Apa itu pwm: modulasi lebar nadi

Inverter, Penukar, litar SMPS dan Pengawal kelajuan…. Satu perkara yang biasa berlaku di semua litar ini ialah ia terdiri daripada banyak suis elektronik di dalamnya. Suis ini tidak lain dan tidak bukan hanyalah Peranti elektronik kuasa seperti MOSFET, IGBT, TRIAC dan lain-lain. Untuk mengawal suis elektronik kuasa, kita biasanya menggunakan sesuatu yang dipanggil isyarat PWM (Pulse Width Modulation). Selain itu, isyarat PWM juga digunakan untuk menggerakkan motor Servo dan juga untuk tugas-tugas mudah lain seperti mengawal kecerahan LED.

Dalam artikel sebelumnya kami belajar mengenai ADC, sementara ADC digunakan untuk membaca isyarat Analog oleh peranti digital seperti mikrokontroler. PWM dapat dianggap sebagai kebalikannya, PWM digunakan untuk menghasilkan isyarat Analog dari peranti digital seperti mikrokontroler. Dalam artikel ini kita akan belajar tentang apa itu isyarat PWM, PWM dan beberapa parameter yang berkaitan dengannya, sehingga kita akan yakin menggunakannya dalam reka bentuk kita.

Apa itu PWM (Modulasi Lebar Nadi)?

PWM bermaksud Pulse Width Modulation; kita akan mendapat alasan untuk nama sedemikian kemudian. Tetapi, untuk sekarang memahami PWM sebagai sejenis isyarat yang dapat dihasilkan dari IC digital seperti mikrokontroler atau pemasa 555. Isyarat yang dihasilkan akan mempunyai aliran denyut dan denyut ini akan berbentuk gelombang persegi. Maksudnya, pada waktu tertentu gelombang akan tinggi atau rendah. Untuk kemudahan memahami mari kita pertimbangkan isyarat PWM 5V, dalam hal ini isyarat PWM akan sama ada 5V (tinggi) atau di permukaan tanah 0V (rendah). Tempoh di mana sinyal tetap tinggi disebut " tepat waktu " dan tempoh di mana isyarat tetap rendah disebut sebagai " waktu mati ".

Untuk isyarat PWM kita perlu melihat dua parameter penting yang berkaitan dengannya satu adalah kitaran tugas PWM dan yang lain adalah frekuensi PWM.

Kitaran tugas PWM

Seperti yang diberitahu sebelumnya, isyarat PWM akan menyala untuk waktu tertentu dan kemudian berhenti untuk tempoh yang lain. Apa yang menjadikan isyarat PWM ini istimewa dan lebih berguna ialah kita dapat menentukan berapa lama ia harus terus berjalan dengan mengawal kitaran tugas isyarat PWM.

Peratusan masa di mana isyarat PWM kekal TINGGI (tepat pada waktunya) disebut sebagai kitaran tugas. Sekiranya isyarat sentiasa AKTIF, ia berada dalam kitaran tugas 100% dan jika sentiasa mati, ia adalah kitaran tugas 0%. Rumus untuk mengira kitaran tugas ditunjukkan di bawah.

Duty Cycle = Hidupkan waktu / (Hidupkan waktu + Matikan masa)

Gambar berikut menunjukkan isyarat PWM dengan kitaran tugas 50%. Seperti yang anda lihat, mempertimbangkan jangka masa keseluruhan (tepat waktu + waktu mati) isyarat PWM hanya akan bertahan selama 50% dari jangka masa.

Kekerapan = 1 / Tempoh Masa Tempoh Masa = Masa + Masa tidak aktif

Biasanya isyarat PWM yang dihasilkan oleh mikrokontroler akan berada sekitar 500 Hz, frekuensi tinggi seperti itu akan digunakan dalam peranti beralih berkelajuan tinggi seperti penyongsang atau penukar. Tetapi tidak semua aplikasi memerlukan frekuensi tinggi. Sebagai contoh untuk mengawal motor servo kita perlu menghasilkan isyarat PWM dengan frekuensi 50Hz, jadi frekuensi isyarat PWM juga dapat dikendalikan oleh program untuk semua mikrokontroler.

Beberapa soalan yang sering timbul mengenai PWM

Apakah perbezaan antara kitaran Tugas dan Kekerapan isyarat PWM?

Kitaran tugas dan kekerapan isyarat PWM sering dikelirukan. Seperti yang kita ketahui isyarat PWM adalah gelombang persegi dengan waktu tertentu dan waktu mati. Jumlah ini pada waktu dan waktu rehat disebut sebagai satu jangka masa. Kebalikan satu jangka masa disebut frekuensi. Walaupun jumlah masa isyarat PWM harus kekal dalam satu jangka masa ditentukan oleh Duty cycle PWM.

Sederhananya, seberapa pantas isyarat PWM harus dihidupkan dan dimatikan ditentukan oleh frekuensi isyarat PWM dan dalam kelajuan berapa lama isyarat PWM harus tetap dihidupkan ditentukan oleh kitaran tugas isyarat PWM.

Bagaimana cara menukar isyarat PWM menjadi Voltan Analog?

Untuk aplikasi mudah seperti mengawal kelajuan motor DC atau menyesuaikan kecerahan LED, kita perlu menukar isyarat PWM menjadi voltan analog. Ini dapat dilakukan dengan mudah dengan menggunakan penapis RC dan biasanya digunakan di mana fitur DAC diperlukan. Litar untuk yang sama ditunjukkan di bawah

Dalam grafik yang ditunjukkan di atas, yang berwarna Kuning adalah isyarat PWM dan warna biru adalah voltan analog output. Nilai perintang R1 dan kapasitor C1 dapat dikira berdasarkan frekuensi isyarat PWM tetapi biasanya perintang 5.7K atau 10K dan Kapasitor 0.1u atau 1u digunakan.

Bagaimana mengira voltan keluaran isyarat PWM?

Voltan keluaran isyarat PWM setelah menukarnya menjadi analog akan menjadi peratusan Duty cycle. Sebagai contoh jika voltan operasi adalah 5V maka isyarat PWM juga akan mempunyai 5V ketika tinggi. Sekiranya kitaran tugas 100% voltan output akan menjadi 5V untuk kitaran tugas 50% ia akan menjadi 2.5V.

Voltan Keluaran = Duty cycle (%) * 5

Contoh:

Kami sebelum ini menggunakan PWM dengan pelbagai mikrokontroler dalam banyak projek kami:

• Modulasi lebar nadi dengan ATmega32
• PWM dengan Arduino Uno
• Menjana PWM menggunakan PIC Microcontroller
• Tutorial Raspberry Pi PWM
• Kawalan Motor Servo dengan Raspberry Pi
• Modulasi lebar nadi (PWM) menggunakan MSP430G2
• Modulasi lebar nadi (PWM) dalam STM32F103C8
• Kawalan Motor Servo dengan Raspberry Pi
• Kawalan Motor DC dengan Raspberry Pi
• Dimmer LED 1 watt
• Dimmer LED Berasaskan Arduino menggunakan PWM

Selanjutnya periksa semua projek berkaitan PWM di sini.