Modulasi lebar pulsa

PWM atau PWM (Pulse Width Modulation) adalah cara pengontrolan catu daya ke suatu beban. Kontrol terdiri dari mengubah durasi pulsa pada tingkat pengulangan pulsa yang konstan. Modulasi Lebar Pulsa tersedia dalam analog, digital, biner, dan terner.

Penggunaan modulasi lebar-pulsa memungkinkan untuk meningkatkan efisiensi konverter listrik, terutama untuk konverter pulsa, yang saat ini menjadi dasar catu daya sekunder untuk berbagai perangkat elektronik. Flyback dan forward single, push-pull dan half-bridge, serta konverter switching jembatan dikontrol hari ini dengan partisipasi PWM, ini juga berlaku untuk konverter resonansi.

Modulasi lebar pulsa memungkinkan Anda menyesuaikan kecerahan lampu latar layar kristal cair ponsel, smartphone, laptop. PWM diimplementasikan di mesin las, di inverter mobil, di pengisi daya, dll. Setiap pengisi daya saat ini menggunakan PWM dalam pengoperasiannya.

Bipolar mode kunci dan transistor efek medan digunakan sebagai elemen pengalih dalam konverter frekuensi tinggi modern. Ini berarti bahwa bagian dari periode transistor terbuka penuh dan bagian dari periode tertutup penuh.

Dan karena dalam keadaan sementara hanya berlangsung puluhan nanodetik, daya yang dilepaskan oleh sakelar kecil dibandingkan dengan daya yang diaktifkan, akibatnya daya rata-rata yang dilepaskan dalam bentuk panas pada sakelar ternyata dapat diabaikan. Dalam hal ini, dalam keadaan tertutup, resistansi transistor sebagai sakelar sangat kecil, dan penurunan tegangan mendekati nol.

Dalam keadaan terbuka, konduktivitas transistor mendekati nol dan arus praktis tidak mengalir melewatinya. Ini memungkinkan untuk membuat konverter kompak dengan efisiensi tinggi, yaitu dengan kehilangan panas yang rendah. Konverter resonansi ZCS (Zero Current Switching) meminimalkan kerugian ini.

Dalam generator PWM tipe analog, sinyal kontrol dihasilkan oleh komparator analog ketika, misalnya, sinyal segitiga atau triode diterapkan ke input pembalik komparator dan sinyal kontinyu modulasi diterapkan ke input non-pembalik.

Pulsa keluaran diterima persegi panjang, tingkat pengulangannya sama dengan frekuensi gergaji (atau bentuk gelombang segitiga), dan durasi bagian positif dari pulsa terkait dengan waktu di mana level sinyal DC modulasi diterapkan ke input non-pembalik dari komparator lebih tinggi dari level sinyal gergaji yang diumpankan ke input pembalik.Ketika tegangan gergaji lebih tinggi dari sinyal modulasi, keluarannya akan menjadi bagian negatif dari pulsa.

Jika gergaji diterapkan ke input non-pembalik komparator, dan sinyal modulasi diterapkan ke input pembalik, maka pulsa keluaran gelombang persegi akan memiliki nilai positif ketika tegangan gergaji lebih tinggi dari nilai sinyal modulasi diterapkan pada input pembalik, dan negatif - ketika tegangan gergaji lebih rendah dari sinyal modulasi. Contoh generasi PWM analog adalah chip TL494, yang banyak digunakan saat ini dalam konstruksi catu daya switching.

PWM digital digunakan dalam teknologi digital biner. Pulsa keluaran juga mengambil hanya satu dari dua nilai (hidup atau mati), dan tingkat keluaran rata-rata mendekati yang diinginkan Di sini, sinyal gigi gergaji diperoleh dengan menggunakan penghitung N-bit.

Perangkat digital PWM juga beroperasi pada frekuensi konstan, selalu melebihi waktu respons perangkat yang dikontrol, pendekatan ini disebut oversampling. Di antara tepi jam, output PWM digital tetap stabil, tinggi atau rendah, tergantung pada kondisi output komparator digital saat ini, yang membandingkan level sinyal penghitung dan perkiraan digital.

Outputnya di-clock sebagai urutan pulsa dengan status 1 dan 0, setiap status jam dapat dibalik atau tidak. Frekuensi pulsa sebanding dengan level sinyal yang mendekat, dan unit yang berurutan dapat membentuk pulsa yang lebih lebar dan lebih panjang.

Pulsa dengan lebar variabel yang dihasilkan akan menjadi kelipatan dari periode jam, dan frekuensinya akan sama dengan 1 / 2NT, di mana T adalah periode jam, N adalah jumlah siklus jam. Frekuensi yang lebih rendah dalam hal frekuensi jam dapat dicapai di sini. Skema generasi digital yang dijelaskan adalah PWM satu-bit atau dua-tingkat, modulasi PCM berkode-pulsa.

Modulasi berkode pulsa dua tahap ini pada dasarnya adalah urutan pulsa dengan frekuensi 1/T dan lebar T atau 0. Oversampling digunakan untuk rata-rata dalam periode waktu yang lebih lama. PWM berkualitas tinggi dicapai dengan modulasi padat pulsa bit tunggal, juga disebut modulasi frekuensi pulsa.

Dalam modulasi lebar-pulsa digital, subpulsa persegi panjang yang mengisi periode dapat muncul di mana saja dalam periode tersebut, dan kemudian hanya jumlahnya yang memengaruhi nilai rata-rata sinyal untuk periode tersebut. Jadi jika kita membagi periode menjadi 8 bagian, maka kombinasi pulsa 11001100, 11110000, 11000101, 10101010, dst. akan memberikan rata-rata periode yang sama, tetapi masing-masing unit membuat siklus kerja transistor kunci lebih berat.

Tokoh-tokoh elektronik, berbicara tentang PWM, memberikan analogi yang mirip dengan mekanika. Jika Anda memutar flywheel yang berat dengan mesin setelah mesin dapat dihidupkan atau dimatikan, flywheel akan berputar dan terus berputar atau berhenti karena gesekan saat mesin mati.

Namun jika mesin dihidupkan selama beberapa detik per menit, maka putaran flywheel akan tetap terjaga akibat inersia pada kecepatan tertentu. Dan semakin lama mesin dihidupkan, semakin tinggi pula kecepatan putaran flywheel.Jadi dengan PWM, sinyal on dan off (0 dan 1) masuk ke output dan hasilnya adalah nilai rata-rata. Dengan mengintegrasikan tegangan pulsa dari waktu ke waktu, kami memperoleh area di bawah pulsa, dan efeknya pada benda kerja akan identik dengan pekerjaan dengan nilai tegangan rata-rata.

Beginilah cara kerja konverter, di mana peralihan terjadi ribuan kali per detik, dan frekuensi mencapai satuan megahertz. Pengontrol PWM khusus banyak digunakan untuk mengontrol ballast lampu hemat energi, catu daya, konverter frekuensi untuk motor dll.

Rasio durasi total periode pulsa dengan tepat waktu (bagian positif dari pulsa) disebut siklus tugas. Jadi, jika waktu nyala adalah 10 μs, dan periode berlangsung 100 μs, maka pada frekuensi 10 kHz, siklus kerja akan menjadi 10, dan mereka menulis bahwa S = 10. Siklus tugas terbalik disebut tugas cycle, dalam bahasa Inggris Duty cycle atau DC singkatnya.

Jadi, untuk contoh yang diberikan, DC = 0,1 sejak 10/100 = 0,1. Dengan modulasi lebar-pulsa, dengan menyesuaikan siklus kerja pulsa, yaitu dengan mengubah arus searah, nilai rata-rata yang diperlukan dicapai pada keluaran perangkat elektronik atau perangkat listrik lainnya, seperti motor.