Pretvarači, pretvarači, SMPS sklopovi i regulatori brzine…. Jedna stvar koja je uobičajena u svim tim sklopovima jest da se sastoji od mnogih elektroničkih prekidača unutar njih. Ovi prekidači nisu ništa drugo do Power elektronički uređaji poput MOSFET-a, IGBT-a, TRIAC-a itd. Da bismo kontrolirali takve elektroničke sklopke, obično koristimo nešto što se naziva PWM signali (Pulse Width Modulation). Osim toga, PWM signali također se koriste za pogon servo motora, kao i za druge jednostavne zadatke poput upravljanja svjetlinom LED diode.
U našem prethodnom članku saznali smo o ADC-u, dok se ADC koristi za čitanje analognih signala digitalnim uređajem poput mikrokontrolera. PWM se može smatrati upravo njegovom suprotnošću, PWM se koristi za proizvodnju analognih signala iz digitalnih uređaja poput mikrokontrolera. U ovom ćemo članku naučiti što su PWM, PWM signali i neki parametri povezani s tim, tako da ćemo biti sigurni u njihovu upotrebu u našim dizajnom.
Što je PWM (modulacija širine impulsa)?
PWM označava modulaciju širine impulsa; razlog takvog imena ući ćemo kasnije. Ali, za sada shvatite PWM kao vrstu signala koji se može proizvesti iz digitalne IC-e poput mikrokontrolera ili 555 timera. Tako proizvedeni signal imat će niz impulsa i ti će impulsi biti u obliku kvadratnog vala. Odnosno, u bilo kojem trenutku vremena val će biti ili visok ili će biti nizak. Radi lakšeg razumijevanja, razmotrimo 5V PWM signal, u ovom slučaju PWM signal će biti 5V (visok) ili na razini tla 0V (nizak). Trajanje u kojem signali ostaju visoki naziva se " on time ", a trajanje u kojem signal ostaje nizak naziva se " vrijeme isključenja ".
Za PWM signal moramo gledati dva važna parametra povezana s njim jedan je radni ciklus PWM-a, a drugi je PWM frekvencija.
Radni ciklus PWM
Kao što je ranije rečeno, PWM signal ostaje uključen određeno vrijeme, a zatim ostaje isključen do kraja razdoblja. Ono što ovaj PWM signal čini posebnim i korisnijim jest to što možemo odrediti koliko dugo treba ostati kontrolirajući radni ciklus PWM signala.
Postotak vremena u kojem PWM signal ostaje VISOK (na vrijeme) naziva se radnim ciklusom. Ako je signal uvijek UKLJUČEN, on je u 100% radnom ciklusu, a ako je uvijek isključen, to je 0% radnog ciklusa. Formule za izračunavanje radnog ciklusa prikazane su u nastavku.
Radni ciklus = Vrijeme UKLJUČIVANJA / (Vrijeme UKLJUČIVANJA + Vrijeme isključivanja)
Sljedeća slika predstavlja PWM signal s 50% radnog ciklusa. Kao što vidite, uzimajući u obzir cijelo vremensko razdoblje (vrijeme uključivanja i isključivanja), PWM signal ostaje uključen samo 50% vremenskog razdoblja.
Frekvencija = 1 / vremensko razdoblje vremensko razdoblje = vrijeme uključivanja + vrijeme isključenja
Obično će PWM signali koje generira mikrokontroler biti oko 500 Hz, tako visoke frekvencije koristit će se u sklopnim uređajima velike brzine poput pretvarača ili pretvarača. Ali ne zahtijevaju sve aplikacije visoke frekvencije. Na primjer, za upravljanje servo motorom trebamo proizvoditi PWM signale s frekvencijom od 50 Hz, tako da frekvenciju PWM signala također kontrolira program za sve mikrokontrolere.
Neka često postavljana pitanja o PWM-u
Koja je razlika između radnog ciklusa i frekvencije PWM signala?
Radni ciklus i frekvencija PWM signala često se zbunjuju. Kao što znamo, PWM signal je kvadratni val s određenim vremenom uključivanja i isključivanja. Zbroj tog vremena i vremena isključenja naziva se jednim vremenskim razdobljem. Inverzna vrijednost jednog vremenskog razdoblja naziva se frekvencija. Iako se količina vremena PWM signala treba uključiti u jednom vremenskom razdoblju, određuje se dužnim ciklusom PWM-a.
Pojednostavljeno, koliko brzo se PWM signal treba paliti i gasiti, određuje frekvencija PWM signala i u toj brzini koliko dugo PWM signal treba ostati uključen određuje radni ciklus PWM signala.
Kako pretvoriti PWM signale u analogni napon?
Za jednostavne primjene poput upravljanja brzinom istosmjernog motora ili podešavanja svjetline LED-a moramo pretvoriti PWM signale u analogni napon. To se lako može učiniti pomoću RC filtra i obično se koristi tamo gdje je potrebna DAC značajka. Krug za isti prikazan je u nastavku
Na grafikonu prikazanom gore, onaj u žutoj boji je PWM signal, a plavi u boji je izlazni analogni napon. Vrijednost otpornika R1 i kondenzatora C1 može se izračunati na temelju frekvencije PWM signala, ali obično se koristi otpornik od 5,7 K ili 10 K i kondenzator od 0,1 u ili 1 u.
Kako izračunati izlazni napon PWM signala?
Izlazni napon PWM signala nakon pretvorbe u analogni bit će postotak radnog ciklusa. Na primjer, ako je radni napon 5V, tada će i PWM signal imati 5V kada je visok. U tom slučaju za 100% radnog ciklusa izlazni napon će biti 5V, a za 50% radnog ciklusa 2,5V.
Izlazni napon = radni ciklus (%) * 5
Primjeri:
Prethodno smo koristili PWM s različitim mikrokontrolerom u mnogim našim projektima:
- Modulacija širine impulsa s ATmega32
- PWM s Arduino Uno
- Generiranje PWM-a pomoću PIC mikrokontrolera
- Vodič za PWM za Raspberry Pi
- Upravljanje servo motorom s Raspberry Pi
- Modulacija širine impulsa (PWM) pomoću MSP430G2
- Modulacija širine impulsa (PWM) u STM32F103C8
- Upravljanje servo motorom s Raspberry Pi
- Upravljanje istosmjernim motorom s Raspberry Pi
- LED zatamnjenje od 1 W
- LED zatamnjivač zasnovan na Arduinu koji koristi PWM
Dalje ovdje provjerite sve projekte povezane s PWM-om.