Широтно-импульсная модуляция Pulse-width modulation (PWM)

Широтно-импульсная модуляцияШиротно-импульсная модуляция

Pulse-width modulation (PWM)

PhD Olga RubanPhD Olga Ruban

Широтно-импульсная модуляцияШиротно-импульсная модуляция

Pulse-width modulation (PWM)

• Широтно-импульсная модуляция (ШИМ, англ. Pulse-width modulation (PWM)) — приближение желаемого сигнала (многоуровневого или непрерывного) к действительным бинарным сигналам (с двумя уровнями - вкл/выкл.), так что, в среднем, за некоторый отрезок времени их значения равны.

PWM

Это способ задания аналогового сигнала цифровым методом, то есть из цифрового выхода, дающего только нули и единицы, получить какие-то плавно меняющиеся величины.

Скважность Сква́� жность  — отношение периода́ следова́ния (повторения)

импульсов одной последова́тельности к их длительности.

Величина́, обра́тна́я сква́жности, и ча́сто используема́я в а́нглоязычной литера́туре, на́зыва́ется коэффициентом за́полнения (Duty cycle).

Та́ким обра́зом, для импульсного сигна́ла́ :

где S — сква́жность, D — коэффициент за́полнения, T — период импульсов,  — длительность импульса́.

Сква́жность определяет отношение пиковой мощности импульсной уста́новки к её средней мощности.

В устройства́х и система́х дискретной переда́чи и обра́ботки информа́ции недоста́точно высока́я сква́жность может приводить к иска́жению информа́ции.

ШИМ сигнал - сигнал постоянной частоты и переменной скважности, то есть отношения периода следования импульса к его длительности. С

помощью задания скважности (длительности импульсов) можно менять

среднее напряжение на выходе ШИМ.

Сигналы с различным коэффициентом

заполнения Сигна́л со

сква́жностью, ра́вной двум — меа́ндр.

Пример

Тяжелый маховик, который можно вращать двигателем, причем двигатель можно либо включить, либо выключить.

Если включить его постоянно, то маховик раскрутится до максимального значения и так и будет крутиться. Если выключить, то остановится за счет сил трения.

Если двигатель включать на десять секунд каждую минуту, то маховик раскрутится, но далеко не на полную скорость - большая инерция сгладит рывки от включающегося двигателя, а сопротивление от трения не даст ему крутится бесконечно долго.

Чем больше продолжительность включения двигателя в минуту, тем быстрей будет крутится маховик.

Пример

При ШИМ на выход идёт сигнал, состоящий из высоких и низких уровней (применимо к нашей аналогии — включаем и выключаем двигатель), то есть нулей и единицы.

А затем это все пропускается через интегрирующую цепочку (в аналогии — маховик).

В результате интегрирования на выходе будет величина напряжения, равная площади под импульсами.

Меня скважность (отношение длительности периода к длительности импульса) можно плавно менять эту площадь, а значит и напряжение на выходе.

Пример

Если на́ выходе сплошные 1, то на́ выходе будет на́пряжение высокого уровня (на́пример, 24 В), если нули, то нуль.

Если 50% времени будет высокий уровень, а́ 50% низкий то 6 вольт.

Интегрирующей цепочкой будет служить ма́сса́ якоря двига́теля, обла́да́ющего довольно большой инерцией.

Пример

Если взять ШИМ сигна́л не от нуля до ма́ксимума́, а́ от минуса́ до плюса́, на́пример, от -10 до +10, то можно за́да́ва́ть переменный сигна́л!

Когда́ на́ входе «0», то на́ выходе -10В, когда́ «1», то +10В. Если

сква́жность 50% то на́ выходе 0В. Если сква́жность менять по синусоида́льному за́кону от ма́ксимума́ к минимуму, то получим переменное на́пряжение!

Пример

Если три та́ких ШИМ генера́тора́ и гна́ть через них синусоиды, сдвинутые на́ 120 гра́дусов между собой, то получим са́мое обычное трехфа́зное на́пряжение

На́ этом принципе построены все современные промышленные привода́ переменного тока́. (Unidrive и Omron Jxx)

Рис. 2.10Рис. 2.10

.

.

Спа́сибо за́ внима́ние!Спа́сибо за́ внима́ние!