מה זה PWM, איך מודדים את זה

PWM מייצג אפנון רוחב דופק המסמל את האופי המשתנה של רוחבי הדופק העלולים להיווצר ממקור מסוים כגון IC נפרד, MCU או מעגל טרנזיסטורי.

מה זה PWM

במילים פשוטות תהליך PWM אינו אלא הפעלה וכיבוי של מתח אספקה ​​בקצב מסוים עם יחסי תזמון הפעלה / כיבוי שונים, כאן אורך המתג ON של המתח עשוי להיות גדול יותר, קטן יותר או שווה לאורך הכיבוי OFF.

לדוגמא PWM עשוי לכלול מתח קבוע להפעלה וכיבוי בקצב של 2 שניות ON 1 שנייה OFF, שנייה אחת ON 2 שנייה OFF או שנייה אחת ON, שנייה אחת OFF.

כאשר קצב הפעלה / כיבוי זה של מתח אספקה ​​מותאם באופן שונה אנו אומרים כי המתח הוא מאופנן PWM או רוחב דופק.

כולכם חייבים להיות כבר מכירים לגבי האופן שבו פוטנציאל DC קבוע מופיע בגרף זמן מתח v / s כמוצג להלן:

בתמונה שלעיל אנו יכולים לראות קו ישר ברמת 9V, זה מושג מכיוון שרמת 9V אינה משתנה ביחס לזמן ולכן אנו מסוגלים להיות עדים לקו ישר.

עכשיו אם 9V זה מופעל וכיבוי אחרי כל שנייה אחת, הגרף שלמעלה יראה כך:

אנו יכולים לראות בבירור שעכשיו קו 9V אינו עוד דירוג קו ישר בצורת בלוקים לאחר כל שנייה אחת, שכן 9V מופעל וכיבוי לאחר כל שנייה לסירוגין.

העקבות שלעיל נראים כמו גושי מלבן מכיוון שכאשר ה- 9V מופעל וכיבוי הפעולות הן מיידיות מה שפתאום גורם ל- 9V לעבור לרמה אפסית ואז לפתע לרמת 9V ובכך ליצור את הצורות המלבניות בגרף.

התנאי הנ'ל מעלה מתח פועם אשר יש למדוד שני פרמטרים דהיינו: מתח השיא והמתח הממוצע או מתח ה- RMS.

מתח ושיא ממוצע

בתמונה הראשונה מתח השיא הוא כמובן 9V, והמתח הממוצע הוא גם 9V פשוט בגלל שהמתח הוא קבוע ללא הפסקות.

עם זאת בתמונה השנייה, למרות שהמתח מופעל / כבוי בקצב של 1 הרץ (שנייה אחת מופעלת, שנייה אחת כבויה) השיא עדיין יהיה שווה ל -9 וולט, מכיוון שהשיא תמיד מגיע לסימן 9V בתקופות ה- ON. אבל המתח הממוצע כאן הוא לא 9V אלא 4.5V מכיוון שהיצור והשבירה של המתח נעשים בקצב של 50%.

בדיונים ב- PWM נקרא שיעור הפעלה / כיבוי זה מחזור חובה של ה- PWM, ולכן במקרה הנ'ל זהו מחזור חובה של 50%.

כאשר אתה מודד PWM עם מודד דיגיטלי בטווח DC, תמיד תקבל את קריאת הערך הממוצעת על המד.

חובבים חדשים מתבלבלים לעתים קרובות עם הקריאה הזו ומתייחסים אליה כאל ערך השיא, וזה לגמרי לא נכון.

כפי שהוסבר לעיל ערך השיא של PWM יהיה שווה ברובו למתח האספקה ​​המוזן למעגל, בעוד שהנפח הממוצע במונה יהיה הממוצע של תקופות ON / OFF של ה- PWMs.

החלפת Mosfet עם PWM

אז אם אתם מחליפים mosfet עם PWM ומוצאים את מתח השער להיות, נניח לדוגמא 3V, אל תיבהלו מכיוון שזה יכול להיות רק המתח הממוצע שמציין המונה, מתח השיא יכול להיות גבוה כמו אספקת המעגל שלכם. מתח.

לכן ניתן לצפות שמוספט יתנהל בסדר ובאופן מלא באמצעות ערכי שיא אלה והמתח הממוצע ישפיע רק על תקופת ההולכה שלו, ולא על מפרט ההחלפה של המכשיר.

כפי שדנו בסעיפים הקודמים, PWM כולל באופן בסיסי את שינוי רוחבי הדופק, במילים אחרות תקופות ה- ON וה- OFF של ה- DC.

בואו נגיד למשל שאתם רוצים פלט PWM עם זמן ON הפחות 50% מזה של זמן ON.

נניח שזמן ההפעלה הנבחר שלך הוא 1/2 שנייה ואז זמן ה- OFF יהיה שווה לשנייה אחת, מה שיוליד מחזור חובה של 1/2 שנייה ON ו- שנייה OFF, כפי שניתן לראות בתרשים הבא .

ניתוח מחזור החובה של PWM

בדוגמה זו ה- PWM מותאמים לייצור מתח שיא של 9 וולט, אך מתח ממוצע של 3.15 וולט שכן זמן ההפעלה הוא רק 35% ממחזור הפעלה / כיבוי מלא אחד.

מחזור שלם אחד מתייחס לתקופת הזמן המאפשרת לדופק הנתון להשלים את זמן ההפעלה המלא שלו ואת זמן ה- OFF האחד.

באופן דומה ניתן להתכוון לייעל את רוחב הדופק של תדר עם הנתונים הבאים:

כאן ניתן לראות את זמן ה- ON גדל מ- OFF ב- 65% על פני מחזור מלא אחד, ולכן כאן הערך הממוצע של המתח הופך ל- 5.85V.

המתח הממוצע הנדון לעיל נקרא גם RMS או ערך הריבוע הממוצע של המתח.

מכיוון שכולם פולסים מלבניים או מרובעים, ניתן לחשב את ה- RMS פשוט על ידי הכפלת אחוז מחזור החובה עם מתח השיא.

אופטימיזציה של PWM כדי לדמות Sinewave

עם זאת, במקרים בהם ה- PWM מותאם כדי לדמות דופק AC, החישוב עבור ה- RMS הופך למורכב מעט.

בואו ניקח את הדוגמה של ה- PWM הבא שמותאם למגוון רוחבו המתאים למשרעת המשתנה או לרמת אות ה- AC הסינוסי.

תוכלו ללמוד עוד על כך דרך אחד המאמרים הקודמים שלי, שם הסברתי כיצד ניתן להשתמש ב- IC 555 יצירת גל סינוס פלט PWM שווה ערך .

כפי שניתן לראות בתמונה לעיל רוחב הפולסים משתנה ביחס לרמה המיידית של גל הסינוס. מכיוון שגל הסינוס נוטה להגיע לשיא, רוחב הדופק המקביל נהיה רחב יותר ולהיפך.

שימוש ב- SPWM

זה מצביע על כך שמכיוון שרמת מתח הסינוס משתנה כל הזמן עם הזמן גם ה- PWM משתנים עם הזמן על ידי שינוי מתמיד ברוחביו. PWM כזה מכונה גם SPWM או Sinewave Pulse Width Widulation.

כך שבמקרה הנ'ל הפולסים לעולם אינם קבועים אלא משנים את רוחבם באופן שונה עם הזמן.

זה הופך את ה- RMS שלו או את חישוב הערך הממוצע למורכב מעט ואנחנו לא יכולים פשוט להכפיל את מחזור החובה במתח השיא כאן להשגת ה- RMS.

למרות שהנוסחה בפועל להפקת ביטוי ה- RMS מורכבת למדי, לאחר נגזרות מתאימות היישום הסופי למעשה נעשה די קל.

חישוב מתח RMS של PWM

כך לחישוב RMS של מתח PWM משתנה בתגובה לגל סינוס ניתן לרכוש על ידי הכפלת 0.7 (קבוע) עם מתח השיא.

אז לשיא של 9 וולט נקבל 9 x 0.7 = 6.3 וולט, זהו מתח ה- RMS או הערך הממוצע של שיא 9 וולט עד לשיא PWM המדמה גל סינוס.

תפקיד ה- PWM במעגלים אלקטרוניים?

תגלה שתפישת ה- PWM קשורה למעשה
עיצובים של מעגלים הכוללים משרנים במיוחד טופולוגיות דחיפת הכסף, כגון ממירים, SMPS , MPPT, מעגלי נהג LED וכו '.

ללא משרן לתכונת PWM אין שום ערך אמיתי או תפקיד במעגל נתון, הסיבה לכך היא שרק משרן הוא בעל התכונה הטבועה בהפיכת רוחב דופק משתנה לכמות שווה של מוגבר (מוגבר) או יורד למטה (מכופף) מתח או זרם, שהופך להיות הרעיון השלם והיחיד של טכנולוגיית PWM.

שימוש ב- PWM עם משרנים

כדי להבין כיצד PWM משפיע על תפוקת המשרן מבחינת המתח והזרם, יהיה חשוב תחילה ללמוד כיצד משרן מתנהג בהשפעת מתח פועם.

באחד מהפוסטים הקודמים שלי הסברתי לגבי איך עובד מעגל דחיפת כסף , זו דוגמה קלאסית להדגמה כיצד ניתן להשתמש ב- PWMs או ברוחב דופק משתנה למימד פלט המשרן.

זה ידוע כי מטבעו 'משרן תמיד מתנגד ליישום פתאומי של מתח עליו ומאפשר לו לעבור רק לאחר זמן מסוים, תלוי במפרט המתפתל שלו, ובמהלך תהליך זה הוא שומר כמות שווה של אנרגיה בתוך זה.

כעת אם במהלך התהליך הנ'ל המתח נכבה פתאום, המשרן אינו מסוגל להתמודד עם היעלמותו הפתאומית הזו של המתח המופעל ומנסה לאזן אותו באמצעות שחרור הזרם המאוחסן בו.

תגובת המשרן ל- PWM

לפיכך משרן ינסה להתנגד להפעלת מתח על ידי אחסון זרם וינסה להשוות בתגובה לכיבוי פתאומי של המתח על ידי 'בעיטה' של האנרגיה המאוחסנת בחזרה למערכת.

בעיטה חזרה זו נקראת EMF האחורי של משרן ותוכן האנרגיה הזו (מתח, זרם) יהיה תלוי במפרט המתפתל של המשרן.

בעיקרון מספר הסיבובים מחליט אם EMF צריך להיות גבוה יותר במתח ממתח האספקה ​​או נמוך ממתח האספקה, ועובי החוט קובע את כמות הזרם שהמשרן יוכל למסור.

יש היבט נוסף של המשרן הנ'ל, שהוא עיתוי תקופות הפעלה / כיבוי המתח.

זה המקום בו השימוש ב- PWM הופך להיות קריטי.

למרות שמספר הפניות קובע באופן בסיסי את ערכי הפלט עבור מסוים, אלה יכולים גם להשתנות לפי הצורך על ידי הזנת מבוא PWM מותאם למשרן.

באמצעות PWM משתנה אנו יכולים להכריח משרן לייצר / להמיר זרמים וזרמים בכל קצב רצוי, בין אם כמתח מוגבר (זרם מופחת), או זרם מוגבר (מתח מופחת) או להיפך.

ביישומים מסוימים ניתן להשתמש ב- PWM גם ללא משרן, כגון לעמעום נורת LED, או במעגלי טיימר MCU, בהם ניתן לייעל את הפלט ליצירת מתחים במתג מופעל אחר, כבה תקופות לבקרת עומס לפי מפרט העבודה המיועד לו.