartirish. Mikrokontrollerning chiqishida 0 dan 100% gacha bo'lgan har qanday kuchlanish qiymatini olish uchun nima qilish kerak?

Muammo impuls kengligi modulyatsiyasi usuli yordamida va ko'rsatilgan kommutatsiya chastotasi boshqariladigan qurilmaning javobidan bir necha baravar yuqori bo'lsa, haddan tashqari namuna olish fenomeni yordamida hal qilinadi. Impulslarning ish aylanishini o'zgartirish orqali chiqish kuchlanishining o'rtacha qiymati o'zgaradi. Qoida tariqasida, butun jarayon o'nlab yuzlab kHz chastotada sodir bo'ladi, bu esa silliq sozlash imkonini beradi. Texnik jihatdan, bu har qanday raqamli boshqaruv tizimining "yuragi" bo'lgan ixtisoslashtirilgan mikrosxema - PWM kontrolleri yordamida amalga oshiriladi. PWM-ga asoslangan kontrollerlardan faol foydalanish ularning shubhasiz afzalliklari bilan bog'liq:

• signalni konvertatsiya qilishning yuqori samaradorligi;
• ish barqarorligi;
• yuk tomonidan iste'mol qilinadigan energiyani tejash;
• arzon;
• butun qurilmaning yuqori ishonchliligi.

Mikrokontrollerning pinlarida PWM signalini olishning ikki yo'li mavjud: apparat va dasturiy ta'minot. Har bir MKda ma'lum pinlarda PWM impulslarini yaratishga qodir bo'lgan o'rnatilgan taymer mavjud. Uskunani amalga oshirishga shu tarzda erishiladi. Dasturiy ta'minot buyruqlari yordamida PWM signalini olish o'lchamlari bo'yicha ko'proq imkoniyatlarga ega va ko'proq pinlardan foydalanishga imkon beradi. Biroq, dasturiy ta'minot usuli MK ning yuqori yuklanishiga olib keladi va juda ko'p xotirani egallaydi.

Shunisi e'tiborga loyiqki, raqamli PWMda davrdagi impulslar soni har xil bo'lishi mumkin va impulslarning o'zi davrning istalgan qismida joylashgan bo'lishi mumkin. Chiqish signali darajasi davrdagi barcha impulslarning umumiy davomiyligi bilan belgilanadi. Shuni tushunish kerakki, har bir qo'shimcha impuls quvvat tranzistorining ochiq holatdan yopiq holatga o'tishi bo'lib, bu kommutatsiya paytida yo'qotishlarning oshishiga olib keladi.

PWM boshqaruvchisidan foydalanishga misol

Oddiy PWM kontrollerni amalga oshirish variantlaridan biri avvalroq tasvirlangan. U mikrosxema asosida qurilgan va kichik bog'ichga ega. Ammo, sxemaning soddaligiga qaramay, regulyator juda keng qo'llanilishiga ega: LEDlarning yorqinligini nazorat qilish sxemalari, LED chiziqlar, DC motorlarining aylanish tezligini sozlash.

Shuningdek o'qing

PWM bilan analog modellashtirish signalining belgisi b (t) (A-rasm) pastki tashuvchining kengligini (pulsning davomiyligi (c)) doimiy amplituda va takrorlanish tezligi bilan o'zgartiradi.

PWM ba'zan uzoq impuls modulyatsiyasi DIM deb ataladi.

BIR va ikki tomonlama PWMni farqlang.

Bir tomonlama PWM bilan impuls kengligining o'zgarishi faqat pulsni kesishning (PWM-1) siljishi tufayli sodir bo'ladi (B-rasm).

Va ikki tomonlama kesilgan va puls PWM-2 old tomoni bilan (D-rasm)

Eng ko'p ishlatiladigan PWM-1

Va biz modellashtirish signali deb taxmin qilamiz

garmonik qonunga ko'ra o'zgaradi, unga ko'ra

impuls kengligi:

Qayerda
- puls davomiyligining og'ishi

Ushbu qiymatni almashtirish oldingisiga

ifoda PWM signalining spektral signalini olamiz.

Integral mikrosxemalarda (IC) PWM signal modulyatorini bajarish eng qulaydir.

Kirish 2 impulsli pastki tashuvchi bilan oziqlanadi

Kirish 5 - analog modellashtirish signali b (t)

PWM demodulyatori ko'pincha LPF hisoblanadi

27. Faza-impuls modulyatsiyasi. PIM signal modulyatorlari.

PIM bilan, simulyatsiya qilingan analog signal b (t) qonuniga ko'ra, faqat subtashuvchi video impulslarining vaqt holati o'zgaradi, ularning amplitudasi va davomiyligi o'zgarishsiz qoladi.

Agar siz PWM signalini o'z vaqtida farqlasangiz, u holda ijobiy va salbiy impulslar olinadi.

Ijobiy impuls PWM signalining old qismiga to'g'ri keladi va salbiy impuls uning kesilishiga to'g'ri keladi.

Bir tomonlama PWM bilan ijobiy impulslar statsionar bo'lib, salbiy bo'lganlar vaqt o'qi bo'ylab modellashtirish signali b (t) ga mutanosib ravishda siljiydi.

Statsionar impulslar rezistiv yarim to'lqinli rektifikator bilan yo'q qilinishi mumkin va qolgan impulslar PPM signallari.

Bu holda PWM signal modulyatori PWM modulatoridan iborat bo'lib, uning chiqishiga DU farqlash moslamasi va yarim to'lqinli rektifikator OB ulangan. (rasmga qarang)

PIM signalining analitik ifodasi quyidagi shaklga ega:

- pulsning amplitudasi

-o'lchov impulsining konvertini tavsiflovchi funksiya.

- o'lchash pulsining vaqt pozitsiyasining doviatsiyasi

- uzatilgan xabarning vaqtdagi qiymati

PIM signallarining chastota spektrini ifodalash analitik jihatdan qiyin

PIM spektrida uzatiladigan garmonik signalning amplitudasining taxminiy qiymati:

Qayerda
- xabarlar chastotasi

- pulsning davomiyligi

PWM spektridagi uzatiladigan signalning amplitudasi juda kichik (AIM va PWM spektrlariga qaraganda ancha kichik va modellashtirish chastotasining funktsiyasidir).
, ya'ni buzilgan).

Shuning uchun PPM signallarini past chastotali filtr bilan demodulyatsiya qilish bevosita mumkin emas.

Ular AIM yoki PWM signallariga aylantiriladi.

28. Chastota-impuls modulyatsiyasi. Chim signal detektorlari.

Detektor sxema bo'yicha amalga oshirilishi mumkin

Qayerda F- kanal filtri; OAJ- amplituda cheklovchi; DC-farq. zanjir; DV-faol yuk bilan ikki yarim to'lqinli rektifikator; O.V- bitta vibrator; D-kuchlanishni ikki baravar oshiruvchi detektor; LPF- past o'tish filtri.

Detektorning ishlashi vaqt diagrammalari yordamida tushuntiriladi.

Aloqa kanalining tor polosali zanjirlaridan o'tgandan so'ng, PFM signali analog FM signaliga o'xshash bo'ladi. AO bloki tomonidan har ikki tomonning amplitudasi chuqur cheklangan, shuning uchun uning chiqishida turli xil takrorlash tezligi va davomiyligi bir xil to'rtburchaklar impulslar paydo bo'ladi. DC blokida bu impulslar vaqt bo'yicha farqlanadi, buning natijasida uning chiqishida UDC (t) jabhalar va kesmalarni ifodalaydi. Ikkinchisi juda tor bipolyar impulslar bo'lib, ular DW blokida unipolyar Umot (t) ga aylantiriladi va shu bilan takrorlanish tezligini ikki baravar oshiradi. OB blokida bir xil davomiylikdagi, lekin takrorlanish tezligi har xil bo'lgan bir xil to'rtburchak impulslar hosil bo'lib, ular D blokining kirishiga beriladi.D blokining sxematik diagrammasi:

Sxemaning chiqishida uzatiladigan analog signal Ud(t) mavjud. Ba'zi hollarda OB bloki chiqarib tashlanadi. Ushbu detektor parametrlarining yuqori barqarorligi hatto analog FM signallari uchun ham keng qo'llanilishiga olib keldi.

Puls kengligi modulyatsiyasi. Tavsif. Ilova. (10+)

Puls kengligi modulyatsiyasi

Sxemalarning quvvat elementlarini isitish yo'qotishlarini kamaytirishning yondashuvlaridan biri ish rejimlarini almashtirishdan foydalanish hisoblanadi. Bunday rejimlarda quvvat elementi ochiq bo'ladi, keyin uning ustida kuchlanish deyarli nolga teng yoki yopiq, keyin u orqali nol oqim o'tadi. Tarqalgan quvvat oqim va kuchlanish mahsulotiga teng. Bu haqda batafsil havolada. Ushbu rejimda 80% dan ortiq samaradorlikka erishish mumkin.

Chiqishda kerakli shakldagi signalni olish uchun quvvat tugmasi kerakli chiqish kuchlanishiga mutanosib ravishda ma'lum vaqt davomida ochiladi. Bu impuls kengligi modulyatsiyasi (PWM, PWM). Keyinchalik, turli xil kenglikdagi impulslardan tashkil topgan bunday signal chok va kondansatkichdan iborat filtrga kiradi. Filtrning chiqishida kerakli shaklning deyarli mukammal signali olinadi.

Impuls kengligi modulyatsiyasini qo'llash (PWM)

Afsuski, maqolalarda xatolar vaqti-vaqti bilan yuzaga keladi, ular tuzatiladi, maqolalar to'ldiriladi, ishlab chiqiladi, yangilari tayyorlanmoqda. Yangiliklardan xabardor bo'lish uchun obuna bo'ling.

Agar biror narsa aniq bo'lmasa, so'rashni unutmang!
Savol berish. Maqola muhokamasi. xabarlar.

Yana maqolalar

Quvvatli kuchli impuls transformatori. To'lov. Hisoblash. Onlayn. Oh...
Quvvat impuls transformatorini onlayn hisoblash....

Qanday qilib ortiqcha va minusni chalkashtirmaslik kerak? Teskari polaritdan himoya qilish. Sxema...
Zaryadlovchilarning teskari polaritdan himoya qilish davri (qutblanishni o'zgartirish)...

Rezonansli inverter, kuchlanishni kuchaytiruvchi konvertor. R printsipi ...
Yuqori kuchlanish konvertorini yig'ish va sozlash. Ish printsipining tavsifi ...

Tebranish davri. Sxema. To'lov. Ilova. Rezonans. Rezonansli...
Tebranish sxemalarini hisoblash va qo'llash. Rezonans hodisasi. Ketma-ket...

Oddiy impulsli oldinga kuchlanish konvertori. 5 - 12 v...
Operatsion kuchaytirgichni quvvatlantirish uchun oddiy kuchlanish konvertorining diagrammasi....

Quvvat faktorini tuzatuvchi. Sxema. To'lov. Ishlash printsipi....
Quvvat faktorini tuzatuvchi sxema...

O'z-o'zidan bespereboynik. UPS, UPS buni o'zingiz qiling. Sinus, sinusoid...
Qanday qilib uzluksiz kalitni o'zingiz qilishingiz mumkin? Sof sinusoidal chiqish kuchlanishi, ...

Quvvatli kuchli impuls transformatori, chok. O'rash. Qilish...
Impulsli chok / transformatorni o'rash texnikasi ....

Nega kinoteatrlarda chiroqlar sekin o'chadi?
-Chunki proyektor vilkasini juda sekin o'chiradi.

Impuls kengligi modulyatsiyasiga kirish.

Ilgari biz GPIO portining holatini o'zgartirish orqali LEDni qanday boshqarishni bilib oldik. Biz impulslarning davomiyligi va chastotasini qanday boshqarishni o'rgandik, buning natijasida biz turli xil yorug'lik effektlariga ega bo'ldik. Agar siz portning holatini audio chastotasi bilan o'zgartirsangiz, siz boshqacha bo'lishingiz mumkinligiga ishonch hosil qildik
tovushlar, o'zlashtirilgan chastota modulyatsiyasi ...

Va agar biz port darajasini audio chastotasi bilan o'zgartirsak nima bo'ladi, lekin dinamik o'rniga eski eksperimental do'stimizni - LEDni ulaymiz?

Tajriba qiling. Blink.c dasturimizni shunday o'zgartiringki, LED sekundiga 200 marta, 200 Gts chastotada yonadi va o'chadi. Buning uchun delay() funksiyasining parametrlarini o'zgartirish kifoya. Qanday kechikishlarni kiritish kerakligini bilish uchun T tebranish davrini hisoblash kifoya. T=1/f. Va shundan beri f 200 Gts ga teng, keyin T \u003d 1/200 \u003d 0,005 soniya yoki 5 millisekund. Ushbu 5 millisekundda biz LEDni yoqish va 1 marta o'chirish uchun vaqtimiz bo'lishi kerak. 5 dan 2 ga bo'linmaganligi sababli, keling, LEDning porlash vaqti 2 ms va yonmaydigan vaqtni 3 ms ni olaylik. 2+3=5, ya'ni. bir tebranishning to'liq davri 5ms bo'lib qoladi. Endi dasturni o'zgartiramiz: kechikish (500) ni yoqish va o'chirish uchun kechikish (2) va kechikish (3) bilan almashtiring.
navbati bilan LEDlar.

Keling, dasturni kompilyatsiya qilamiz va uni ishga tushiramiz. Agar siz hali ham sxemada karnay o'rnatilgan bo'lsa, unda siz past ovozni eshitasiz va karnayni LED bilan almashtirsangiz, doimiy yonib turgan LEDni ko'rasiz. Albatta, LED miltillaydi, lekin u shunchalik tez qiladiki, ko'z endi bu miltillashni sezmaydi va sezmaydi.
u doimiy porlash kabi. Ammo diod biz bilan yonayotgandek yorqin porlamaydi. Taqqoslash uchun siz LED doimo yonib turuvchi birinchi dasturimizni ishga tushirishingiz va ikkala holatda ham LEDning yorqinligini solishtirishingiz mumkin. Keling, nima uchun bu sodir bo'lishini va undan qanday foydalanish mumkinligini ko'rib chiqaylik.

Esingizda bo'lsa, birinchi qismda biz LEDni quvvatlantirish uchun oqim cheklovchi qarshilikni hisoblab chiqdik? Biz bilamizki, LEDning ish oqimi bor, u eng yorqin porlaydi. Agar bu oqim kamaytirilsa, u holda LEDning yorqinligi ham kamayadi. Va biz tezda LEDni yoqish va o'chirishni boshlaganimizda, keyin
uning yorqinligi tebranish davri uchun o'rtacha oqimga (ISr) bog'liq bo'ladi. GPIO portining chiqishida biz yaratadigan impuls (P shaklidagi) signal uchun o'rtacha oqim t1 ning t2 nisbatiga mutanosib bo'ladi. Ya'ni: Isr=In x t1/t2, bu erda In - LEDning nominal oqimi, biz qarshilik tufayli 10mA ga o'rnatdik. Nominal oqimda LED eng yorqin porlaydi. Va bizning holatlarimizda Isr = 10 x 2/3 = 6,7 mA. Biz oqimning kamroq bo'lganini ko'ramiz, shuning uchun LED kamroq porlay boshladi. Bu formulada t1/t2 nisbati deyiladi ish aylanishi D.

Bu koeffitsient qanchalik katta bo'lsa, o'rtacha oqim qiymati shunchalik katta bo'ladi. Biz bu nisbatni 0 dan 1 gacha yoki 0% dan 100% gacha o'zgartirishimiz mumkin. Shunday qilib, biz ushbu chegaralar ichida o'rtacha oqimni o'zgartirishimiz mumkin. Ma'lum bo'lishicha, shu tarzda biz LED yorqinligini maksimaldan to'liq o'chirishgacha sozlashimiz mumkin! Va bizning portimiz chiqishidagi kuchlanish hali ham +3,3V yoki 0V bo'lishi mumkin bo'lsa-da, bizning zanjirimizdagi oqim o'zgarishi mumkin. Va bu oqimni o'zgartirib, biz Malinkani osongina boshqarishimiz mumkin. Bunday nazorat deyiladi Impuls kengligi modulyatsiyasi, yoki oddiygina PWM. Ingliz tilida shunday eshitiladi PWM, yoki P impuls kengligi modulyatsiyasi. PWM - bu o'zgaruvchan ish aylanishiga ega bo'lgan doimiy chastotali impuls signalidir. O'zgaruvchan ish aylanishi bilan doimiy chastotali impuls signali kabi ta'rif ham qo'llaniladi. Ish sikli S ish siklining o'zaro nisbati bo'lib, impuls davri T ning uning t1 davomiyligiga nisbatini tavsiflaydi.
S=T/t1=1/D.

Xo'sh, biz uchun bilimlarimizni mustahkamlash uchun LEDni muammosiz yoqadigan va o'chiradigan dastur yozish qoladi. Yorqinlikning yorqinligini o'zgartirish jarayoni deyiladi xiralashish.

Men buni shunday oldim:
dimmer.c
// Dastur LED yorug'ligini muammosiz o'zgartiradi
// LED P1_03#include portiga ulangan #PIN-kodni aniqlang RPI_GPIO_P1_03
int main()
{
agar (!bcm2835_init()) 1ni qaytarsa;

Bcm2835_gpio_fsel(PIN, BCM2835_GPIO_FSEL_OUTP);
//P1_03 portini imzosiz int t_on, t_off chiqarish uchun o'rnating;
// yoqilgan holatning t_on davomiyligi = t1 va t_off- o'chirilgan holatining davomiyligi = t2

Int d = 100, i, j, bayroq=0; // d- ish aylanishi foizda, i va j, tsikllarni tashkil qilish uchun yordamchi o'zgaruvchilar, bayroq - agar =0 bo'lsa, LED o'chadi, =1 bo'lsa yonadi

int a=10; // to'liq ish tsikllari soni
esa (a)
{
uchun (j=100; j!=0; j--) //to'ldirish koeffitsientini 100% dan 0% gacha o'zgartiring
{
t_on=50*d; // t1 ni toping
t_off=50*(100-d); // t2 ni toping
agar (bayroq==0) d=d-1; // agar LED o'chayotgan bo'lsa, ish aylanishini kamaytiring
agar (bayroq==1) d=d+1; // agar LED yonib tursa, ish aylanishini oshiring

(i=10; i!=0; i--) uchun // t1 va t2 hisoblangan parametrlarga ega LEDga 10 ta impuls o'tkazing.
{
bcm2835_gpio_write(PIN, LOW);
delayMicroseconds(t_on);
bcm2835_gpio_write(PIN, YUQORI);
delayMicroseconds(t_off);
}

Agar (d==0) bayroq=1; // agar LED o'chirilgan bo'lsa, uni yoqishni boshlang
agar (d==100) bayroq=0; // agar LED maksimal nurlanish darajasiga etgan bo'lsa, biz uni o'chirishni boshlaymiz
}

A--;
}
return(!bcm2835_close()); // Dasturdan chiqish
}

Dasturni dimmer.c nomi bilan saqlaymiz, kompilyatsiya qilamiz va ishga tushiramiz.

Ko'rib turganingizdek, endi bizning LED asta-sekin o'chib, asta-sekin yonmoqda. PWM shunday ishlaydi. Impuls kengligi modulyatsiyasi ko'plab sohalarda qo'llaniladi. Bunga lampalar va LEDlarning yorqinligini nazorat qilish, servolarni boshqarish, kommutatsiya quvvat manbalarida (masalan, sizning kompyuteringizda), raqamli-analog va analog-raqamli konvertorlarda kuchlanishni tartibga solish va boshqalar kiradi. Aytgancha, agar biz dinamik sxemamizga qaytsak, u holda PWM yordamida siz signalning hajmini va chastotani, uning ohangini o'zgartirish orqali boshqarishingiz mumkin.

Esingizdami, bu qismning so‘zboshisidan proyeksiyachi asta-sekin elektr vilkasini rozetkadan tortib olgani haqidagi eski anekdot? Endi bilamizki, bu proyeksiyachi yorug'likni muammosiz o'chirish uchun, aksincha, rozetkadan vilkasini juda tez ulab, tortib olishi kerak.

Bu erda biz ushbu darsni tugatamiz. Shuni qo'shimcha qilish kerakki, PWM turli xil ilovalarda shunchalik tez-tez ishlatiladiki, protsessor uskunalari ishlab chiqaruvchilari ko'pincha PWM kontrollerini to'g'ridan-to'g'ri protsessorga quradilar. Bular. siz protsessorga kerakli signal parametrlarini o'rnatasiz va protsessorning o'zi sizning yordamingizsiz sizga kerakli signalni chiqaradi. Shu bilan birga, ushbu signalni yaratish uchun hech qanday dasturiy ta'minot resurslarini sarflamasdan. Bcm2835 shuningdek, o'rnatilgan PWM apparatiga ega. Va bu PWM GPIO port 18 yoki P1-12 ning muqobil xususiyati hisoblanadi. Uskuna PWM dan foydalanish uchun biz P1-12 portini ALT5 rejimiga o'rnatishimiz va protsessor parametrlarini o'rnatishimiz kerak. Ammo bu butunlay boshqacha hikoya ...