Модулација ширине импулса

ПВМ или ПВМ (Пулсе Видтх Модулатион) је начин контроле напајања за оптерећење. Контрола се састоји у промени трајања импулса са константном брзином понављања импулса. Пулсна ширинска модулација је доступна у аналогној, дигиталној, бинарној и тернарној.

Употреба пулсно-ширинске модулације омогућава повећање ефикасности електричних претварача, посебно импулсних претварача, који данас чине основу секундарних извора напајања за различите електронске уређаје. Флибацк и унапред једноструки, пусх-пулл и полумост, као и бридге свитцхинг претварачи се данас контролишу уз учешће ПВМ, ово важи и за резонантне претвараче.

Модулација ширине импулса вам омогућава да подесите осветљеност позадинског осветљења дисплеја са течним кристалима мобилних телефона, паметних телефона, лаптопа. ПВМ је имплементиран у апарати за заваривање, у аутомобилским инверторима, у пуњачима итд. Сваки пуњач данас користи ПВМ у свом раду.

Биполарни транзистори и транзистори са ефектом поља користе се као комутациони елементи у савременим високофреквентним претварачима. То значи да је део периода транзистор потпуно отворен, а део периода потпуно затворен.

А пошто у пролазним стањима која трају само десетине наносекунди, снага коју ослобађа прекидач је мала у поређењу са укљученом снагом, као резултат тога, просечна снага ослобођена у облику топлоте на прекидачу се испоставља занемарљивом. У овом случају, у затвореном стању, отпор транзистора као прекидача је веома мали, а пад напона на њему се приближава нули.

У отвореном стању, проводљивост транзистора је близу нуле и струја практично не тече кроз њега. Ово омогућава стварање компактних претварача са високом ефикасношћу, односно са малим губицима топлоте. ЗЦС (Зеро Цуррент Свитцхинг) резонантни претварачи минимизирају ове губитке.

У ПВМ генераторима аналогног типа, контролни сигнал генерише аналогни компаратор када се, на пример, сигнал троугла или триоде примени на инвертујући улаз компаратора и модулирајући континуирани сигнал се примењује на неинвертујући улаз.

Примају се излазни импулси правоугаоне, њихова стопа понављања је једнака фреквенцији тестере (или троугластог таласног облика), а трајање позитивног дела импулса је повезано са временом током којег је ниво модулирајућег једносмерног сигнала примењен на неинвертујући улаз компаратор је виши од нивоа сигнала тестере који се доводи на инвертујући улаз.Када је напон тестере већи од модулационог сигнала, излаз ће бити негативни део импулса.

Ако се тестера примени на неинвертујући улаз компаратора, а модулациони сигнал се примени на инвертујући, онда ће излазни импулси правоугаоног таласа имати позитивну вредност када је напон тестере већи од вредности модулационог сигнала примењен на инвертујући улаз, а негативан — када је напон тестере нижи од модулационог сигнала. Пример аналогне ПВМ генерације је ТЛ494 чип, који се данас широко користи у конструкцији прекидачких извора напајања.

Дигитални ПВМ се користи у бинарној дигиталној технологији. Излазни импулси такође узимају само једну од две вредности (укључено или искључено), а просечни излазни ниво се приближава жељеном. Овде се пиласти сигнал добија коришћењем Н-битног бројача.

ПВМ дигитални уређаји такође раде на константној фреквенцији, која нужно премашује време одзива контролисаног уређаја, овај приступ се назива оверсамплинг. Између ивица такта, дигитални ПВМ излаз остаје стабилан, висок или низак, у зависности од тренутног стања излаза дигиталног компаратора, који пореди нивое сигнала бројача и приближног дигиталног.

Излаз се тактује као низ импулса са стањима 1 и 0, свако стање такта може, али не мора бити обрнуто. Фреквенција импулса је пропорционална нивоу сигнала који се приближава, а узастопне јединице могу формирати шири, дужи импулс.

Резултујући импулси променљиве ширине биће вишекратници периода такта, а фреквенција ће бити једнака 1/2НТ, где је Т период такта, Н број циклуса такта. Овде се може постићи нижа фреквенција у смислу фреквенције такта. Описана шема дигиталног генерисања је једнобитна или двостепена ПВМ, пулсно кодирана ПЦМ модулација.

Ова двостепена импулсно кодирана модулација је у суштини низ импулса са фреквенцијом од 1/Т и ширином од Т или 0. Прекомерно узорковање се користи за просечну вредност током дужег временског периода. Висококвалитетни ПВМ се постиже једнобитном модулацијом густоће импулса, која се назива и пулсно-фреквентна модулација.

У дигиталној модулацији ширине импулса, правоугаони подпулси који испуњавају период могу се појавити било где у периоду и тада само њихов број утиче на просечну вредност сигнала за период. Дакле, ако поделимо период на 8 делова, онда су комбинације импулса 11001100, 11110000, 11000101, 10101010, итд. ће дати исти просек периода, али појединачне јединице отежавају радни циклус кључног транзистора.

Светиљке електронике, говорећи о ПВМ, дају сличну аналогију механици. Ако окренете тежак замајац са мотором након што се мотор може укључити или искључити, замајац ће се или окретати и наставити да се окреће или ће се зауставити због трења када је мотор искључен.

Али ако се мотор укључи неколико секунди у минути, онда ће се ротација замајца одржавати због инерције при одређеној брзини. И што је мотор дуже укључен, већа је брзина ротације замајца.Дакле, са ПВМ, сигнал за укључивање и искључивање (0 и 1) долази на излаз и резултат је просечна вредност. Интегрисањем напона импулса кроз време добијамо површину испод импулса, а ефекат на радно тело биће идентичан раду са просечном вредношћу напона.

Овако функционишу претварачи, где се пребацивање дешава хиљадама пута у секунди, а фреквенције достижу јединице мегахерца. Специјални ПВМ контролери се широко користе за контролу баласта штедљивих лампи, напајања, фреквентни претварачи за моторе итд.

Однос укупног трајања периода пулса и времена укључења (позитивног дела пулса) назива се радни циклус. Дакле, ако је време укључивања 10 μс, а период траје 100 μс, онда ће на фреквенцији од 10 кХз радни циклус бити 10, а пишу да је С = 10. Обрнути радни циклус назива се радни циклус циклус, на енглеском Дутицицле или скраћено ДЦ.

Дакле, за дати пример, ДЦ = 0,1 пошто је 10/100 = 0,1. Код импулсно-ширинске модулације, подешавањем радног циклуса импулса, односно променом једносмерне струје, на излазу електронског или другог електричног уређаја, као што је мотор, постиже се потребна просечна вредност.