Qu'est-ce que PWM, comment le mesurer

Essayez Notre Instrument Pour Éliminer Les Problèmes





PWM signifie modulation de largeur d'impulsion qui signifie la nature variable des largeurs d'impulsion qui peuvent être générées à partir d'une source particulière telle qu'un IC discret, un MCU ou un circuit transistorisé.

Qu'est-ce que PWM

En termes simples, un processus PWM n'est rien d'autre que l'activation et la désactivation d'une tension d'alimentation à un taux particulier avec différents rapports de synchronisation ON / OFF, ici la longueur de mise en marche de la tension peut être supérieure, inférieure ou égale à la longueur de coupure.



Par exemple, un PWM peut consister en une tension fixée pour commuter ON et OFF à la fréquence de 2 secondes ON 1 seconde OFF, 1 seconde ON 2 secondes OFF ou 1 seconde ON, 1 seconde OFF.

Lorsque ce taux ON / OFF d'une tension d'alimentation est optimisé différemment, nous disons que la tension est un PWM ou une largeur d'impulsion modulée.



Vous devez tous être déjà familiarisé avec la façon dont un potentiel CC constant apparaît sur un graphique de tension en fonction du temps, comme indiqué ci-dessous:

Dans l'image ci-dessus, nous pouvons voir une ligne droite au niveau 9V, ceci est réalisé parce que le niveau 9V ne change pas par rapport au temps et donc nous sommes en mesure d'assister à une ligne droite.

Maintenant, si ce 9V est allumé et éteint toutes les 1 seconde, le graphique ci-dessus ressemblerait à ceci:

Nous pouvons clairement voir que maintenant la ligne 9V n'est plus un évaluateur en ligne droite sous forme de blocs toutes les 1 seconde, puisque le 9V est allumé et éteint alternativement toutes les secondes.

Les traces ci-dessus ressemblent à des blocs rectangulaires car lorsque le 9V est allumé et éteint, les opérations sont instantanées, ce qui fait soudainement passer le 9V au niveau zéro, puis soudainement au niveau 9V, formant ainsi les formes rectangulaires sur le graphique.

La condition ci-dessus donne lieu à une tension pulsée qui a deux paramètres à mesurer à savoir: la tension de crête et la tension moyenne ou la tension RMS.

Tension de crête et moyenne

Dans la première image, la tension de crête est évidemment de 9V, et la tension moyenne est également de 9V simplement parce que la tension est constante sans aucune interruption.

Cependant, dans la deuxième image, bien que la tension soit activée / désactivée à une fréquence de 1 Hz (1 seconde ON, 1 seconde OFF), le pic sera toujours égal à 9V, car le pic atteint toujours la marque 9V pendant les périodes ON. Mais la tension moyenne ici n'est pas de 9V plutôt que de 4,5V car la fermeture et la rupture de la tension se font à un taux de 50%.

Dans les discussions PWM, ce taux ON / OFF est appelé cycle de service du PWM, donc dans le cas ci-dessus, il s'agit d'un cycle de service de 50%.

Lorsque vous mesurez un PWM avec un multimètre numérique sur une plage CC, vous obtiendrez toujours la lecture de la valeur moyenne sur le compteur.

Les nouveaux amateurs se confondent souvent avec cette lecture et la prennent comme valeur maximale, ce qui est totalement faux.

Comme expliqué ci-dessus, la valeur de crête d'un PWM sera principalement égale à la tension d'alimentation fournie au circuit, tandis que la volatge moyenne sur le compteur sera la moyenne des périodes ON / OFF des PWM.

Commutation de Mosfet avec PWM

Donc, si vous commutez un mosfet avec un PWM et que vous trouvez que la tension de grille est, par exemple, 3V, ne paniquez pas car cela pourrait être juste la tension moyenne indiquée par le compteur, la tension de crête pourrait être aussi élevée que l'alimentation de votre circuit. Tension.

Par conséquent, on pourrait s'attendre à ce que le mosfet conduise finement et complètement à travers ces valeurs de crête et la tension moyenne n'affecterait que sa période de conduction, pas la spécification de commutation du dispositif.

Comme nous l'avons vu dans les sections précédentes, un PWM implique fondamentalement la variation des largeurs d'impulsion, en d'autres termes les périodes ON et OFF du DC.

Supposons par exemple que vous vouliez une sortie PWM avec un temps ON qui est 50% inférieur à celui du temps ON.

Supposons que le temps ON sélectionné soit 1/2 seconde, alors le temps OFF serait égal à 1 seconde, ce qui donnerait lieu à un cycle de service de 1/2 seconde ON et 1 seconde OFF, comme on peut le voir dans le diagramme suivant .

Analyse du cycle de service du PWM

Dans cet exemple, les PWM sont optimisés pour produire une tension de crête de 9 V mais une tension moyenne de 3,15 V puisque le temps de marche n'est que de 35% d'un cycle ON / OFF complet complet.

Un cycle complet fait référence à la période de temps qui permet à l'impulsion donnée de terminer son temps ON complet et un temps OFF.

De même, on peut envisager d'optimiser la largeur d'impulsion d'une fréquence avec les données suivantes:

Ici, le temps ON peut être vu augmenté de 65% par rapport au temps OFF sur un cycle complet, donc ici la valeur moyenne de la tension devient 5,85V.

La tension moyenne décrite ci-dessus est également appelée RMS ou valeur quadratique moyenne de la tension.

Comme ce sont toutes des impulsions rectangulaires ou carrées, le RMS peut être calculé simplement en multipliant le pourcentage du cycle de service par la tension de crête.

Optimiser PWM pour simuler une onde sinusoïdale

Cependant, dans les cas où le PWM est optimisé pour simuler une impulsion alternative, le calcul du RMS devient un peu complexe.

Prenons l'exemple du PWM suivant qui est optimisé pour faire varier sa largeur correspondant à l'amplitude variable ou au niveau d'un signal alternatif sinusoïdal.

Vous pouvez en savoir plus à ce sujet dans l'un de mes articles précédents où j'ai expliqué comment l'IC 555 peut être utilisé pour générer une sortie PWM équivalente à une onde sinusoïdale .

Comme nous pouvons le voir sur l'image ci-dessus, la largeur des impulsions change par rapport au niveau instantané de l'onde sinusoïdale. Lorsque l'onde sinusoïdale tend à atteindre le pic, la largeur correspondante de l'impulsion s'élargit et vice versa.

Utilisation de SPWM

Cela indique que, comme le niveau de tension de l'onde sinusoïdale change constamment avec le temps, les PWM changent également avec le temps en variant constamment ses largeurs. Un tel PWM est également appelé SPWM ou Sinewave Pulse Width Modulation.

Ainsi, dans le cas ci-dessus, les impulsions ne sont jamais constantes mais changent leurs largeurs différemment avec le temps.

Cela rend son RMS ou le calcul de la valeur moyenne un peu complexe et nous ne pouvons pas simplement multiplier le cycle de service avec la tension de crête ici pour obtenir le RMS.

Bien que la formule réelle pour dériver l'expression RMS soit assez complexe, après des dérivations appropriées, l'implémentation finale devient en fait assez facile.

Calcul de la tension RMS d'un PWM

Ainsi, pour calculer le RMS d'une tension PWM variable en réponse à une onde sinusoïdale, on peut acquérir en multipliant 0,7 (constante) par la tension de crête.

Donc, pour un pic de 9V, nous obtenons 9 x 0,7 = 6,3V, c'est la tension RMS ou la valeur moyenne d'un PWM crête à crête de 9V simulant une onde sinusoïdale.

Rôle du PWM dans les circuits électroniques?

Vous constaterez que le concept PWM est essentiellement associé à
les conceptions de circuits qui ont des inducteurs impliqués, en particulier les topologies buck boost telles que les onduleurs, SMPS , MPPT, circuits de commande de LED, etc.

Sans une inductance, une fonction PWM pourrait n'avoir aucune valeur ou rôle réel dans un circuit donné, c'est parce que seule une inductance a la caractéristique inhérente de transformer une largeur d'impulsion variable en une quantité équivalente d'intensification (boostée) ou de réduction (atténuée) tension ou courant, qui devient l'idée entière et unique d'une technologie PWM.

Utilisation de PWM avec des inducteurs

Pour comprendre comment PWM affecte la sortie d'un inducteur en termes de tension et de courant, il serait d'abord important d'apprendre comment un inducteur se comporte sous l'influence d'une tension pulsée.

Dans l'un de mes messages précédents, j'ai expliqué concernant comment fonctionne un circuit buck boost , ceci est un exemple classique pour démontrer comment des PWM ou une largeur d'impulsion variable peuvent être utilisés pour dimensionner une sortie d'inductance.

Il est bien connu que par `` nature '' un inducteur s'oppose toujours à une application soudaine de tension à travers lui et ne lui permet de passer qu'après un certain temps en fonction de ses spécifications d'enroulement, et au cours de ce processus, il stocke une quantité équivalente d'énergie dans il.

Maintenant, si au cours du processus ci-dessus la tension est soudainement désactivée, l'inducteur est à nouveau incapable de faire face à cette disparition soudaine de la tension appliquée et tente de l'équilibrer en libérant le courant stocké.

Réaction de l'inducteur au PWM

Ainsi, un inducteur essaiera de s'opposer à une mise sous tension de la tension en stockant le courant et tentera d'égaliser en réponse à une coupure soudaine de la tension en «renvoyant» l'énergie stockée dans le système.

Ce rebond est appelé la FEM arrière d'un inducteur et le contenu de cette énergie (tension, courant) dépendra des spécifications de l'enroulement de l'inducteur.

Fondamentalement, le nombre de tours décide si la tension électromagnétique doit être supérieure à la tension d'alimentation ou inférieure à la tension d'alimentation, et l'épaisseur du fil décide de la quantité de courant que l'inducteur peut être capable de restituer.

Il y a un autre aspect de l'inductance ci-dessus, qui est la synchronisation des périodes de tension ON / OFF.

C'est là que l'utilisation d'un PWM devient cruciale.

Bien que le nombre de tours détermine fondamentalement les valeurs de sortie pour un particulier, celles-ci peuvent également être modifiées à volonté en alimentant un PWM optimisé dans une inductance.

Grâce à un PWM variable, nous pouvons forcer une inductance à générer / convertir des tensions et des courants à n'importe quel taux souhaité, soit sous forme de tension augmentée (courant réduit), soit de courant intensifié (tension réduite) ou vice versa.

Dans certaines applications, un PWM peut être utilisé même sans inductance, comme pour atténuer une lumière LED, ou dans des circuits de minuterie MCU, où la sortie peut être optimisée pour générer des tensions à différents interrupteurs ON, des périodes d'arrêt pour contrôler une charge selon ses spécifications de fonctionnement prévues.




Une paire de: Circuit d'alarme de capteur de son ultrasonique simple utilisant Opamp Un article: Circuit de mélangeur de couleur simple RVB LED utilisant LM317 IC