Модулација ширине импулса (ПВМ)

Испробајте Наш Инструмент За Елиминисање Проблема





Употреба ПВМ-а као техника пребацивања

Модулација ширине импулса (ПВМ) је уобичајена техника за генерално управљање једносмерном струјом на електричном уређају, а практична је помоћу модерних електронских прекидача за напајање. Међутим, такође проналази своје место у хеликоптерима за наизменичну струју. Просечна вредност струје која се доводи у терет контролише се положајем прекидача и трајањем његовог стања. Ако је период укључивања прекидача дужи у поређењу са периодом искључења, оптерећење добија сразмерно већу снагу. Стога фреквенција пребацивања ПВМ-а мора бити бржа.



Типично се пребацивање мора обавити неколико пута у минути у електричном штедњаку, 120 Хз у пригушивачу лампе, са неколико килохерца (кХз) на десетине кХз за моторни погон. Фреквенција пребацивања за аудио појачала и рачунарска напајања је око десет до стотина кХз. Однос времена укључења и временског периода импулса познат је као радни циклус. Ако је радни циклус низак, то подразумева малу снагу.


Губитак снаге у преклопном уређају је врло низак, због готово незнатне количине струје која тече у искљученом стању уређаја и занемарљиве количине пада напона у искљученом стању. Дигиталне контроле такође користе ПВМ технику. ПВМ се такође користи у одређеним комуникационим системима где се његов радни циклус користи за пренос информација преко комуникационог канала.



Радни циклус квадратних таласа

ПВМ се може користити за подешавање укупне количине снаге која се испоручује на терет без губитака који настају обично када је пренос снаге ограничен отпорним средствима. Недостаци су пулсирања дефинисана радним циклусом, фреквенцијом пребацивања и својствима терета. Уз довољно високу фреквенцију комутације и, по потреби, коришћењем додатних пасивних електронских филтера, импулсни склоп се може изравнати и опоравити просечни аналогни таласни облик. Високофреквентни ПВМ системи управљања могу се лако имплементирати помоћу полупроводничких прекидача.

Као што је већ горе речено, скоро никаква снага се не расипа прекидачем у било укљученом или искљученом стању. Међутим, током прелаза између стања укључивања и искључивања и напон и струја нису нула и тиме се у прекидачима расипа знатна снага. Срећом, промена стања између потпуно укљученог и потпуно искљученог је прилично брза (обично мање од 100 наносекунди) у односу на типично време укључивања и искључивања, тако да је просечна дисипација снаге прилично ниска у поређењу са снагом која се испоручује чак и када су високе фреквенције пребацивања се користе.

Употреба ПВМ-а за испоруку једносмерне енергије за оптерећење

Већина индустријског процеса захтева рад на одређеним параметрима када је реч о брзини погона. Електрични погонски системи који се користе у многим индустријским применама захтевају веће перформансе, поузданост и променљиву брзину због своје лакоће управљања. Тхе контрола брзине једносмерног мотора је важан у апликацијама где су прецизност и заштита од суштинског значаја. Сврха регулатора брзине мотора је да узме сигнал који представља потребну брзину и да покреће мотор том брзином.


Модулација ширине импулса (ПВМ), како се примењује на управљање мотором, начин је испоруке енергије кроз низ импулса уместо непрекидно променљивог (аналогног) сигнала. Повећавањем или смањењем ширине импулса, регулатор регулише проток енергије до осовине мотора. Сама индуктивност мотора делује као филтер, чувајући енергију током циклуса „ОН“, док је ослобађа брзином која одговара улазном или референтном сигналу. Другим речима, енергија се у терет улива не толико фреквенцијом пребацивања, већ референтном фреквенцијом.

Коло се користи за контролу брзине од Једносмерни мотор коришћењем ПВМ технике. Серијски контролер ДЦ променљиве брзине 12В користи 555 ИЦ тајмера као ПВМ импулсни генератор за регулацију брзине мотора ДЦ12 Волт. ИЦ 555 је популарни тимер чип који се користи за израду кругова тајмера. Увела га је 1972. године компанија Сигнетицс. Назван је 555, јер се унутра налазе три отпорника од 5 К. ИЦ се састоји од два компаратора, отпорничког ланца, флип флопа и излазне степенице. Ради у 3 основна режима - подесиви, моностабилни (где делује на један пулсни генератор и бистабилни режим. Односно, када се активира, излаз се повећава током одређеног периода на основу вредности временског отпорника и кондензатора. У Подесиви режим (АМВ), ИЦ ради као слободни мултивибратор. Излаз се непрекидно окреће високо и ниско дајући пулсирајући излаз као осцилатор. У бистабилном режиму, познатом и као Сцхмиттов окидач, ИЦ делује као флип-флоп са високим или низак излаз на сваком окидачу и ресетовању.

Контрола брзине једносмерног мотора заснована на ПВМ-у

У овом колу се користи ИРФ540 МОСФЕТ. Ово је МОСФЕТ за побољшање Н-канала. То је напредни МОСФЕТ снаге који је дизајниран, тестиран и загарантовано подноси одређени ниво енергије у режиму рада кварне лавине. Овај МОСФЕТ-ови снаге дизајнирани су за примене као што су преклопни регулатори, преклопни претварачи, покретачи мотора, релејни покретачи и погонски склопови за биполарне комутационе транзисторе велике снаге којима је потребна велика брзина и мала снага погона. Овим типовима се може управљати директно из интегрисаних кола. Радни напон овог кола може се прилагодити према потребама погонског једносмерног мотора. Ово коло може радити од 5-18ВДЦ.

Изнад кола тј. Управљање брзином једносмерног мотора ПВМ-ом техника варира радни циклус који заузврат контролише брзину мотора. ИЦ 555 је повезан у несигурном режиму слободног рада мулти вибратора. Коло се састоји од распореда потенциометра и две диоде, који се користи за промену радног циклуса и одржавање фреквенције константном. Како варира отпор променљивог отпорника или потенциометра, радни циклус импулса примењених на МОСФЕТ варира и сходно томе варира једносмерна снага мотора и самим тим његова брзина се повећава са повећањем радног циклуса.

Коришћење ПВМ-а за испоруку АЦ напајања

Савремени полупроводнички прекидачи као што су МОСФЕТ-ови или биполарни транзистори са изолованом капијом (ИГБТ) сасвим су идеалне компоненте. Тако се могу направити контролери високе ефикасности. Типично претварачи фреквенције који се користе за управљање моторима наизменичне струје имају ефикасност бољу од 98%. Преклопна напајања имају нижу ефикасност због ниског нивоа излазног напона (често је потребно чак и мање од 2 В за микропроцесоре), али ипак може се постићи више од 70-80% ефикасности.

ПВМ контрола у АЦ

Ова врста контроле за наизменичну струју је позната метода одложеног угла пуцања. Јефтинији је и ствара пуно електричне буке и хармоника у поређењу са стварном ПВМ контролом која ствара занемарљив шум.

У многим апликацијама, као што су индустријско грејање, контрола осветљења, индукциони мотори са меким покретањем и регулатори брзине вентилатора и пумпи, потребан је променљиви напон наизменичног напона из фиксног извора наизменичне струје. Регулација фазног угла регулатора широко се користи за ове захтеве. Нуди неке предности као што су једноставност и способност економичног управљања великом количином енергије. Међутим, одложени угао паљбе узрокује дисконтинуитет и обилне хармонике у струји оптерећења, а фактор заостајања снаге се јавља на страни наизменичне струје када се угао паљбе повећао.

Ови проблеми се могу побољшати коришћењем хеликоптера са ПВМ АЦ. Овај хеликоптер са ПВМ наизменичном струјом нуди неколико предности као што је синусоидна улазна струја са фактором снаге приближно јединице. Међутим, да би се смањила величина филтера и побољшао квалитет излазног регулатора, требало би повећати фреквенцију пребацивања. То узрокује велике губитке при пребацивању. Други проблем је комутација између преклопног прекидача С1 са слободним прекидачем С2. Узрок струјног скока је ако су оба прекидача укључена истовремено (кратки спој), а скок напона ако су оба прекидача искључена (нема слободног пута). Да би се избегли ови проблеми, коришћени су РЦ снуббер. Међутим, ово повећава губитак снаге у колу и тешко је, скупо, гломазно и неефикасно за апликације велике снаге. Предложен је хеликоптер за наизменичну струју са нултострујним пребацивањем напона (ЗЦС-ЗВС). Његов регулатор излазног напона мора да варира време искључивања контролисано ПВМ сигналом. Због тога је потребно користити фреквенцијску контролу да би се постигло меко пребацивање, а општи управљачки системи користе ПВМ технике које производе време укључивања. Ова техника има предности као што је једноставно управљање са сигма-делта модулацијом и наставља улазну струју. Карактеристике предложене конфигурације кола и ПВМ исецкани обрасци су представљени у наставку.

ПВМ