Start Artyku?y Elektronika PWM - modulacja szeroko?ci impulsu

Partnerzy

www.prototypy.com

helion

www.elektroda.pl

www.zestawyuruchomieniowe.pl

Kredyty Gdynia

Translate this



PWM - modulacja szeroko?ci impulsu PDF Drukuj
Ocena użytkowników: / 76
SłabyŚwietny 
niedziela, 15 maja 2011 21:41

PWM_logoPWM (ang. Pulse-width modulation) - modulacja szeroko?ci impulsu jest metod? wykorzystan? do sterowania warto?ci? napi?cia i pr?du sta?ego. Metod? ta polega na zmianie szeroko?ci impulsu o sta?ej amplitudzie i sta?ej cz?stotliwo?ci. Zalety PWM wykorzystywane s? w przetwornicach impulsowych w sterowaniu silnikami pr?du sta?ego czy jasno?ci? ?wiecenia diod LED.

Zasada dzia?ania modulacji szeroko?ci impulsu jak sama nazwa wskazuje polega na zmianie szeroko?ci impulsu sygna?u. Przy metodzie PWM cz?stotliwo?? sygna?u jak i amplituda s? sta?e. Najwa?niejszycm parametrem sygna?u PWM jest wsp?czynnik wype?nienia okre?lany na podstawie poni?szego wzoru:

k_w = T_ON/T

Mo?na rwnie? zauwa?y?, ?e suma czasw stanu niskiego i wysokiego daje okres sygna?u:

T = T_ON+T_OFF

Gdze:

TON - Czas stanu wysokiego sygna?u

TOFF - Czas stanu niskiego sygna?u

T - Okres sygna?u

Czasy stanu wysokiego oraz czasy stanu niskiego pokazano na poni?szym rysunku nr 1. Napi?cie U1 to stanu wysokiego sygna?u czyli jego amplituda.


PWM (1)

Rys. 1. Sygna? PWM z zaznaczonym okresem - T, czasem stanu wysokiego - TON oraz czasem stanu niskiego - TOFF.

Poni?ej na rysunku 2 zaprezentowany zosta? przyk?adowy sygna?u PWM z zaznaczonymi przyk?adowymi czasami stanu wysokiego oraz niskiego. Pod rysunkiem zaprezentowano obliczenia dotycz?ce wsp?czynnika wype?nienia.


PWM (2)

Rys. 2. Przyk?adowy sygna? PWM.

Obliczenie wsp?czynnika wype?nienia dla rysunku 2.

k_w = T_ON/T

k_w = 300/800

k_w = 0,375

Dla obliczenia procentowego wsp?czynnika wype?nienia nale?y wykona? identyczne obliczenia oraz pomno?y? przez 100%:

k_{w%} = {T_ON/T}*100%

k_{w%} = {300/800}*100%

k_{w%} = 0,375*100%

k_{w%} = 37,5%

Jak wynika z oblicze? przyk?adowy sygna? z rys. 2 charakteryzuje si? wype?nieniem rwnym 0,357 lub inaczej 37,5%. Wsp?czynnik wype?nienia jest warto?ci? niemianowan?.  Wa?n? informacj? mo?e by? rwnie? cz?stotliwo?? sygna?y z rys. 2, ktra oblicza si? na podstawie poni?szego wzoru:

f = 1/T

f = 1/{0,8}

f = 1,25 Hz

Warto?? T nale?y poda? w sekundach tak by zgadza?y si? jednostki we wzorze, poniewa? Hz (Hertz) to 1/s (sekund?) dlatego zamieniono 800ms na 0,8s.

Dzi?ki mo?liwo?ci regulacji szeroko?ci impulsu mo?na zmienia? na przyk?ad ?redni? warto?? napi?cia. Na poni?szych rysunkach pokazano r?ne wsp?czynniki wype?nienia przy zachowaniu tej samej cz?stotliwo?ci sygna?y oraz tej samej amplitudy.

PWM (3)
Rys. 3.Sygna? PWM o wsp?czynniku wype?nienia 10%.

PWM (4)

Rys. 4. Sygna? PWM o wsp?czynniku wype?nienia 30%.


PWM (5)

Rys. 5. Sygna? PWM o wsp?czynniku wype?nienia 50%.

PWM (6)

Rys. 6. Sygna? PWM o wsp?czynniku wype?nienia 70%.

PWM (7)

Rys. 7. Sygna? PWM o wsp?czynniku wype?nienia 90%.

Dla obliczenia ?redniej warto?ci napi?cia z wykorzystaniem PWM niezb?dne staje si? wyliczenia wsp?czynnika wype?nienia poniewa? to w?asnie iloczyn wsp?czynnika wype?nienia i aplitudy napi?cia sygna?u daje w rezultacie napiecie ?rednie sygna?u.

Dla przyk?adu, wsp?czynnik wype?nienia z rys. 2 rwny by? 37,5% (0,357) i amplituda napi?cia U1 = 12V da napi?cie ?rednie U?r:

U_{sr} = k_w * U1

U_{sr} = 0,375 * 12

U_{sr} = 4,5 V

W takim przypadku napi?cie ?rednie sygna?y PWM wynosi 4,5V. Daje to bardzo prost? mo?liwo?ci regulacji napi?cia w d? w zakresie od napi?cia zasilania U1 do 0. Metod? taka mo?na wykorzysta? na przyk?ad do regulacji jasno?ci ?wiecenia diod LED, czy pr?dko?ci obrotowej silnikw DC (pr?du sta?ego), ktra zale?na jest od ?redniego napi?cia zasilania.

Sygna? PWM mo?e by? generowany przez mikrokontroler lub przez inny uk?ad analogowy, a nawet przez uk?ad dyskretny. Sygna? z takich uk?adw charakteryzuje si? niskim napi?ciem i bardzo niewielkim pr?dem mo?liwym do dostarczenia do odbiornika. Je?eli zachodzi potrzeba regulacji wi?kszych napi?? pr?dw nale?y zastosowa? uk?ad steruj?cy np. tranzystor. Mo?e by? to tranzystor bipolarny lub unipolrny. Poni?szy przyk?ad b?dzie opart o tranzystor bipolarny BC547.

PWM (8)

Rys. 8. Przyk?ad sterowania PWM diod? LED.


Sygna? PWM steruje baz? tranzystora T1 przez rezystor R2 inaczej mwi?c tranzystor T1 jest na zmian? za??czany i wy??czany. Daje to w rezultacie sytuacj?, w ktrej tranzystor mo?na by zast?pi? zwyk?ym prze??cznikiem jak pokazano na rys. 9.

PWM (9)

Rys. 9. Uproszczony schemat sterowania PWM diod? LED.

Gdy prze??cznik jest zamkni?ty dioda LED zasilana jest przez rezystor R1 (ograniczaj?cy pr?d) napi?ciem 12V. Natomiast gdy prze??cznik jest otwarty obwd zostaje przerwany i dioda nie jest zasilana i nie ?wieci. Takie prze??czenia z ma?? cz?stotliwo?ci? dadz? w efekcie diod? migaj?c?. Je?eli jednak nale?y sterowa? intensywno?ci? ?wiecenia diody LED nale?y zwi?kszy? cz?stotliwo?? sygna?y PWM, tak by oszuka? oko ludzkie. Teoretycznie prze??czenia z cz?stotliwo?ci? 50Hz nie s? widzialne dla oka ludzkiego co w rezultacie da efekt diody ?wiec?cej z mniejsz? intensywno?ci?. Im mniejszy wsp?czynnik wype?nienia tym s?abiej b?dzie ?wieci? dioda LED poniewa? w czasie jednego okresu dioda b?dzie ?wieci? krcej.

Tak? sam? zasad? i podobny schemat mo?na wykorzysta? do sterowania silnikiem pr?du sta?ego. W przypadku silnika nale?y jednak zastosowa? wy?sz? cz?stotliwo?? prze??cze? powy?ej 15-20kHz z dwch powodw. Pierwszy z nich dotyczy d?wi?ku jaki mg? by wydawa? silnik (Nieprzyjemny pisk). Cz?stotliwo?? 15-20kHz jest teoretyczn? granic? s?yszalno?ci cz?owieka, wi?c cz?stotliwo?ci wy?sze teoretycznie b?d? nies?yszalne. Druga sprawa dotyczy stabilno?ci pracy silnika. Gdy silnik zasilany by? sygna?em o ma?ej cz?stotliwo?ci w skrajnych przypadkach mog?o by doj?? do sytuacji, ?e silnik stawa? by gdy tranzystor by nie przewodzi? i rusza? po za??czeniu na zmian? w zale?no?ci od stanu sygna?u PWM. Mwi?c pro?ciej je?eli cz?stotliwo?? sygna?y b?dzie zbyt ma?a obroty silnika b?d? niestabilne. Im wy?sza cz?stotliwo?? sygna?u PWM tym wi?ksza stabilno?? ?redniego napi?cia wyj?ciowego. Rwnie? pulsacje napi?cia s? mniejsze. Nie nale?y jednak przesadza? z cz?stotliwo?ci? sygna?u PWM, poniewa? przy du?ych cz?stotliwo?ciach tranzystor mo?e nie zd??y? si? w pe?ni otworzy? lub zamkn?? i uk?ad nie b?dzie dzia?a poprawnie. Szczeglnie tyczy si? to tranzystorw unipolarnych gdzie czas prze?adowania mo?e by? stosunkowo du?y, w zale?no?ci od konstrukcji. Zbyt du?a cz?stotliwo?? sygna?u PWM powoduje rwnie? wzrost strat na tranzystorze poniewa? ka?de prze??czenia powoduje straty energii. Steruj?c du?ymi pr?dami przy du?ych cz?stotliwo?ciach PWM nale?y wybra? tranzystor o ma?ej rezystancji przewodzenia i szybkim czasie dzia?a dla zmniejszenia strat energii.

Steruj?c za pomoc? PWM silnikiem DC nale?y pami?ta? o zastosowaniu diody zabezpieczaj?cej D1 tranzystor T1 przed przepi?ciami pojawiaj?cymi si? w chwili przerwania obwodu indukcyjnego rys. 10. Po wy??czeniu tranzystora w wyniku dzia?ania indukcji silnika powstaje przepi?cie, ktre mo?e uszkodzi? tranzystor. Dzi?ki zastosowaniu diody zabezpieczaj?cej D1 impuls roz?adowywany jest przez diod? i rezystancj? wewn?trzn? silnika zabezpieczaj?c tym samym tranzystor. Dla wyg?adzenia napi?cia zasilania pomi?dzy zaciski silnika S1 i S2 mo?na zastosowa? kondensator o niewielkiej pojemno?ci (100nF), ktry b?dzie stabilizowa? napi?cie pomi?dzy kolejnymi prze??czeniami tranzystora. Zmniejszy to rwnie? zak?cenia napi?cia generowane przez cz?ste kluczowanie tranzystorem T1.

PWM (10)

Rys. 10. Schemat uk?adu do sterowania pr?dko?ci? obrotow? silnika pr?du sta?ego z diod? zabezpieczaj?c? przed przepi?ciami.

DataOdwiedzinKomentarze
Suma5533114
Pt. 1590
Cz. 14360
Śr. 13390
Wt. 12280
 

Komentarze  

 
+6 #1 neklan 2011-07-04 00:40
jestes wielki, czekam na nastepne :)
Cytować
 
 
+3 #2 Stachu 2011-07-12 22:52
Mo?e przyk?ad jakiego? kodu pod GCC ?

Fajny artyku?
Cytować
 
 
+4 #3 admin 2011-07-12 22:55
Cytować
 
 
+2 #4 Micha? 2011-07-14 07:19
Cytować
 
 
+2 #5 admin 2011-07-14 08:07
Cytować
 
 
-3 #6 KOcuR 2011-10-24 19:10
Super dzi?ki mordeczko od ca?ej klasy 4 T ZSSil nr2
Cytować
 
 
-2 #7 Kubiakos 2011-11-25 13:13
Bardzo przydatny artyku?.
Wielkie dzi?ki.
Cytować
 
 
-3 #8 Greg 2011-12-05 15:37
Ma?y b??d w obliczeniach Usr:
0.375 x 12 = 4.5 a nie 2.5
dalej w tek?cie jest poprawnie.

Pozdrawiam,
Greg
Cytować
 
 
-2 #9 admin 2011-12-05 17:44
Dzi?kuj? za zauwa?enie b??du, ju? poprawione
Cytować
 
 
-1 #10 KKK 2012-01-14 00:05
Bardzo przyst?pnie wyt?umaczone.
Cytować
 

Dodaj komentarz


Kod antysapmowy
Odśwież

Licznik

Artyku? przeczytano: 55407

Sonda

Sk?d wiesz o www.mikrokontrolery.org
 

Statystyka

Użytkowników : 1
Artykułów : 28
Zakładki : 1
Odsłon : 399510

Facebook

Logowanie



www.mikrokontrolery.org, Powered by Joomla! Designed by SiteGround web hosting