- Mikä on PWM (pulssinleveyden modulointi)?
- PWM: n toimintajakso
- Joitakin yleisesti esiin tulevia kysymyksiä PWM: stä
Invertterit, muuntimet, SMPS-piirit ja nopeudensäätimet…. Yksi asia, joka on yleistä kaikissa näissä piireissä, on se, että se koostuu monista elektronisista kytkimistä sen sisällä. Nämä kytkimet eivät ole muuta kuin tehoelektroniikkalaitteet, kuten MOSFET, IGBT, TRIAC jne. Tällaisten tehoelektroniikkakytkimien hallitsemiseksi käytämme yleisesti jotain nimeltään PWM-signaaleja (pulssinleveyden modulaatio). Tämän lisäksi PWM-signaaleja käytetään myös servomoottoreiden ajamiseen ja muihin yksinkertaisiin tehtäviin, kuten LED-valon kirkkauden säätämiseen.
Edellisessä artikkelissamme opimme ADC: stä, kun taas ADC: tä käytetään analogisten signaalien lukemiseen digitaalisella laitteella, kuten mikro-ohjaimella. PWM: ää voidaan pitää sen täsmällisenä vastakohtana, PWM: ää käytetään tuottamaan analogisia signaaleja digitaalisesta laitteesta, kuten mikrokontrollerista. Tässä artikkelissa opitaan, mikä on PWM, PWM-signaalit ja joitain siihen liittyviä parametreja, jotta voimme luottaa niiden käyttämiseen suunnitelmissamme.
Mikä on PWM (pulssinleveyden modulointi)?
PWM tarkoittaa pulssinleveyden modulointia; selvitämme syyn tällaiselle nimelle myöhemmin. Mutta ymmärrä nyt PWM: ää signaalityypiksi, joka voidaan tuottaa digitaalisesta IC: stä, kuten mikro-ohjaimesta tai 555-ajastimesta. Näin tuotetulla signaalilla on pulssijoukko ja nämä pulssit ovat neliöaallon muodossa. Eli milloin tahansa aalto on joko korkea tai matala. Harkitsemme ymmärtämisen helpottamiseksi 5 V: n PWM-signaalia, tässä tapauksessa PWM-signaali on joko 5 V (korkea) tai maanpinnan tasolla 0 V (matala). Kestoaikaa, jonka aikana signaalit pysyvät korkealla, kutsutaan “ päälläoloaikaksi ” ja kestoa, jonka aikana signaali pysyy matalana, kutsutaan ” sammutusajaksi ”.
PWM-signaalin osalta meidän on tarkasteltava kahta siihen liittyvää tärkeää parametria, joista toinen on PWM-työjakso ja toinen on PWM-taajuus.
PWM: n toimintajakso
Kuten aiemmin kerrottiin, PWM-signaali pysyy päällä tietyn ajan ja pysyy sitten poissa loppuajaksi. Mikä tekee tästä PWM-signaalista erityisen ja hyödyllisemmän, on se, että voimme määrittää, kuinka kauan sen pitäisi olla päällä ohjaamalla PWM-signaalin työjaksoa.
Prosenttiaikaa, jonka aikana PWM-signaali pysyy KORKEAna (ajallaan), kutsutaan työjaksoksi. Jos signaali on aina päällä, se on 100%: n käyttöjaksossa ja jos se on aina pois päältä, se on 0%: n käyttöjakso. Alla on kaavat laskea työjakso.
Käyttösykli = Kytke päälle aika / (Kytke päälle aika + Sammuta aika)
Seuraava kuva edustaa PWM-signaalia, jonka käyttöjakso on 50%. Kuten näette, koko ajanjakson (aika + sammutusaika) perusteella PWM-signaali pysyy päällä vain 50% ajanjaksosta.
Taajuus = 1 / Aikajakso Aikajakso = On time + Off time
Normaalisti mikrokontrollerin tuottamat PWM-signaalit ovat noin 500 Hz, tällaisia korkeita taajuuksia käytetään suurten nopeuksien kytkinlaitteissa, kuten taajuusmuuttajissa tai muuntimissa. Mutta kaikki sovellukset eivät vaadi suurtaajuutta. Esimerkiksi servomoottorin ohjaamiseksi meidän on tuotettava PWM-signaaleja 50 Hz: n taajuudella, joten PWM-signaalin taajuutta voidaan ohjata myös ohjelmalla kaikille mikrokontrollereille.
Joitakin yleisesti esiin tulevia kysymyksiä PWM: stä
Mikä on ero PWM-signaalin käyttöjakson ja taajuuden välillä?
PWM-signaalien toimintajakso ja taajuus sekoitetaan usein. Kuten tiedämme, PWM-signaali on neliöaalto, jolla on tietty aika- ja sammutusaika. Tämän aika- ja sammutusajan summa kutsutaan yhdeksi ajanjaksoksi. Yhden ajanjakson käänteistä kutsutaan taajuudeksi. Vaikka aika, jonka PWM-signaalin tulisi pysyä päällä, määräytyy PWM: n käyttöjakson mukaan.
Yksinkertaisesti sanottuna se, kuinka nopeasti PWM-signaalin pitäisi kytkeytyä päälle ja pois päältä , määräytyy PWM-signaalin taajuuden mukaan ja siinä nopeudessa, kuinka kauan PWM-signaalin tulisi pysyä päällä, päättää PWM-signaalin toimintajakso.
Kuinka muuntaa PWM-signaalit analogiseksi jännitteeksi?
Yksinkertaisissa sovelluksissa, kuten DC-moottorin nopeuden säätäminen tai LED-valon kirkkauden säätäminen, meidän on muunnettava PWM-signaalit analogiseksi jännitteeksi. Tämä voidaan tehdä helposti käyttämällä RC-suodatinta, ja sitä käytetään yleisesti, kun tarvitaan DAC-ominaisuutta. Saman piiri on esitetty alla
Yllä olevassa kaaviossa keltainen on PWM-signaali ja sininen on analoginen lähtöjännite. Vastuksen R1 ja kondensaattorin C1 arvo voidaan laskea PWM-signaalin taajuuden perusteella, mutta normaalisti käytetään 5,7K tai 10K vastusta ja 0,1u tai 1u kondensaattoria.
Kuinka laskea PWM-signaalin lähtöjännite?
PWM-signaalin lähtöjännite muuntamisen jälkeen analogiseksi on prosenttiosuus käyttöjaksosta. Esimerkiksi jos käyttöjännite on 5 V, niin PWM-signaalilla on myös 5 V korkealla. Tällöin 100%: n käyttöjakson lähtöjännite on 5 V 50%: n käyttöjakson ollessa 2,5 V.
Lähtöjännite = käyttöjakso (%) * 5
Esimerkkejä:
Olemme aiemmin käyttäneet PWM: ää useiden mikrokontrollerien kanssa monissa projekteissamme:
- Pulssinleveyden modulointi ATmega32: lla
- PWM Arduino Unon kanssa
- PWM: n luominen PIC-mikrokontrollerilla
- Vadelma Pi PWM -opastus
- Servomoottorin ohjaus Raspberry Pi: llä
- Pulssinleveyden modulointi (PWM) MSP430G2: n avulla
- Pulssinleveyden modulointi (PWM) mallissa STM32F103C8
- Servomoottorin ohjaus Raspberry Pi: llä
- DC-moottorin ohjaus Raspberry Pi: llä
- 1 watin LED-himmennin
- Arduino-pohjainen LED-himmennin PWM: n avulla
Tarkista kaikki PWM-hankkeet täältä.