- Co je PWM (Pulse Width Modulation)?
- Pracovní cyklus PWM
- Některé běžně vznikající otázky týkající se PWM
Střídače, převodníky, obvody SMPS a regulátory rychlosti…. Jedna věc, která je společná pro všechny tyto obvody, je to, že se skládá z mnoha elektronických spínačů uvnitř. Tyto přepínače nejsou nic jiného než výkonová elektronická zařízení jako MOSFET, IGBT, TRIAC atd. K ovládání těchto výkonových elektronických spínačů běžně používáme něco, co se nazývá signály PWM (Pulse Width Modulation). Kromě toho se signály PWM používají také k řízení servomotorů a také k dalším jednoduchým úkolům, jako je ovládání jasu LED.
V našem předchozím článku jsme se dozvěděli o ADC, zatímco ADC se používá ke čtení analogových signálů digitálním zařízením, jako je mikrokontrolér. PWM lze považovat za pravý opak toho, PWM se používá k výrobě analogových signálů z digitálního zařízení, jako je mikrokontrolér. V tomto článku se dozvíme, co jsou PWM, PWM signály a některé parametry s nimi spojené, takže si budeme jisti, že je použijeme v našich návrzích.
Co je PWM (Pulse Width Modulation)?
PWM znamená Pulse Width Modulation; k důvodu takového jména se dostaneme později. Prozatím však PWM chápejte jako typ signálu, který lze vyprodukovat z digitálního integrovaného obvodu, jako je mikrokontrolér nebo časovač 555. Takto vytvořený signál bude mít sled pulzů a tyto pulzy budou ve formě čtvercové vlny. To znamená, že v daném okamžiku bude vlna buď vysoká, nebo nízká. Pro snazší pochopení zvažte 5V PWM signál, v tomto případě bude PWM signál buď 5V (vysoký), nebo na úrovni země 0V (nízký). Doba, po kterou signály zůstávají vysoké, se nazývá „ čas zapnutí “ a doba, po kterou zůstává signál nízký, se nazývá „ doba vypnutí “.
Pro signál PWM se musíme podívat na dva důležité parametry s ním spojené, jeden je pracovní cyklus PWM a druhý je frekvence PWM.
Pracovní cyklus PWM
Jak již bylo řečeno, signál PWM zůstane po určitou dobu zapnutý a po zbytek období zůstane vypnutý. Co dělá tento signál PWM zvláštním a užitečnějším je to, že můžeme nastavit, jak dlouho by měl zůstat zapnutý, řízením pracovního cyklu signálu PWM.
Procento času, ve kterém signál PWM zůstává VYSOKÝ (v čase), se nazývá pracovní cyklus. Pokud je signál vždy zapnutý, je ve 100% pracovním cyklu a pokud je vždy vypnutý, je to 0% pracovní cyklus. Níže jsou uvedeny vzorce pro výpočet pracovního cyklu.
Pracovní cyklus = čas zapnutí / (čas zapnutí + čas vypnutí)
Následující obrázek představuje signál PWM s 50% pracovním cyklem. Jak vidíte, s ohledem na celé časové období (čas zapnutí a vypnutí) zůstane signál PWM zapnutý pouze po dobu 50% časového období.
Frekvence = 1 / Časové období Časové období = Čas zapnutí + Čas vypnutí
Normálně budou signály PWM generované mikrokontrolérem kolem 500 Hz, takové vysoké frekvence budou použity ve vysokorychlostních spínacích zařízeních, jako jsou invertory nebo převaděče. Ale ne všechny aplikace vyžadují vysokou frekvenci. Například pro ovládání servomotoru musíme produkovat signály PWM s frekvencí 50 Hz, takže frekvenci signálu PWM lze také ovládat programem pro všechny mikrokontroléry.
Některé běžně vznikající otázky týkající se PWM
Jaký je rozdíl mezi pracovním cyklem a frekvencí signálu PWM?
Pracovní cyklus a frekvence signálů PWM jsou často zaměňovány. Jak víme, signál PWM je obdélníková vlna se zvláštním časem zapnutí a vypnutí. Součet tohoto času zapnutí a vypnutí se nazývá jedno časové období. Inverzní funkce jednoho časového období se nazývá frekvence. Zatímco doba, po kterou by měl signál PWM zůstat zapnutý v jednom časovém období, je určena pracovním cyklem PWM.
Jednoduše řečeno, o tom, jak rychle by se měl signál PWM zapínat a vypínat, rozhoduje frekvence signálu PWM a při této rychlosti, jak dlouho by měl signál PWM zůstat zapnutý, rozhoduje pracovní cyklus signálu PWM.
Jak převést signály PWM na analogové napětí?
U jednoduchých aplikací, jako je ovládání rychlosti stejnosměrného motoru nebo nastavení jasu LED, musíme převést signály PWM na analogové napětí. To lze snadno provést pomocí RC filtru a běžně se používá tam, kde je vyžadována funkce DAC. Obvod stejného je uveden níže
Ve výše uvedeném grafu je žlutě zbarvený signál PWM a modře zbývá výstupní analogové napětí. Hodnotu odporu R1 a kondenzátoru C1 lze vypočítat na základě frekvence signálu PWM, ale obvykle se používá odpor 5,7K nebo 10K a kondenzátor 0,1u nebo 1u.
Jak vypočítat výstupní napětí signálu PWM?
Výstupní napětí signálu PWM po jeho převodu na analogový signál bude procento pracovního cyklu. Například pokud je provozní napětí 5V, pak bude mít signál PWM také 5V, když je vysoké. V takovém případě pro 100% pracovní cyklus bude výstupní napětí 5V, pro 50% pracovní cyklus to bude 2,5V.
Výstupní napětí = pracovní cyklus (%) * 5
Příklady:
V mnoha našich projektech jsme dříve používali PWM s různými mikrokontroléry:
- Modulace šířky pulzu s ATmega32
- PWM s Arduino Uno
- Generování PWM pomocí mikrokontroléru PIC
- Výukový program PWM pro Raspberry Pi
- Ovládání servomotoru s Raspberry Pi
- Pulzní šířková modulace (PWM) pomocí MSP430G2
- Pulzní šířková modulace (PWM) v STM32F103C8
- Ovládání servomotoru s Raspberry Pi
- Řízení stejnosměrného motoru s Raspberry Pi
- 1 wattový LED stmívač
- Arduino LED stmívač pomocí PWM
Dále zkontrolujte všechny projekty související s PWM zde.