Широтно-импульсная модуляция Pulse-width modulation (PWM)

1. Широтно-импульсная модуляцияPulse-width modulation (PWM) PhD Olga Ruban

2. Широтно-импульсная модуляцияPulse-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.

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

4. Скважность • Сква́жность  —отношение периода следования (повторения) импульсов одной последовательности к их длительности. • Величина, обратная скважности, и часто используемая в англоязычной литературе, называется коэффициентом заполнения (Duty cycle). • Таким образом, для импульсного сигнала : • где S — скважность, D — коэффициент заполнения, T — период импульсов,  — длительность импульса. • Скважность определяет отношение пиковой мощности импульсной установки к её средней мощности. • В устройствах и системах дискретной передачи и обработки информации недостаточно высокая скважность может приводить к искажению информации.

5. ШИМ сигнал - сигналпостоянной 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.

6. Сигналы с различным коэффициентом заполнения • Сигнал со скважностью, равной двум — меандр.

7. 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.

8. 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.

9. Пример • Если на выходе сплошные 1, то на выходе будет напряжение высокого уровня (например, 24 В), если нули, то нуль. • Если 50% времени будет высокий уровень, а 50% низкий то 6 вольт. • Интегрирующей цепочкой будет служить масса якоря двигателя, обладающего довольно большой инерцией.

10. Пример • Если взять ШИМ сигнал не от нуля до максимума, а от минуса до плюса, например, от -10 до +10, то можно задавать переменный сигнал! • Когда на входе «0», то на выходе -10В, когда «1», то +10В. Если скважность 50% то на выходе 0В. Если скважность менять по синусоидальному закону от максимума к минимуму, то получим переменное напряжение!

11. Пример • Если три таких ШИМ генератора и гнать через них синусоиды, сдвинутые на 120 градусов между собой, то получим самое обычное трехфазное напряжение • На этом принципе построены все современные промышленные привода переменного тока. (Unidrive и Omron Jxx)

20. Рис. 2.10

30. .

36. .

38. Спасибо за внимание!