การปรับความกว้างของพัลส์

PWM หรือ PWM (Pulse Width Modulation) เป็นวิธีการควบคุมแหล่งจ่ายไฟไปยังโหลด การควบคุมประกอบด้วยการเปลี่ยนระยะเวลาของพัลส์ที่อัตราการเกิดซ้ำของพัลส์คงที่ การมอดูเลตความกว้างของพัลส์มีให้ใช้งานในรูปแบบอะนาล็อก ดิจิตอล ไบนารี และไตรภาค

การใช้การมอดูเลตความกว้างพัลส์ทำให้สามารถเพิ่มประสิทธิภาพของตัวแปลงไฟฟ้า โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับตัวแปลงพัลส์ ซึ่งปัจจุบันเป็นพื้นฐานของแหล่งจ่ายไฟสำรองสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ต่างๆ Flyback และ forward single, push-pull และ half-bridge รวมถึงบริดจ์สวิตชิ่งคอนเวอร์เตอร์ถูกควบคุมในปัจจุบันด้วยการมีส่วนร่วมของ PWM ซึ่งใช้กับคอนเวอร์เตอร์เรโซแนนซ์ด้วย

การมอดูเลตความกว้างพัลส์ช่วยให้คุณปรับความสว่างของแสงพื้นหลังของจอแสดงผลคริสตัลเหลวของโทรศัพท์มือถือ สมาร์ทโฟน แล็ปท็อป PWM ถูกนำมาใช้ใน เครื่องเชื่อม, ในอินเวอร์เตอร์รถยนต์, ในเครื่องชาร์จ ฯลฯ เครื่องชาร์จทุกเครื่องในปัจจุบันใช้ PWM ในการทำงาน

ไบโพลาร์โหมดคีย์และทรานซิสเตอร์ฟิลด์เอฟเฟกต์ถูกใช้เป็นองค์ประกอบสวิตชิ่งในตัวแปลงความถี่สูงสมัยใหม่ ซึ่งหมายความว่าส่วนหนึ่งของช่วงเวลาที่ทรานซิสเตอร์เปิดเต็มที่และส่วนหนึ่งของช่วงเวลาที่ปิดสนิท

และเนื่องจากในสภาวะชั่วคราวซึ่งกินเวลาเพียงสิบนาโนวินาที พลังงานที่ปล่อยออกมาจากสวิตช์จึงมีน้อยเมื่อเทียบกับพลังงานที่สวิตช์ ดังนั้น พลังงานเฉลี่ยที่ปล่อยออกมาในรูปของความร้อนบนสวิตช์จึงกลายเป็นเพียงเล็กน้อย ในกรณีนี้ ในสถานะปิด ความต้านทานของทรานซิสเตอร์ในฐานะสวิตช์มีขนาดเล็กมากและแรงดันตกคร่อมจะเข้าใกล้ศูนย์

ในสถานะเปิด ค่าการนำไฟฟ้าของทรานซิสเตอร์จะใกล้เคียงกับศูนย์และกระแสจะไม่ไหลผ่าน สิ่งนี้ทำให้สามารถสร้างตัวแปลงขนาดกะทัดรัดที่มีประสิทธิภาพสูง นั่นคือมีการสูญเสียความร้อนต่ำ ตัวแปลงเรโซแนนซ์ ZCS (Zero Current Switching) ลดการสูญเสียเหล่านี้

ในเครื่องกำเนิด PWM แบบอะนาล็อก สัญญาณควบคุมจะถูกสร้างขึ้นโดยเครื่องเปรียบเทียบแบบอะนาล็อก ตัวอย่างเช่น สัญญาณสามเหลี่ยมหรือไตรโอดถูกนำไปใช้กับอินพุตแบบกลับด้านของเครื่องเปรียบเทียบ และสัญญาณต่อเนื่องมอดูเลตถูกนำไปใช้กับอินพุตที่ไม่กลับด้าน

ได้รับเอาต์พุตพัลส์ เป็นรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้าอัตราการทำซ้ำของพวกเขาเท่ากับความถี่ของเลื่อย (หรือรูปคลื่นสามเหลี่ยม) และระยะเวลาของส่วนบวกของพัลส์นั้นสัมพันธ์กับเวลาที่ระดับของสัญญาณ DC มอดูเลตที่ใช้กับอินพุตที่ไม่กลับด้านของ เครื่องเปรียบเทียบอยู่สูงกว่าระดับของสัญญาณเลื่อยที่ป้อนเข้าอินพุทกลับด้านเมื่อแรงดันเลื่อยสูงกว่าสัญญาณมอดูเลต เอาต์พุตจะเป็นส่วนลบของพัลส์

หากใช้เลื่อยกับอินพุตที่ไม่กลับด้านของเครื่องเปรียบเทียบ และใช้สัญญาณมอดูเลตกับอินพุตที่กลับด้าน จากนั้นพัลส์เอาท์พุตของคลื่นสี่เหลี่ยมจะมีค่าเป็นบวกเมื่อแรงดันเลื่อยสูงกว่าค่าของสัญญาณมอดูเลต นำไปใช้กับอินพุตกลับด้านและลบ - เมื่อแรงดันเลื่อยต่ำกว่าสัญญาณมอดูเลต ตัวอย่างของการสร้าง PWM แบบอะนาล็อกคือชิป TL494 ซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในปัจจุบันในการสร้างแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่ง

Digital PWM ใช้ในเทคโนโลยีไบนารีดิจิทัล พัลส์เอาต์พุตยังใช้เพียงหนึ่งในสองค่า (เปิดหรือปิด) และระดับเอาต์พุตเฉลี่ยจะเข้าใกล้ค่าที่ต้องการ ที่นี่ รับสัญญาณฟันเลื่อยโดยใช้ตัวนับ N-บิต

นอกจากนี้ อุปกรณ์ดิจิตอล PWM ยังทำงานที่ความถี่คงที่ ซึ่งจำเป็นต้องเกินเวลาตอบสนองของอุปกรณ์ที่ควบคุม วิธีการนี้เรียกว่าการสุ่มตัวอย่างมากเกินไป ระหว่างขอบสัญญาณนาฬิกา เอาต์พุต PWM ดิจิทัลยังคงเสถียร สูงหรือต่ำ ขึ้นอยู่กับสถานะปัจจุบันของเอาต์พุตของตัวเปรียบเทียบดิจิทัล ซึ่งจะเปรียบเทียบระดับของสัญญาณตัวนับกับสัญญาณดิจิทัลโดยประมาณ

เอาต์พุตถูกโอเวอร์คล็อกเป็นลำดับของพัลส์ที่มีสถานะ 1 และ 0 แต่ละสถานะของนาฬิกาอาจย้อนกลับหรือไม่ก็ได้ ความถี่ของพัลส์เป็นสัดส่วนกับระดับของสัญญาณที่ใกล้เข้ามา และหน่วยที่ต่อเนื่องกันสามารถสร้างพัลส์ที่กว้างและยาวขึ้นได้

พัลส์ความกว้างผันแปรที่เกิดขึ้นจะเป็นทวีคูณของช่วงเวลาสัญญาณนาฬิกา และความถี่จะเท่ากับ 1 / 2NT โดยที่ T คือช่วงเวลาสัญญาณนาฬิกา N คือจำนวนรอบสัญญาณนาฬิกา ความถี่ที่ต่ำกว่าในแง่ของความถี่สัญญาณนาฬิกาสามารถทำได้ที่นี่ รูปแบบการสร้างดิจิทัลที่อธิบายคือ PWM หนึ่งบิตหรือสองระดับ การมอดูเลต PCM แบบรหัสพัลส์

การมอดูเลตรหัสพัลส์แบบสองขั้นตอนนี้เป็นลำดับของพัลส์ที่มีความถี่ 1/T และความกว้าง T หรือ 0 โดยพื้นฐานแล้ว การสุ่มตัวอย่างเกินจะใช้เพื่อหาค่าเฉลี่ยในช่วงเวลาที่นานขึ้น PWM คุณภาพสูงทำได้โดยการมอดูเลตความหนาแน่นของพัลส์บิตเดียว หรือที่เรียกว่าการมอดูเลตความถี่พัลส์

ในการมอดูเลตความกว้างพัลส์แบบดิจิทัล พัลส์ย่อยรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้าที่เติมเต็มช่วงเวลาสามารถปรากฏที่ใดก็ได้ในช่วงเวลานั้น จากนั้นเฉพาะตัวเลขเท่านั้นที่ส่งผลต่อค่าเฉลี่ยของสัญญาณสำหรับช่วงเวลานั้น ดังนั้นหากเราแบ่งช่วงเวลาออกเป็น 8 ส่วน ชีพจรจะรวมกันเป็น 11001100, 11110000, 11000101, 10101010 เป็นต้น จะให้ค่าเฉลี่ยในช่วงเวลาเดียวกัน แต่แต่ละหน่วยทำให้รอบการทำงานของทรานซิสเตอร์หลักหนักขึ้น

ผู้ทรงคุณวุฒิด้านอิเล็กทรอนิกส์ที่พูดถึง PWM ให้ความคล้ายคลึงกับกลศาสตร์ หากคุณหมุนมู่เล่หนักด้วยเครื่องยนต์หลังจากเปิดหรือปิดเครื่องยนต์ได้ มู่เล่จะหมุนและหมุนต่อไปหรือหยุดเนื่องจากแรงเสียดทานเมื่อดับเครื่องยนต์

แต่ถ้าเครื่องยนต์เปิดอยู่สองสามวินาทีต่อนาทีการหมุนของมู่เล่จะยังคงอยู่เนื่องจากความเฉื่อยที่ความเร็วหนึ่ง และยิ่งเปิดเครื่องยนต์นานเท่าไหร่ ความเร็วของมู่เล่ก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้นดังนั้นเมื่อใช้ PWM สัญญาณเปิดและปิด (0 และ 1) จะมาถึงเอาต์พุตและผลลัพธ์จะเป็นค่าเฉลี่ย โดยการรวมแรงดันไฟฟ้าของพัลส์เมื่อเวลาผ่านไป เราได้พื้นที่ใต้พัลส์ และผลกระทบต่อตัวงานจะเหมือนกับงานที่มีค่าเฉลี่ยของแรงดันไฟฟ้า

นี่คือวิธีการทำงานของคอนเวอร์เตอร์ ซึ่งการสลับเกิดขึ้นหลายพันครั้งต่อวินาที และความถี่มีหน่วยเป็นเมกะเฮิรตซ์ ตัวควบคุม PWM พิเศษใช้กันอย่างแพร่หลายในการควบคุมบัลลาสต์ของหลอดประหยัดไฟ พาวเวอร์ซัพพลาย ตัวแปลงความถี่สำหรับมอเตอร์ เป็นต้น

อัตราส่วนของระยะเวลารวมของช่วงพัลส์ต่อเวลาตรง (ส่วนบวกของพัลส์) เรียกว่ารอบการทำงาน ดังนั้น หากเวลาเปิดเครื่องคือ 10 μs และระยะเวลา 100 μs ดังนั้นที่ความถี่ 10 kHz รอบการทำงานจะเป็น 10 และพวกเขาเขียนว่า S = 10 รอบการทำงานแบบย้อนกลับเรียกว่าหน้าที่ cycle ในภาษาอังกฤษ Duty cycle หรือเรียกสั้นๆ ว่า DC

ดังนั้น จากตัวอย่างที่กำหนด DC = 0.1 เนื่องจาก 10/100 = 0.1 ด้วยการมอดูเลตความกว้างพัลส์ โดยการปรับรอบการทำงานของพัลส์ นั่นคือ โดยการเปลี่ยนกระแสตรง จะได้ค่าเฉลี่ยที่ต้องการที่เอาต์พุตของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์หรืออุปกรณ์ไฟฟ้าอื่นๆ เช่น มอเตอร์