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三、PWM原理
1. 定義描述:脈沖寬度調(diào)制(PWM),是英文“Pulse Width Modulation”的縮寫,簡稱脈寬調(diào)制,是利用微處理器的數(shù)字輸出來對(duì)模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù),廣泛應(yīng)用在從測量、通信到功率控制與變換的許多領(lǐng)域中。
2. 脈寬調(diào)制(PWM)基本原理:控制方式電路開關(guān)器件的通斷進(jìn)行控制,使輸出端得到一系列幅值相等的脈沖,用這些脈沖來模擬傳統(tǒng)的波形(例如:正弦波、三角波等)。也就是在輸出波形的半個(gè)周期中產(chǎn)生多個(gè)脈沖,使各脈沖的等值電壓為正弦波形或者其他波形,所獲得的輸出平滑且低次諧波少。按一定的規(guī)則對(duì)各脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制,即可改變逆變電路輸出電壓的大小,也可改變輸出頻率。
3.占空比(Duty Cycle or Duty Ratio)
了解PWM調(diào)光原理,先得了解一下占空比概念。占空比的解釋可以歸納為如下幾種:1)在一串理想的脈沖序列中(如方波),正脈沖的持續(xù)時(shí)間與脈沖總周期的比值。例如:脈沖寬度1μs,信號(hào)周期4μs的脈沖序列占空比為0.25。2)在一段連續(xù)工作時(shí)間內(nèi)脈沖占用的時(shí)間與總時(shí)間的比值。3)在周期型的現(xiàn)象中,現(xiàn)象發(fā)生的時(shí)間與總時(shí)間的比。
其實(shí)歸納一下也就是電路釋放能量的有效時(shí)間與總釋放時(shí)間的比。
4、 4.PWM調(diào)光
脈寬調(diào)制(PWM)是利用微處理器的數(shù)字輸出來對(duì)模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù),廣泛應(yīng)用在從測量、通信到功率控制與變換及LED照明等許多領(lǐng)域中。
通過以數(shù)字方式控制模擬電路,可以大幅度降低系統(tǒng)的成本和功耗。此外,許多微控制器和DSP已經(jīng)在芯片上包含了PWM控制器,這使數(shù)字控制的實(shí)現(xiàn)變得更加容易了。
簡而言之,PWM是一種對(duì)模擬信號(hào)電平進(jìn)行數(shù)字編碼的方法。通過高分辨率計(jì)數(shù)器的使用,方波的占空比被調(diào)制用來對(duì)一個(gè)具體模擬信號(hào)的電平進(jìn)行編碼。PWM信號(hào)仍然是數(shù)字的,因?yàn)樵诮o定的任何時(shí)刻,滿幅值的直流供電要么完全有(ON),要么完全無(OFF)。電壓或電流源是以一種通(ON)或斷(OFF)的重復(fù)脈沖序列被加到模擬負(fù)載上去的。通的時(shí)候即是直流供電被加到負(fù)載上的時(shí)候,斷的時(shí)候即是供電被斷開的時(shí)候。只要帶寬足夠,任何模擬值都可以使用PWM進(jìn)行編碼。
上圖顯示了三種不同的PWM信號(hào)。圖1a是一個(gè)占空比為10%的PWM輸出,即在信號(hào)周期中,10%的時(shí)間通,其余90%的時(shí)間斷。圖1b和圖1c顯示的分別是占空比為50%和90%的PWM輸出。這三種PWM輸出編碼的分別是強(qiáng)度為滿度值的10%、50%和90%的三種不同模擬信號(hào)值。例如,假設(shè)供電電源為9V,占空比為10%,則對(duì)應(yīng)的是一個(gè)幅度為0.9V的模擬信號(hào)。
5、 5.PWM調(diào)光技術(shù)
下圖是一個(gè)可以使用PWM進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的簡單電路。圖中使用9V電池來給一個(gè)白熾燈泡供電。如果將連接電池和燈泡的開關(guān)閉合50ms,燈泡在這段時(shí)間中將得到9V供電。如果在下一個(gè)50ms中將開關(guān)斷開,燈泡得到的供電將為0V。如果在1秒鐘內(nèi)將此過程重復(fù)10次,燈泡將會(huì)點(diǎn)亮并象連接到了一個(gè)4.5V電池(9V的50%)上一樣。這種情況下,占空比為50%,調(diào)制頻率為10Hz。
大多數(shù)負(fù)載(無論是電感性負(fù)載還是電容性負(fù)載)需要的調(diào)制頻率高于10Hz。設(shè)想一下如果燈泡先接通5秒再斷開5秒,然后再接通、再斷開……。占空比仍然是50%,但燈泡在頭5秒鐘內(nèi)將點(diǎn)亮,在下一個(gè)5秒鐘內(nèi)將熄滅。要讓燈泡取得4.5V電壓的供電效果,通斷循環(huán)周期與負(fù)載對(duì)開關(guān)狀態(tài)變化的響應(yīng)時(shí)間相比必須足夠短。要想取得調(diào)光燈(但保持點(diǎn)亮)的效果,必須提高調(diào)制頻率。在其他PWM應(yīng)用場合也有同樣的要求。通常調(diào)制頻率為1kHz到200kHz之間。
舉例說明:假如你需要一個(gè)10V0.6A的電源,而實(shí)際上你手上只有一個(gè)10V1A的電源,這怎么辦?不用緊張,你把10V1A的電源接通6MS,關(guān)斷4MS,然后繼續(xù)接通6MS,關(guān)斷4MS不間斷的重復(fù),得到的效果和10V0.6A輸出的效果是一樣的。
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