Điều chế độ rộng xung pwm

      25

Biến tần, Bộ chuyển đổi, mạch SMPS cùng Bộ điều khiển tốc độ,... đều gồm điểm thông thường là nó bao gồm rất nhiều công tắc điện tử ở mặt trong. Các công tắc này là các thiết bị điện tử công suất như MOSFET, IGBT, TRIAC, v.v... Để điều khiển các công tắc điện tử công suất như vậy, chúng ta thường sử dụng một thứ gọi là tín hiệu PWM (Điều chế độ rộng xung). Không tính ra, tín hiệu PWM cũng được sử dụng để điều khiển động cơ Servo với cũng cho những nhiệm vụ đơn giản khác như điều khiển độ sáng của đèn LED. Trong bài này, mời bạn cùng quocanhiec.com.vn tìm kiếm hiểu coi PWM là gì, bí quyết điều chế độ rộng xung cùng một số thông số tương quan đến nó để tất cả thể sử dụng chúng trong số thiết kế của mình.

Bạn đang xem: Điều chế độ rộng xung pwm

*

I. PWM là gì?

PWM là một loại tín hiệu tất cả thể được tạo ra từ một vi mạch kỹ thuật số như vi điều khiển hoặc bộ định thời 555. Bởi đó, tín hiệu được tạo ra sẽ gồm một nhóm các xung và những xung này sẽ ở dạng một sóng vuông. Gồm nghĩa là, tại bất kỳ thời điểm cụ thể nào, sóng sẽ cao hoặc sẽ thấp. Để dễ hiểu, họ hãy xem xét tín hiệu 5V PWM, trong trường hợp này tín hiệu PWM sẽ là 5V (cao) hoặc ở mức mặt đất 0V (thấp). Khoảng thời gian mà tín hiệu bảo trì ở mức cao được gọi là “đúng giờ” với khoảng thời gian tín hiệu gia hạn ở mức thấp được gọi là “thời gian tắt”.

Điều chế độ rộng xung (PWM) là một kỹ thuật điều khiển cái điện tiện lợi chất nhận được bạn kiểm rà soát tốc độ của động cơ, sản lượng nhiệt của vật dụng sưởi với hơn thế nữa theo phong cách tiết kiệm năng lượng (và thường là êm hơn). Các ứng dụng hiện gồm cho PWM bao gồm, nhưng ko giới hạn:

Hệ thống truyền động máy nén VRF HVAC.Mạch truyền động động cơ xe hybrid cùng điện.

Điều biến độ rộng xung đã vắt đổi thế giới bằng bí quyết cắt giảm mức tiêu thụ điện năng của những thiết bị sử dụng động cơ như lắp thêm điều hòa bầu không khí biến tần, tủ lạnh biến tần, trang bị giặt biến tần, vào số nhiều thiết bị khác. Ví dụ, máy điều hòa bầu không khí biến tần tất cả thể tiêu thụ ít hơn một nửa năng lượng so với sản phẩm điều hòa không gian biến tần trong một số trường hợp.

Trong thời đại ngày nay, nếu một thiết bị được quảng cáo là có máy nén tốc độ cụ đổi hoặc quạt tốc độ gắng đổi (điều này không bao gồm nhì hoặc ba tốc độ quạt), thì tất cả khả năng đáng kể là nó đang sử dụng PWM.

II. PWM hoạt động như thế nào?

PWM hoạt động bằng phương pháp tạo xung cái điện một chiều và thay đổi khoảng thời gian mà mỗi xung ở trạng thái “bật” để kiểm kiểm tra lượng cái điện chạy đến một thiết bị chẳng hạn như đèn LED. PWM là kỹ thuật số, bao gồm nghĩa là nó gồm hai trạng thái: bật và tắt (tương ứng với 1 và 0 vào ngữ cảnh nhị phân, sẽ trở buộc phải phù hợp hơn với bạn nếu sử dụng bộ vi điều khiển).

Mỗi xung được bật càng lâu, đèn LED sẽ càng sáng. Vì chưng khoảng thời gian giữa các xung quá ngắn bắt buộc đèn LED ko thực sự tắt. Nói phương pháp khác, nguồn điện của đèn LED bật cùng tắt quá nhanh (hàng ngàn lần mỗi giây) đến mức đèn LED thực sự vẫn sáng cơ mà không nhấp nháy. Điều này được gọi là có tác dụng mờ PWM, và mạch như vậy chỉ được gọi là mạch điều chỉnh độ sáng sủa LED PWM.

Nếu chu kỳ làm việc của bộ nguồn PWM được đặt thành 70%, thì xung sẽ bật vào 70% thời gian cùng nó tắt 30% thời gian. Chu kỳ nhiệm vụ đề cập đến lượng thời gian nó được bật. Ở chu kỳ hoạt động 70%, độ sáng sủa của đèn LED phải gần 70%. Mối tương quan tiền giữa chu kỳ nhiệm vụ và độ sáng ko phải là tuyến tính 100%, vì chưng hiệu suất của đèn LED cầm đổi theo lượng dòng điện được cung cấp.

Nếu chu kỳ nhiệm vụ là 0%, toàn bộ tín hiệu sẽ bằng phẳng. Chu kỳ nhiệm vụ PWM là 0% bao gồm nghĩa là nguồn bị tắt. Vào trạng thái như vậy, đèn LED sẽ ko hoạt động.

Lý do chính khiến những mạch PWM rất hiệu quả là chúng không cố gắng hạn chế một phần dòng điện sử dụng điện trở mà bọn chúng bật và tắt trọn vẹn dòng điện.

Top 10 nồi rán không dầu tốt nhất hiện nayTop máy lọc nước tại vòi tốt nhất 2021Top 11 thiết bị massage chân tốt nhất hiện nay

III. Chu kỳ nhiệm vụ cùng tần số PWM.

Đối với một tín hiệu PWM, họ cần chu đáo hai tham số quan trọng tương quan đến nó, một là chu kỳ nhiệm vụ PWM cùng một là tần số PWM.

1. Chu kỳ nhiệm vụ.

Như đã nói trước đó, tín hiệu PWM vẫn bật trong một thời gian cụ thể và sau đó tắt vào khoảng thời gian còn lại. Điều tạo nên tín hiệu PWM này trở buộc phải đặc biệt với hữu ích hơn là chúng ta có thể đặt thời gian hoạt động của nó bằng bí quyết kiểm kiểm tra chu kỳ nhiệm vụ của tín hiệu PWM.

Phần trăm thời gian mà lại tín hiệu PWM vẫn ở mức CAO (đúng giờ) được gọi là chu kỳ nhiệm vụ. Nếu tín hiệu luôn luôn BẬT, nó đang ở vào chu kỳ có tác dụng việc 100% cùng nếu nó luôn luôn tắt thì đó là chu kỳ có tác dụng việc 0%. Những công thức để giám sát và đo lường chu kỳ nhiệm vụ được hiển thị bên dưới.

*

Hình ảnh sau đây đại diện cho tín hiệu PWM với chu kỳ nhiệm vụ 50%. Như bạn gồm thể thấy, nếu xét vào toàn bộ khoảng thời gian (đúng giờ + thời gian tắt), tín hiệu PWM chỉ bật trong 50% khoảng thời gian.

*

Bằng biện pháp kiểm rà soát chu kỳ Nhiệm vụ từ 0% đến 100%, bọn họ có thể kiểm soát “đúng thời gian” của tín hiệu PWM và vì chưng đó độ rộng của tín hiệu. Vì chúng ta có thể điều chỉnh độ rộng của xung, nó mang tên mang tính biểu tượng là “Điều chế độ rộng xung”.

2. Tần số của một PWM.

Tần số của tín hiệu PWM xác định tốc độ PWM ngừng một giai đoạn. Một khoảng thời gian là thời gian BẬT với TẮT hoàn toàn của tín hiệu PWM như thể hiện trong hình trên. Các công thức để tính Tần số được đưa ra dưới đây.

*

Thông thường tín hiệu PWM vị vi điều khiển tạo ra sẽ ở khoảng 500 Hz, tần số cao như vậy sẽ được sử dụng trong những thiết bị chuyển mạch tốc độ cao như bộ nghịch lưu hoặc bộ chuyển đổi. Nhưng không phải tất cả các ứng dụng đều yêu thương cầu tần suất cao. Ví dụ để điều khiển một động cơ servo, bọn họ cần tạo ra tín hiệu PWM với tần số 50Hz, vị vậy tần số của tín hiệu PWM cũng tất cả thể được điều khiển bằng chương trình đến tất cả những vi điều khiển.

IV. Tại sao chúng ta cần tất cả Điều chế độ rộng xung?

Để hiểu sự cần thiết của điều chế độ rộng xung, bọn họ phải biết sự không giống biệt giữa tín hiệu xung cùng tín hiệu liên tục là gì.

Xem thêm:

*

Trong hình trên, một tín hiệu DC liên tục và một tín hiệu DC xung được thể hiện. Cả hai tín hiệu đều có cùng giá chỉ trị đỉnh là 12V. Tín hiệu xung bao gồm chu kỳ có tác dụng việc 50%. Bây giờ nếu họ kết nối một tải với nguồn DC liên tục thì tải sẽ nhận được đầy đủ 12V, nhưng nếu chúng ta kết nối tải đó với nguồn DC xung thì tải sẽ chỉ nhận được 6V. Vì chưng giá trị mức độ vừa phải của xung DC chỉ là 6V ở chu kỳ có tác dụng việc 50%.

Bây giờ nếu chúng ta giảm chu kỳ nhiệm vụ xuống 25% thì giá bán trị vừa đủ của xung sẽ là 3V. Bởi vì vậy, rõ ràng là giá chỉ trị vừa đủ của tín hiệu xung phụ thuộc vào chu kỳ hoạt động.

PWM rứa đổi tốc độ của động cơ của thiết bị để bọn chúng chỉ tiêu thụ nhiều điện năng cần thiết mà không khiến ra hậu quả thông thường là đốt cháy chiếc điện không sử dụng dưới dạng nhiệt. Một ví dụ về một giải pháp cụ thế cũ hơn là một mạch bóng buôn bán dẫn đơn giản tất cả thể núm đổi cái điện đi qua nó bằng phương pháp thay đổi điện trở của nó.

Quy tắc hiệu suất tương tự áp dụng mang đến điện trở cũng áp dụng cho bóng chào bán dẫn - Điện trở của bọn chúng dẫn đến năng lượng bị tiêu tốn lãng phí vì bọn chúng đốt cháy một phần dưới dạng nhiệt. Chúng hoạt động giống như thứ sưởi về mặt đó.

May mắn thay, những mạch này sẽ không bao giờ là chủ yếu thống. Các thiết bị như thứ điều hòa không khí với tủ lạnh lúc nào cũng chạy với tốc độ tối đa, gây ra nhiều tiếng ồn và tiêu tốn lãng phí nhiều năng lượng do chúng phải bật cùng tắt thường xuyên.

V. Ưu, nhược điểm của PWM.

Ưu điểm:

Giá rẻTiêu thụ ít điện năngHiệu quả lên đến 90%Một tín hiệu tất cả thể được bóc rất dễ dàng tại giải điều chế với nhiễu cũng gồm thể được tách ra một cách dễ dàngCông suất xử lý năng lượng caoCó thể sử dụng tần số rất caoHơi nóng lúc vận hànhNhiễu ít hơnRất tiết kiệm năng lượng khi sử dụng để chuyển đổi điện áp hoặc mang lại bóng đènMột hệ thống nhát hiệu quả vừa phải vào số cả ba loạiĐồng bộ hóa giữa trang bị phát cùng máy thu không bắt buộc không giống như điều chế vị trí xung (PPM)Yêu cầu bộ lọc được giảm xuốngBiên độ và tần số có thể được kiểm thẩm tra độc lậpGiảm đáng kể THD của dòng tải

Nhược điểm:

Mạch phức tạpĐột biến điện ápHệ thống yêu cầu một thiết bị bán dẫn gồm thời gian BẬT với TẮT thấp đề nghị chúng rất đắtNhiễu tần số vô tuyếnTiếng ồn điện từBăng thông phải lớn để sử dụng trong giao tiếpSuy hao chuyển mạch cao vày tần số PWM caoCông suất tức thời của thứ phát vậy đổi

Các ứng dụng của PWM bao gồm:

Trong những ngày hiện đại, kỹ thuật điều chế độ rộng xung được sử dụng để điều khiển tốc độ của động cơ trong các ngành công nghiệp.Để làm cho mờ ánh sáng.Để kiểm thẩm tra công suất điện.Trong hệ thống tin tức liên lạc.Trong hệ thống âm thanh.Trong các biến tần hiện đại.Sử dụng kỹ thuật PWM cùng cơ chế chuyển mạch, họ có thể điều khiển các tín hiệu tương tự bằng bí quyết sử dụng tín hiệu số.

VI. Phương pháp điều chế độ rộng xung.

Điều chế độ rộng xung (PWM) nói đúng là điều chỉnh điện áp ra tải hoặc còn gọi là phương pháp điều chế dựa bên trên sự ráng đổi độ rộng của chuỗi xung vuông, dẫn đến sự gắng đổi điện áp đầu ra.

Có 6 bí quyết điều chế độ rộng xung như dưới đây:

1. Kỹ thuật điều chế độ rộng xung đơn.

*

Dùng mang lại mạch một pha. Núm đổi độ rộng của xung để điều khiển thời gian hoặc để điều khiển tín hiệu cổng của bóng bán dẫn để có thể điều khiển điện áp đầu ra của biến tần. Bằng phương pháp thay đổi độ rộng hoặc bằng giải pháp thay đổi độ rộng của tín hiệu chuyển phạt nhanh, bọn họ chắc chắn tất cả thể rứa đổi thời gian hoạt động của bóng cung cấp dẫn. Khi chúng ta thay đổi thời gian của bóng chào bán dẫn, bọn họ có thể thế đổi điện áp đầu ra của biến tần. Vì vậy, nếu độ rộng của xung cổng mà họ nhận được như một đầu ra hoặc bộ so sánh sau khoản thời gian điều chế độ rộng xung thì độ rộng của điện áp đầu ra sẽ nhận được là d.

2. Điều chế độ rộng xung tiêm hài bậc ba.

*

Điện áp hài thứ ba không tồn tại trên những điện áp pha cùng đường dây đối với tải cha pha tất cả điểm trung tính thuộc loại dấu phẩy động. Vì chưng đó, nó không khiến ra bất kỳ biến dạng nào trên điện áp pha. Bằng biện pháp thêm tín hiệu hài thứ tía trong tín hiệu tham chiếu hình sin tần số thấp, bọn họ có thể nhận được sự gia tăng biên độ ở dạng sóng điện áp đầu ra.

3. Điều chế nhiều xung độ rộng.

*

Điều chế nhiều xung độ rộng bao gồm nhiều số lượng xung trên một nửa chu kỳ của điện áp đầu ra. Mỗi xung có thể được cầm cố đổi bởi tín hiệu sóng mang. Tần số của sóng tam giác lớn hơn tần số được sử dụng vào điều chế độ rộng xung đơn cùng nó quyết định số lượng tín hiệu gating bên trên nửa chu kỳ. Bằng bí quyết sử dụng nhiều xung, hàm lượng sóng hài bao gồm thể được giảm bớt. Tần số quyết định số xung trên một nửa chu kỳ. Điện áp đầu ra bao gồm thể được kiểm thẩm tra bằng cách kiểm thẩm tra chỉ số điều chế.

4. Điều chế độ rộng xung hình sin.

*

Nó chỉ ra rằng việc tạo ra những đầu ra của điều chế độ rộng xung với sóng sin có tác dụng tín hiệu điều chế. Thời gian chuyển mạch của tín hiệu PWM bao gồm thể thu được bằng cách so sánh sóng hình sin tham chiếu với sóng tam giác tần số cao. Loại điều chế độ rộng xung này được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng công nghiệp. Giá bán trị RMS của điện áp đầu ra bao gồm thể chũm đổi bằng cách thay đổi chỉ số điều chế. Kỹ thuật này cải thiện hệ số méo tiếng và loại bỏ tất cả những sóng hài nhỏ hơn hoặc bằng 2p-1. Bằng biện pháp sử dụng một bộ lọc, chúng ta có thể dễ dàng loại bỏ các sóng hài bậc cao.

5. Điều chế độ rộng xung dải trễ.

*

Trong kỹ thuật này, đầu ra được tự vị dao động vào dải lỗi được xác định trước được gọi là dải trễ. Tần số chuyển mạch của các thiết bị nguồn ko cố định liên tục cùng sẽ cố đổi tùy thuộc vào cường độ với tần số của tín hiệu tham chiếu. Lợi ích bao gồm của sơ đồ điều khiển này là khả năng đáp ứng nhanh lẹ với tải cùng quá độ dòng.

6. Điều chế độ rộng xung vector không gian.

*

Điều chế vectơ không gian PW (SVPWM) là một thuật toán để điều khiển điều chế độ rộng xung (PWM). Nó được sử dụng để tạo ra các dạng sóng loại điện luân chuyển chiều (AC), phổ biến nhất là điều khiển động cơ được cấp nguồn chuyển phiên chiều 3 trộn ở những tốc độ khác nhau từ DC bằng phương pháp sử dụng nhiều bộ khuếch đại lớp D. Sóng hài hiện tại ở đầu ra giảm và vày đó phương pháp điều chế véc tơ này cung cấp cái điện hoặc điện áp đầu ra tối ưu.