변조는 한 신호(반송파)의 매개변수가 다른 신호(변조, 정보)를 사용하여 변경되는 비선형 전기 프로세스입니다. 통신 기술에서는 주파수, 진폭 및 위상 변조가 널리 사용됩니다. 전력 전자 및 마이크로프로세서 기술에서 펄스 폭 변조가 널리 보급되었습니다.
PWM(펄스 폭 변조)이란?
원래 신호의 펄스 폭 변조를 사용하면 원래 신호의 진폭, 주파수 및 위상이 변경되지 않습니다. 직사각형 펄스의 지속 시간(폭)은 정보 신호의 작용에 따라 변경될 수 있습니다. 영어 기술 문헌에서는 PWM(펄스 폭 변조)으로 약칭합니다.
PWM 작동 방식
펄스 폭 변조 신호는 두 가지 방식으로 형성됩니다.
- 비슷한 물건;
- 디지털.
PWM 신호를 생성하는 아날로그 방식으로 톱니 또는 삼각형 신호 형태의 캐리어가 반전 비교기 입력, 및 정보 - 비 반전. 순시 캐리어 레벨이 변조 신호보다 높으면 비교기의 출력은 0이고 낮으면 1입니다. 출력은 반송파 삼각형 또는 톱의 주파수에 해당하는 주파수와 변조 전압 레벨에 비례하는 펄스 길이를 갖는 이산 신호입니다.
예를 들어, 삼각 신호의 펄스 폭 변조는 선형적으로 증가합니다. 출력 펄스의 지속 시간은 출력 신호의 레벨에 비례합니다.
아날로그 PWM 컨트롤러는 비교기와 캐리어 생성 회로가 설치된 기성품 미세 회로 형태로도 제공됩니다. 외부 주파수 설정 요소를 연결하고 정보 신호를 공급하기 위한 입력이 있습니다. 강력한 외래 키를 제어하는 출력에서 신호가 제거됩니다. 피드백을 위한 입력도 있습니다. 설정된 제어 매개변수를 유지하는 데 필요합니다. 예를 들어, TL494 칩이 있습니다. 소비자의 전력이 상대적으로 작은 경우 내장 키가 있는 PWM 컨트롤러를 사용할 수 있습니다. LM2596 초소형 회로의 내부 키는 최대 3암페어의 전류용으로 설계되었습니다.
디지털 방식은 특수 마이크로 회로 또는 마이크로 프로세서를 사용하여 수행됩니다. 펄스 길이는 내부 프로그램에 의해 제어됩니다. 널리 사용되는 PIC 및 AVR을 포함한 많은 마이크로컨트롤러에는 PWM "온보드" 하드웨어 구현을 위한 내장 모듈이 있으며, PWM 신호를 수신하려면 모듈을 활성화하고 작동 매개변수를 설정해야 합니다.그러한 모듈을 사용할 수 없는 경우 PWM은 순수하게 소프트웨어로 구성할 수 있습니다. 이는 어렵지 않습니다. 이 방법은 유연한 출력 사용을 통해 더 많은 권한과 자유를 제공하지만 더 많은 컨트롤러 리소스를 사용합니다.
PWM 신호의 특성
PWM 신호의 중요한 특성은 다음과 같습니다.
- 진폭(U);
- 주파수(f);
- 듀티 사이클(S) 또는 듀티 사이클 D.
볼트의 진폭은 부하에 따라 설정됩니다. 소비자의 정격 공급 전압을 제공해야 합니다.
펄스 폭에 의해 변조된 신호의 주파수는 다음 고려 사항에서 선택됩니다.
- 주파수가 높을수록 제어 정확도가 높아집니다.
- 주파수는 PWM에 의해 제어되는 장치의 응답 시간보다 낮아서는 안 됩니다. 그렇지 않으면 제어되는 매개변수의 눈에 띄는 리플이 발생합니다.
- 주파수가 높을수록 스위칭 손실이 높아집니다. 이는 키의 전환 시간이 유한하다는 사실에서 발생합니다. 잠금 상태에서 모든 공급 전압은 키 요소에서 떨어지지만 전류는 거의 없습니다. 개방 상태에서 전체 부하 전류는 키를 통해 흐르지만 처리량 저항이 몇 옴이므로 전압 강하는 작습니다. 두 경우 모두 전력 손실은 무시할 수 있습니다. 한 상태에서 다른 상태로의 전환은 빠르게 발생하지만 즉시 발생하지는 않습니다. 잠금 해제-잠금 과정에서 부분적으로 열린 요소에 큰 전압 강하가 발생하고 동시에 상당한 전류가 요소를 통해 흐릅니다. 이 때 소산되는 전력은 높은 값에 도달합니다. 이 기간은 짧고 키는 크게 워밍업할 시간이 없습니다.그러나 단위 시간당 이러한 시간 간격의 빈도가 증가하면 더 많아지고 열 손실이 증가합니다. 따라서 키를 빌드하려면 빠른 요소를 사용하는 것이 중요합니다.
- 운전할 때 전기 모터 주파수는 사람이 들을 수 있는 영역(25kHz 이상)에서 멀리 떨어져야 합니다. 낮은 PWM 주파수에서 불쾌한 휘파람이 발생하기 때문입니다.
이러한 요구 사항은 종종 서로 충돌하므로 경우에 따라 빈도 선택이 타협입니다.
변조 값은 듀티 사이클을 특성화합니다. 펄스 반복률이 일정하기 때문에 주기도 일정합니다(T=1/f). 기간은 각각 지속 시간 t를 갖는 임펄스와 일시 정지로 구성됩니다.꼬마 도깨비 그리고 t일시 중지, 그리고 t꼬마 도깨비+t일시 중지=티. 듀티 사이클은 펄스 지속 시간 대 기간의 비율입니다 - S \u003d t꼬마 도깨비/티. 그러나 실제로는 역수를 사용하는 것이 더 편리한 것으로 판명되었습니다. 채우기 계수: D=1/S=T/t꼬마 도깨비. 채우기 비율을 백분율로 표현하는 것이 훨씬 더 편리합니다.
PWM과 SIR의 차이점은 무엇입니까
외국 기술 문헌에는 펄스 폭 변조와 펄스 폭 조절(PWR) 간에 차이가 없습니다. 러시아 전문가들은 이러한 개념을 구별하려고 노력하고 있습니다. 실제로 PWM은 일종의 변조, 즉 다른 변조의 영향으로 반송파 신호가 변경되는 것입니다. 반송파 신호는 정보의 반송파 역할을 하고 변조 신호는 이 정보를 설정합니다. 그리고 펄스 폭 조절은 PWM을 사용하여 부하 모드를 조절하는 것입니다.
PWM의 이유와 적용
펄스 폭 변조의 원리는 다음에서 사용됩니다. 강력한 비동기식 모터의 속도 컨트롤러. 이 경우 주파수 변조 신호(단상 또는 3상)는 저전력 사인파 발생기에 의해 생성되고 아날로그 방식으로 반송파에 중첩됩니다. 출력은 필요한 전원의 키에 공급되는 PWM 신호입니다. 그런 다음 간단한 RC 회로와 같은 저역 통과 필터를 통해 결과 펄스 시퀀스를 전달하고 원래 정현파를 선택할 수 있습니다. 또는 그것 없이도 할 수 있습니다. 엔진의 관성으로 인해 여과가 자연스럽게 발생합니다. 분명히 캐리어 주파수가 높을수록 출력 파형이 원래 사인 곡선에 더 가깝습니다.
자연스러운 질문이 발생합니다. 예를 들어 발전기의 신호를 즉시 증폭하는 것이 불가능한 이유는 다음과 같습니다. 강력한 트랜지스터를 사용하여? 선형 모드에서 작동하는 조절 요소가 부하와 키 사이에 전력을 재분배하기 때문입니다. 이 경우 키 요소에 상당한 전력이 낭비됩니다. 강력한 제어 요소가 키 모드(트리니스터, 트라이액, RGBT 트랜지스터)에서 작동하면 시간이 지남에 따라 전력이 분배됩니다. 손실은 훨씬 줄어들고 효율성은 훨씬 높아집니다.
디지털 기술에서 펄스 폭 조절에 대한 특별한 대안은 없습니다. 신호 진폭은 일정하며, 전압과 전류는 펄스 폭을 따라 캐리어를 변조한 다음 평균을 내야만 변경할 수 있습니다. 따라서 PWM은 펄스 신호를 평균화할 수 있는 물체의 전압과 전류를 조절하는 데 사용됩니다. 평균화는 다양한 방식으로 발생합니다.
- 부하 관성 때문입니다.따라서 열전 히터 및 백열 램프의 열 관성은 펄스 사이의 일시 중지에서 조절 대상이 눈에 띄게 냉각되지 않도록 합니다.
- 지각의 관성 때문입니다. LED는 펄스에서 펄스로 나갈 시간이 있지만 인간의 눈은 이를 알아채지 못하고 다양한 강도로 일정한 빛을 내는 것으로 인식합니다. 이 원리는 LED 모니터의 도트 밝기를 제어하는 데 사용됩니다. 그러나 수백 헤르츠의 주파수로 감지할 수 없는 깜박임이 여전히 존재하며 눈의 피로를 유발합니다.
- 기계적 관성 때문입니다. 이 속성은 브러시 DC 모터의 제어에 사용됩니다. 조정 주파수를 올바르게 선택하면 모터가 정지 상태에서 감속할 시간이 없습니다.
따라서 PWM은 전압 또는 전류의 평균값이 결정적인 역할을 하는 경우에 사용됩니다. 언급된 일반적인 경우 외에도 PWM 방식은 용접기 및 배터리 충전기 등의 평균 전류를 조절합니다.
자연 평균화가 불가능한 경우 많은 경우 이 역할은 이미 언급한 저역 통과 필터(LPF) RC 체인의 형태로. 실용적인 목적으로는 이것으로 충분하지만 왜곡 없이 저역 통과 필터를 사용하여 PWM에서 원래 신호를 분리하는 것은 불가능하다는 점을 이해해야 합니다. 결국 PWM 스펙트럼에는 필연적으로 필터의 통과 대역에 빠지게 될 무한한 수의 고조파가 포함됩니다. 따라서 재구성된 정현파의 모양에 대해 환상을 만들어서는 안 됩니다.
매우 효율적이고 효과적인 PWM RGB LED 제어. 이 장치에는 빨간색, 파란색, 녹색의 세 가지 pn 접합이 있습니다.각 채널의 광선 밝기를 별도로 변경하면 LED 광선의 거의 모든 색상을 얻을 수 있습니다(순백색 제외). PWM으로 조명 효과를 만들 수 있는 가능성은 무궁무진합니다.
펄스 폭 변조 디지털 신호의 가장 일반적인 적용은 부하를 통해 흐르는 평균 전류 또는 전압을 제어하는 것입니다. 그러나 이러한 유형의 변조를 비표준으로 사용할 수도 있습니다. 그것은 모두 개발자의 상상력에 달려 있습니다.
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