Thực đơn
Điều chế độ rộng xung
PWM được sử dụng để điều khiển các cơ cấu servo. Xem thêm tại điều khiển servo.
Trong viễn thông, PWM là một dạng điều chế tín hiệu, trong đó độ rộng xung tương ứng với các giá trị dữ liệu cụ thể được mã hoá ở một đầu và được giải mã ở đầu kia.
Các xung có độ dài khác nhau (bản thân thông tin) sẽ được gửi đi theo các khoảng thời gian đều đặn (tần số sóng mang của điều chế).
_ _ _ _ _ _ _ _ | | | | | | | | | | | | | | | | Clock | | | | | | | | | | | | | | | | __| |____| |____| |____| |____| |____| |____| |____| |____ _ __ ____ ____ _PWM signal | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | _________| |____| |___| |________| |_| |___________Data 0 1 2 4 0 4 1 0
Sự bao gồm của một tín hiệu đồng hồ là không cần thiết, vì các cạnh trước của tín hiệu dữ liệu có thể được sử dụng làm đồng hồ (clock) nếu một bù đắp nhỏ được thêm vào giá trị dữ liệu để tránh một giá trị dữ liệu với một xung có chiều dài bằng không.
_ __ ___ _____ _ _____ __ _ | | | | | | | | | | | | | | | | PWM signal | | | | | | | | | | | | | | | | __| |____| |___| |__| |_| |____| |_| |___| |_____Data 0 1 2 4 0 4 1 0
PWM có thể được sử dụng để kiểm soát lượng điện được cung cấp đến một phụ tải mà không phải chịu tổn hao qua điện trở do việc phân phối điện bằng đường dây truyền tải. Nhược điểm của kỹ thuật này là điện năng tiêu thụ bởi phụ tải không phải là hằng số mà luôn gián đoạn (xem bộ chuyển đổi Buck) và điện năng được phân phối đến tải cũng không liên tục. Tuy nhiên, phụ tải có thể là cảm (cuộn dây...), và với một tần số đủ cao và khi cần thiết việc sử dụng các bộ lọc điện tử thụ động bổ sung, mạch xung có thể được làm mịn và hình dạng sóng analog trung bình được phục hồi. Dòng điện đi vào tải có thể trở thành liên tục. Dòng điện từ nguồn cấp không phải là hằng số và sẽ cần lưu trữ điện năng ở phía cung cấp trong hầu hết các trường hợp. (Trong trường hợp của một mạch điện, một tụ điện để hấp thụ năng lượng được lưu giữ trong cuộn cảm phía cung cấp).
Các hệ thống điều khiển công suất PWM tần số cao có thể dễ dàng được thực hiện với các thiết bị chuyển mạch bán dẫn. Như đã giải thích ở trên, hầu như không có tổn hao công suất bởi các thiết bị chuyển mạch này dù là ở trạng thái bật hoặc trạng thái tắt. Tuy nhiên, trong quá trình chuyển đổi giữa trạng thái bật và tắt, cả điện áp và dòng điện đều khác-không và do đó công suất bị tổn hao trong các thiết bị chuyển mạch này. Bằng cách nhanh chóng thay đổi trạng thái giữa đóng hoàn toàn và cắt hoàn toàn (thường là dưới 100 nano giây), tổn hao công suất trong các thiết bị chuyển mạch có thể khá thấp so với công suất được truyền qua tới tải.
Các bộ chuyển mạch bán dẫn hiện đại như MOSFET hoặc transitor lưỡng cực cổng-cách-ly (IGBT) là các linh kiện phù hợp cho các bộ điều khiển hiệu năng cao. Các bộ chuyển đổi tần số được dùng để điều khiển động cơ AC có thể có hiệu suất vượt quá 98%. Nguồn cấp cho thiết bị chuyển mạch có hiệu suất thấp hơn do mức điện áp đầu ra thấp (thậm chí còn nhỏ hơn 2 V đối với các bộ vi xử lý) nhưng vẫn có thể đạt được hiệu suất trên 70-80%.
Các bộ điều khiển quạt với tốc độ thay đổi dành cho máy tính thường sử dụng PWM, vì nó hiệu quả hơn rất nhiều so với một chiết áp. (Thiết bị này không thực tế để dùng trong điện tử, vì nó cần một động cơ điều khiển nhỏ).
Các dimmer dùng cho bóng đèn sử dụng trong gia đình sử dụng một loại điều khiển PWM đặc biệt. Các bộ dimmer dùng cho bóng đèn dùng trong gia đình thường bao gồm mạch điện tử để hạn chế dòng điện trong những khoảng xác định của mỗi chu kỳ của điện áp xoay chiều. Việc điều chỉnh độ sáng của bóng đèn chỉ đơn thuần là việc thiết đặt điện áp (hoặc pha) trong chu trình nửa chu kỳ AC khi dimmer bắt đầu cho dòng điện chạy qua để cấp nguồn cho bóng đèn (ví dụ bằng cách sử dụng công tắc điện tử như một triac). Trong trường hợp này, chu kỳ làm việc PWM là tỷ số của thời gian dẫn trên nửa chu kỳ được xác định bởi tần số của điện áp AC của đường dây (50 Hz hoặc 60 Hz tùy thuộc vào từng nước).
Những loại dimmer đơn giản này có thể được sử dụng hiệu quả với các nguồn ánh sáng trơ (hoặc đáp ứng tương đối chậm) ví dụ như đèn sợi đốt, việc điều chế bổ sung của dimmer chỉ gây thêm các dao động không đáng kể vào ánh sáng phát ra. Tuy nhiên, một số loại nguồn sáng khác như đèn LED, bật và tắt rất nhanh và có thể cảm thấy nhấp nháy nếu được cấp nguồn có tần số thấp. Các hiệu ứng nhấp nháy có thể nhận thấy được từ các nguồn sáng đáp ứng nhanh như vậy có thể được giảm đi bằng cách tăng tần số PWM. Nếu sự biến động của ánh sáng đủ nhanh (nhanh hơn ngưỡng dung hợp mà mắt thường có thể cảm nhận được), hệ thống thị giác của con người không thể nhận ra chúng và mắt sẽ tiếp nhận được cường độ sáng trung bình theo thời gian mà không còn hiện tượng nhấp nháy.
Trong các bếp điện, công suất biến đổi liên tục của các bộ phận làm nóng như bếp nấu hoặc nướng bằng cách sử dụng một thiết bị được gọi là simmerstat. Thiết bị này bao gồm một bộ dao động nhiệt làm việc ở khoảng hai chu kỳ mỗi phút và cơ cấu này thay đổi chu kỳ làm việc bằng núm cài đặt. Hằng số thời gian nhiệt của các bộ phận làm nóng là vài phút, do đó sự dao động nhiệt độ là quá nhỏ so với thực tế.
PWM cũng được sử dụng trong các bộ điều chỉnh điện áp hiệu quả. Bằng cách đóng cắt nguồn cấp cho tải với chu kỳ thích hợp, đầu ra sẽ tương ứng với một điện áp tại mức mong muốn. Nhiễu chuyển mạch thường được lọc với một cuộn cảm và một tụ điện.
Một phương pháp đo điện áp đầu ra. Khi điện áp này thấp hơn điện áp mong muốn, nó sẽ bật công tắc. Khi điện áp ra cao hơn điện áp mong muốn, nó sẽ tắt công tắc.
PWM đôi khi được sử dụng trong tổng hợp âm thanh (âm nhạc), đặc biệt là tổng hợp trừ, vì nó mang lại một hiệu ứng âm thanh tương tự như hợp ca hoặc các máy tạo dao động tách đôi chơi yếu với nhau. (Trong thực tế, PWM tương đương với sự khác biệt của hai sóng răng cưa với một trong số chúng đảo ngược.) Tỷ lệ giữa mức cao và mức thấp thường được điều chế với một bộ dao động tần số thấp. Ngoài ra, việc thay đổi chu kỳ làm việc của một dạng sóng xung trong một công cụ tổng hợp tổng-hợp-trừ tạo ra các biến thể âm sắc hữu ích. Một số bộ tổng hợp có một trimmer (bộ xén) chu kỳ làm việc cho các đầu ra sóng vuông của chúng, và bộ trimmer đó có thể được thiết lập bằng tai; Điểm 50% (sóng vuông thực) là đặc biệt, bởi vì các sóng hài số-chẵn thường biến mất ở mức 50%. Sóng xung, thường là 50%, 25% và 12,5%, tạo thành các bản nhạc (soundtrack) của các trò chơi điện tử cổ điển.
Một bộ khuếch đại âm thanh mới dựa trên nguyên lý PWM đang trở nên phổ biến. Được gọi là bộ khuếch đại lớp-D, chúng tạo ra một tín hiệu đầu vào analog tương đương PWM được đưa vào loa thông qua một mạng lưới bộ lọc thích hợp để chặn sóng mang và phục hồi âm thanh nguyên gốc. Các bộ khuếch đại này được đặc trưng bởi các đặc điểm hiệu suất rất tốt (≥ 90%) và kích thước nhỏ gọn/trọng lượng nhẹ cho các đầu ra công suất lớn. Trong vài thập kỷ, các bộ khuếch đại PWM công nghiệp và quân sự đã được sử dụng phổ biến, thường là để điều khiển động cơ servo. Các cuộn cảm từ trường (field-gradient) trong các máy MRI được điều khiển bởi các bộ khuếch đại PWM công suất tương đối cao.
Về mặt lịch sử, một dạng PWM thô đã được sử dụng để phát lại âm thanh số PCM trên loa máy tính, được điều khiển bởi chỉ hai mức điện áp, điển hình là 0 V và 5 V. Bằng cách điều chỉnh thời gian cẩn thận cho xung, và bằng cách dựa vào các tính chất lọc vật lý của loa (đáp ứng tần số giới hạn, tự cảm, vv) có thể thu được gần đúng mẫu phát lại của mono PCM, mặc dù với chất lượng rất thấp, Và với kết quả rất khác nhau giữa các lần thực hiện.
Trong thời gian gần đây, phương pháp mã hóa âm thanh Direct Stream Digital đã được đưa ra, sử dụng một dạng điều chế độ rộng xung được gọi là điều chế mật độ xung, ở tốc độ lấy mẫu đủ cao (thường theo MHz) để bao phủ được toàn bộ dãi tần số âm thanh với đầy đủ độ trung thực. Phương pháp này được sử dụng ở định dạng SACD, và sự tái tạo của tín hiệu âm thanh được mã hóa cơ bản tương tự như phương pháp được sử dụng trong bộ khuếch đại lớp-D.
--- Kỹ thuật điện ---Các tín hiệu SPWM (Sine–triangle pulse width modulation=điều chế độ rộng xung sin-tam giác) được sử dụng trong thiết kế vi-biến-tần (được sử dụng trong các ứng dụng điện mặt trời và phong điện). Các tín hiệu chuyển mạch này được đưa vào các linh kiện FET được sử dụng trong thiết bị. Hiệu suất của thiết bị phụ thuộc vào sóng hài chứa trong của tín hiệu PWM. Có rất nhiều nghiên cứu về việc loại bỏ các sóng hài không mong muốn này và cải thiện sức mạnh cơ bản, một số trong đó bao gồm việc sử dụng một tín hiệu sóng mang biến đổi thay vì một tín hiệu răng cưa cổ điển[8][9][10] để giảm tổn thất điện năng và nâng cao hiệu suất. Một ứng dụng phổ biến nữa là trong robot, trong đó tín hiệu PWM được sử dụng để điều khiển tốc độ của robot bằng cách điều khiển động cơ.
Thực đơn
Điều chế độ rộng xungLiên quan
Tài liệu tham khảo
WikiPedia: Điều chế độ rộng xung