điều chế độ rộng xung
PWM hoặc PWM (Điều chế độ rộng xung) là một cách để kiểm soát nguồn điện cung cấp cho tải. Điều khiển bao gồm thay đổi thời lượng xung ở tốc độ lặp lại xung không đổi. Điều chế độ rộng xung có sẵn ở dạng analog, kỹ thuật số, nhị phân và ternary.
Việc sử dụng điều chế độ rộng xung giúp tăng hiệu suất của bộ chuyển đổi điện, đặc biệt là đối với bộ chuyển đổi xung, ngày nay là cơ sở của nguồn cung cấp năng lượng thứ cấp cho các thiết bị điện tử khác nhau. Ngày nay, các bộ chuyển đổi Flyback và Forward đơn, kéo đẩy và nửa cầu, cũng như chuyển mạch cầu được điều khiển với sự tham gia của PWM, điều này cũng áp dụng cho các bộ chuyển đổi cộng hưởng.
Điều chế độ rộng xung cho phép bạn điều chỉnh độ sáng của đèn nền màn hình tinh thể lỏng của điện thoại di động, điện thoại thông minh, máy tính xách tay. PWM được thực hiện trong máy hàn, trong biến tần ô tô, trong bộ sạc, v.v. Mọi bộ sạc ngày nay đều sử dụng PWM trong hoạt động của nó.
Các bóng bán dẫn hiệu ứng trường và lưỡng cực chế độ khóa được sử dụng làm phần tử chuyển mạch trong các bộ chuyển đổi tần số cao hiện đại. Điều này có nghĩa là một phần của khoảng thời gian bóng bán dẫn được mở hoàn toàn và một phần của khoảng thời gian nó được đóng hoàn toàn.
Và vì ở trạng thái nhất thời chỉ kéo dài hàng chục nano giây, công suất do công tắc giải phóng nhỏ so với công suất được chuyển đổi, do đó, công suất trung bình giải phóng dưới dạng nhiệt trên công tắc hóa ra là không đáng kể. Trong trường hợp này, ở trạng thái đóng, điện trở của bóng bán dẫn như một công tắc rất nhỏ và điện áp rơi trên nó gần bằng không.
Ở trạng thái mở, độ dẫn điện của bóng bán dẫn gần bằng 0 và dòng điện thực tế không chạy qua nó. Điều này cho phép tạo ra các bộ chuyển đổi nhỏ gọn với hiệu suất cao, tức là với tổn thất nhiệt thấp. Bộ chuyển đổi cộng hưởng ZCS (Zero Current Switching) giảm thiểu những tổn thất này.
Trong các bộ tạo PWM kiểu tương tự, tín hiệu điều khiển được tạo ra bởi một bộ so sánh tương tự khi, ví dụ, tín hiệu tam giác hoặc ba cực được áp dụng cho đầu vào đảo ngược của bộ so sánh và tín hiệu liên tục điều biến được áp dụng cho đầu vào không đảo ngược.
xung đầu ra được nhận hình hộp chữ nhật, tốc độ lặp lại của chúng bằng với tần số của cưa (hoặc dạng sóng tam giác) và thời lượng của phần dương của xung có liên quan đến thời gian trong đó mức tín hiệu DC điều chế được áp dụng cho đầu vào không đảo ngược của bộ so sánh cao hơn mức tín hiệu cưa được đưa đến đầu vào đảo ngược.Khi điện áp cưa cao hơn tín hiệu điều chế, đầu ra sẽ là phần âm của xung.
Nếu cưa được áp dụng cho đầu vào không đảo ngược của bộ so sánh và tín hiệu điều chế được áp dụng cho tín hiệu đảo ngược, thì các xung đầu ra sóng vuông sẽ có giá trị dương khi điện áp của cưa cao hơn giá trị của tín hiệu điều biến được áp dụng cho đầu vào đảo ngược và âm - khi điện áp cưa thấp hơn tín hiệu điều chế. Một ví dụ về thế hệ PWM tương tự là chip TL494, ngày nay được sử dụng rộng rãi trong việc xây dựng các bộ nguồn chuyển mạch.
Digital PWM được sử dụng trong công nghệ số nhị phân. Các xung đầu ra cũng chỉ nhận một trong hai giá trị (bật hoặc tắt) và mức đầu ra trung bình tiến gần đến mức mong muốn Ở đây, tín hiệu răng cưa thu được bằng cách sử dụng bộ đếm N-bit.
Các thiết bị kỹ thuật số PWM cũng hoạt động ở tần số không đổi, nhất thiết phải vượt quá thời gian đáp ứng của thiết bị được điều khiển, phương pháp này được gọi là lấy mẫu quá mức. Giữa các cạnh đồng hồ, đầu ra PWM kỹ thuật số vẫn ổn định, cao hoặc thấp, tùy thuộc vào trạng thái hiện tại của đầu ra của bộ so sánh kỹ thuật số, so sánh các mức của tín hiệu bộ đếm và tín hiệu kỹ thuật số gần đúng.
Đầu ra được tạo xung nhịp dưới dạng một chuỗi các xung có trạng thái 1 và 0, mỗi trạng thái của xung nhịp có thể đảo ngược hoặc không. Tần số của các xung tỷ lệ thuận với mức tín hiệu tiếp cận và các đơn vị liên tiếp có thể tạo thành một xung rộng hơn, dài hơn.
Các xung có độ rộng thay đổi thu được sẽ là bội số của chu kỳ đồng hồ và tần số sẽ bằng 1/2NT, trong đó T là chu kỳ đồng hồ, N là số chu kỳ đồng hồ. Có thể đạt được tần số thấp hơn về tần số đồng hồ ở đây. Sơ đồ tạo kỹ thuật số được mô tả là PWM một hoặc hai cấp, điều chế PCM mã hóa xung.
Điều chế mã hóa xung hai giai đoạn này về cơ bản là một chuỗi các xung có tần số 1/T và độ rộng T hoặc 0. Lấy mẫu quá mức được sử dụng để lấy trung bình trong một khoảng thời gian dài hơn. PWM chất lượng cao đạt được bằng cách điều chế mật độ xung đơn bit, còn được gọi là điều chế tần số xung.
Trong điều chế độ rộng xung kỹ thuật số, các xung con hình chữ nhật lấp đầy khoảng thời gian có thể xuất hiện ở bất kỳ đâu trong khoảng thời gian đó và khi đó chỉ số của chúng ảnh hưởng đến giá trị trung bình của tín hiệu trong khoảng thời gian đó. Vì vậy, nếu chúng ta chia chu kỳ thành 8 phần, thì các tổ hợp xung 11001100, 11110000, 11000101, 10101010, v.v. sẽ cho mức trung bình trong cùng thời kỳ, nhưng các đơn vị riêng lẻ làm cho chu kỳ hoạt động của bóng bán dẫn chính nặng hơn.
Ánh sáng của thiết bị điện tử, nói về PWM, đưa ra một sự tương tự tương tự như cơ học. Nếu bạn quay một bánh đà nặng bằng động cơ sau khi có thể bật hoặc tắt động cơ, thì bánh đà sẽ quay và tiếp tục quay hoặc dừng lại do ma sát khi động cơ tắt.
Nhưng nếu động cơ được bật trong vài giây mỗi phút, thì chuyển động quay của bánh đà sẽ được duy trì do quán tính ở một tốc độ nhất định. Và động cơ được bật càng lâu thì tốc độ quay của bánh đà càng cao.Vì vậy, với PWM, tín hiệu bật và tắt (0 và 1) xuất hiện ở đầu ra và kết quả là một giá trị trung bình. Bằng cách tích hợp điện áp của các xung theo thời gian, chúng ta có được diện tích dưới các xung và hiệu ứng trên cơ thể làm việc sẽ giống hệt với công việc với giá trị trung bình của điện áp.
Đây là cách hoạt động của bộ chuyển đổi, trong đó quá trình chuyển đổi diễn ra hàng nghìn lần mỗi giây và tần số đạt tới đơn vị megahertz. Bộ điều khiển PWM đặc biệt được sử dụng rộng rãi để điều khiển chấn lưu của đèn tiết kiệm năng lượng, nguồn điện, biến tần cho động cơ vân vân.
Tỷ lệ giữa tổng thời lượng của chu kỳ xung với thời gian bật (phần dương của xung) được gọi là chu kỳ nhiệm vụ. Vì vậy, nếu thời gian bật là 10 μs và khoảng thời gian kéo dài 100 μs, thì ở tần số 10 kHz, chu kỳ nhiệm vụ sẽ là 10 và họ viết rằng S = 10. Chu kỳ nhiệm vụ đảo ngược được gọi là nhiệm vụ chu kỳ, trong tiếng Anh Duty cycle hoặc viết tắt là DC.
Vì vậy, đối với ví dụ đã cho, DC = 0,1 vì 10/100 = 0,1. Với điều chế độ rộng xung, bằng cách điều chỉnh chu kỳ làm việc của xung, nghĩa là bằng cách thay đổi dòng điện một chiều, giá trị trung bình cần thiết đạt được ở đầu ra của thiết bị điện tử hoặc thiết bị điện khác, chẳng hạn như động cơ.