펄스 폭 변조

PWM 또는 PWM(Pulse Width Modulation)은 부하에 대한 전원 공급을 제어하는 ​​방법입니다. 제어는 일정한 펄스 반복률에서 펄스 지속 시간을 변경하는 것으로 구성됩니다. 펄스 폭 변조는 아날로그, 디지털, 이진법 및 삼항법으로 사용할 수 있습니다.

펄스 폭 변조를 사용하면 전기 변환기, 특히 오늘날 다양한 전자 장치의 2차 전원 공급 장치의 기초를 형성하는 펄스 변환기의 효율을 높일 수 있습니다. 플라이백 및 포워드 싱글, 푸시풀 및 하프 브리지, 브리지 스위칭 컨버터는 오늘날 PWM의 참여로 제어되며 이는 공진 컨버터에도 적용됩니다.

펄스 폭 변조를 사용하면 휴대폰, 스마트폰, 노트북의 액정 디스플레이 백라이트 밝기를 조정할 수 있습니다. PWM은 용접기, 자동차 인버터, 충전기 등 오늘날 모든 충전기는 작동에 PWM을 사용합니다.

키 모드 바이폴라 및 전계 효과 트랜지스터는 최신 고주파 변환기에서 스위칭 요소로 사용됩니다. 이것은 트랜지스터가 완전히 열린 기간의 일부와 완전히 닫힌 기간의 일부를 의미합니다.

그리고 단지 수십 나노초 동안 지속되는 과도 상태에서 스위치에 의해 방출되는 전력은 스위칭된 전력에 비해 작기 때문에 결과적으로 스위치에서 열의 형태로 방출되는 평균 전력은 무시할 수 있는 것으로 판명되었습니다. 이 경우 닫힌 상태에서 스위치로서의 트랜지스터의 저항은 매우 작고 그 양단의 전압 강하는 0에 접근합니다.

열린 상태에서 트랜지스터의 전도도는 0에 가깝고 전류는 실제로 흐르지 않습니다. 이를 통해 고효율, 즉 열 손실이 적은 소형 변환기를 만들 수 있습니다. ZCS(Zero Current Switching) 공진형 컨버터는 이러한 손실을 최소화합니다.

아날로그형 PWM 생성기에서 제어 신호는 예를 들어 비교기의 반전 입력에 삼각형 또는 삼극관 신호가 적용되고 비반전 입력에 변조 연속 신호가 적용될 때 아날로그 비교기에 의해 생성됩니다.

출력 펄스 수신 직사각형, 반복률은 톱(또는 삼각파)의 주파수와 같으며 펄스의 양의 부분의 지속 시간은 변조 DC 신호의 레벨이 비반전 입력에 적용되는 시간과 관련됩니다. 비교기는 반전 입력에 공급되는 톱 신호의 레벨보다 높습니다.톱 전압이 변조 신호보다 높으면 출력은 펄스의 음수 부분이 됩니다.

톱이 비교기의 비 반전 입력에 적용되고 변조 신호가 반전에 적용되면 톱 전압이 변조 신호 값보다 높을 때 구형파 출력 펄스는 양의 값을 갖습니다. 반전 입력에 적용되고 네거티브 — 톱 전압이 변조 신호보다 낮을 때. 아날로그 PWM 생성의 예는 오늘날 스위칭 전원 공급 장치 구성에 널리 사용되는 TL494 칩입니다.

디지털 PWM은 바이너리 디지털 기술에 사용됩니다. 출력 펄스도 두 값(on 또는 off) 중 하나만 취하고 평균 출력 레벨은 원하는 값에 근접합니다.여기서 톱니파 신호는 N 비트 카운터를 사용하여 얻습니다.

PWM 디지털 장치는 또한 제어된 장치의 응답 시간을 반드시 초과하는 일정한 주파수에서 작동하며, 이 접근 방식을 오버샘플링이라고 합니다. 클럭 에지 사이에서 디지털 PWM 출력은 카운터 신호와 대략적인 디지털 신호의 레벨을 비교하는 디지털 비교기 출력의 현재 상태에 따라 안정적으로 높거나 낮습니다.

출력은 상태 1과 0의 일련의 펄스로 클럭되며, 클럭의 각 상태는 반전되거나 반전되지 않을 수 있습니다. 펄스의 주파수는 접근하는 신호의 레벨에 비례하며 연속적인 단위는 더 넓고 더 긴 펄스를 형성할 수 있습니다.

결과 가변 폭 펄스는 클록 주기의 배수가 되고 주파수는 1/2NT가 됩니다. 여기서 T는 클록 주기이고 N은 클록 주기 수입니다. 여기에서 클록 주파수 측면에서 더 낮은 주파수를 달성할 수 있습니다. 설명된 디지털 생성 방식은 1비트 또는 2레벨 PWM, 펄스 코딩된 PCM 변조입니다.

이 2단계 펄스 코딩 변조는 기본적으로 주파수가 1/T이고 폭이 T 또는 0인 일련의 펄스입니다. 오버샘플링은 더 긴 기간 동안 평균화하는 데 사용됩니다. 고품질 PWM은 펄스 주파수 변조라고도 하는 단일 비트 펄스 밀도 변조로 달성됩니다.

디지털 펄스 폭 변조에서 주기를 채우는 직사각형 하위 펄스는 주기의 어느 곳에나 나타날 수 있으며 그 수만 주기에 대한 신호의 평균값에 영향을 미칩니다. 따라서 기간을 8 부분으로 나누면 펄스 조합은 11001100, 11110000, 11000101, 10101010 등입니다. 동일한 기간 평균을 제공하지만 개별 장치는 키 트랜지스터의 듀티 사이클을 더 무겁게 만듭니다.

PWM과 관련하여 전자 제품의 유명인은 기계와 유사한 비유를 제공합니다. 엔진을 켜거나 끌 수 있는 상태에서 무거운 플라이휠을 엔진으로 돌리면 플라이휠이 회전하고 계속 회전하거나 엔진이 꺼져 있을 때 마찰로 인해 정지합니다.

그러나 분당 몇 초 동안 엔진을 켜면 일정한 속도에서 관성에 의해 플라이휠의 회전이 유지됩니다. 엔진을 오래 켤수록 플라이휠의 회전 속도가 빨라집니다.따라서 PWM을 사용하면 켜짐 및 꺼짐 신호(0 및 1)가 출력으로 나오며 결과는 평균값입니다. 펄스의 전압을 시간 경과에 따라 적분함으로써 펄스 아래 면적을 구하고 작업체에 미치는 영향은 전압의 평균값을 사용한 작업과 동일합니다.

전환이 초당 수천 번 발생하고 주파수가 메가헤르츠 단위에 도달하는 변환기가 작동하는 방식입니다. 특수 PWM 컨트롤러는 에너지 절약 램프, 전원 공급 장치의 안정기를 제어하는 ​​데 널리 사용됩니다. 모터용 주파수 변환기 등.

켜짐 시간(펄스의 양의 부분)에 대한 펄스 기간의 총 지속 시간 비율을 듀티 사이클이라고 합니다. 따라서 켜기 시간이 10μs이고 기간이 100μs 지속되면 10kHz의 주파수에서 듀티 사이클은 10이 되고 S = 10이라고 씁니다. 역 듀티 사이클을 듀티라고 합니다. 사이클, 영어로 듀티 사이클 또는 DC.

따라서 주어진 예에서 10/100 = 0.1이므로 DC = 0.1입니다. 펄스 폭 변조를 사용하면 펄스의 듀티 사이클을 조정하여, 즉 직류를 변경하여 모터와 같은 전자 장치 또는 기타 전기 장치의 출력에서 ​​필요한 평균값을 얻을 수 있습니다.