Modulacja szerokości impulsów
PWM (ang. Pulse-Width Modulation) – metoda regulacji sygnału prądowego lub napięciowego, o stałej amplitudzie i częstotliwości, polegająca na zmianie wypełnienia sygnału, używana w zasilaczach impulsowych, wzmacniaczach impulsowych i układach sterujących pracą silników elektrycznych. Układ PWM zasila urządzenie bezpośrednio lub przez filtr dolnoprzepustowy wygładzający zmiany natężenia prądu elektrycznego i napięcia.
Zasada działania
Modulacja szerokości impulsów jest najczęściej wykonywana poprzez przełączenie tranzystorów lub tyrystorów pomiędzy stanem przewodzenia a stanem zaporowym. W stanie zaporowym prąd praktycznie nie płynie, nie występują więc straty mocy. W stanie przewodzenia występuje niewielki spadek napięcia na układzie sterującym, jednak jest on minimalny w stosunku do mocy przekazywanej, co skutkuje największą sprawnością energetyczną układu regulacyjnego. Zasilanie metodą PWM pozwala na uzyskanie dużej dokładności i łatwości sterowania urządzeniem.
Długości impulsów w tej metodzie obliczane są albo przez wbudowany mikroprocesor, albo też otrzymywane analogowo poprzez porównywanie sygnału modulowanego (np. sinusoidy) z sygnałem modulującym o większej częstotliwości (np. przebiegu piłokształtnego). Porównywanie dokonywane jest w komparatorze, którego wyjście używane jest do sterowania odpowiednimi elementami przełączającymi.
Zastosowanie
Metoda PWM jest stosowana do zasilania i kontrolowania pracy urządzeń elektrycznych w następujący sposób:
- Jeśli źródło energii dostarcza napięcie stałe, wówczas PWM wykorzystana w falowniku pozwala na zasilanie urządzeń pracujących pod napięciem przemiennym.
- Jeśli źródło energii dostarcza napięcie przemienne, którego częstotliwość musi być dostosowana do warunków pracy, wówczas PWM wykorzystywana jest w przetwornicach częstotliwości.
W telekomunikacji cyfrowej PWM jest jedną z metod modulacji sygnału cyfrowego.
Zobacz też
Media użyte na tej stronie
Autor: Zureks, Licencja: CC-BY-SA-3.0
Przykładowe przedstawienie modulacji szerokości impulsu (PWM) dla obwodu magnetycznego. Napięcie elektryczne (niebieski przebieg) w obwodzie magnetycznym jest proporcjonalne do szybkości zmian indukcji magnetycznej (czerwony przebieg). Dlatego też, poprzez użycie PWM wypadkowa indukcja magnetyczna może być kształtowana z względną łatwością. Metoda ta jest szeroko stosowana do zasilania i kontrolowania pracy silników elektrycznych, w których moment obrotowy na wale silnika jest proporcjonalny do indukcji magnetycznej. Jak widać na rysunku, wypadkowa indukcja (dąży się zazwyczaj do kształtu sinusoidalnego) może być łatwo kształtowana poprzez użycie odpowiednio modulowanych impulsów. W pokazanym przykładzie (dla 50 Hz), dla jasności rysunku użyto częstotliwość przełączania 600 Hz. W rzeczywistości jednak stosuje się znacznie większe częstotliwości przełączania - nawet do 10 kHz lub więcej. Oczywiście dla nośnych częstotliwości wyższych niż 50 Hz częstotliwości przełączania będą znacznie większe.