Ngày 03/08/2010 11:17:36 / Lượt xem: 20590 / Người đăng: biendt / Tác giả: biendt
/ Nguồn: Sưu tầm và Biên soạn

Nguyên tắc điều chế PWM - Pulse - Width-Modulation

---

PWM là cái gì mà sao nó được ứng dụng nhiều trong điều khiển. Lấy điển hình nhất mà chúng ta thường hay gặp là điều khiển động cơ và các bộ băm xung áp, điều áp... Sử dụng PWM điều khiển nhanh chậm của động cơ hay cao hơn nữa nó còn được dùng để điều khiển ổn định tốc độ động cơ. Ngoài lĩnh vực điều khiển hay ổn định tải thì PWM nó còn tham gia và điều chế các mạch nguồn như là : boot, buck, nghịch lưu 1 pha và 3 pha...PWM chúng ta còn gặp nhiều trong thực tế và các mạch điện điều khiển. Điều đặc biệt là PWM chuyên dùng để điều khiển các phần tử điện tử công suất có đường đặc tính là tuyến tính khi có sẵn 1 nguồn 1 chiều cố định .Như vậy PWM nó được ứng dụng rất nhiều trong các thiết bị điện điện tử. Điều mà dân điện điện tử dễ dàng nhận ra là PWM chính nhân tố mà các đội Robocon sử dụng để điều khiển động cơ hay ổn định tốc độ động cơ.Bài viết này sẽ nói lên phương pháp điều khiển PWM và các thông số cơ bản của PWM.
1 ) PWM là gì?
Trước khi tìm hiểu sâu chúng ta hãy tìm hiểu định nghĩa của PWM là gì? Như vậy Phương pháp điều chế PWM có tên tiếng anh là Pulse Width Modulation là phương pháp điều chỉnh điện áp ra tải hay nói cách khác là phương pháp điều chế dựa trên sự thay đổi độ rộng của chuỗi xung vuông dẫm đếm sự thay đổi điện áp ra
Các PWM khi biến đổi thì có cùng 1 tần số và khác nhau về độ rộng của sườn dương hay hoặc là sườn âm

- Sơ đồ nguyên tắc điều khiển tải dùng PWM[separator]

Trên là đồ thị dạng xung khi điều khiển bằng PWM. Với độ rộng xung đầu ra tương ứng và được tính bằng %. Tùy thích do chúng ta điều khiển.
2 ) Nguyên lý của PWM.
Đây là phương pháp được thực hiện theo nguyên tắc đóng ngắt nguồn cới tải và một cách có chu kì theo luật điều chỉnh thời gian đóng cắt. Phần tử thực hiện nhiện vụ đó trong mạch các van bán dẫn.
Xét hoạt động đóng cắt của một van bán dẫn. DÙng van đóng cắt bằng Mosfet

Giản đồ xung

Trên là mạch nguyên lý điều khiển tải bằng PWM và giản đồ xung của chân điều khiển và dạng điện áp đầu ra khi dùng PWM.
* Nguyên lý : Trong khoảng thời gian 0 - to ta cho van G mỏ toàn bộ điện áp nguồn Ud được đưa ra tải. Còn trong khoảng thời gian to - T cho van G khóa, cắt nguồn cung cấp cho tải. Vì vậy với to thay đổi từ 0 cho đến T ta sẽ cung cấp toàn bộ , một phần hay khóa hoàn toàn điện áp cung cấp cho tải.
+ Công thức tính giá trị trung bình của điện áp ra tải :
Gọi t1 là thời gian xung ở sườn dương (khóa mở ) còn T là thời gian của cả sườn âm và dương, Umax là điện áp nguồn cung cấp cho tải.

==> Ud = Umax.( t1/T) (V)
hay Ud = Umax.D

với D = t1/T là hệ số điều chỉnh và được tính bằng % tức là PWM
Như vậy ta nhìn trên hình đồ thị dạng điều chế xung thì ta có : Điện áp trùng bình trên tải sẽ là :
+ Ud = 12.20% = 2.4V ( với D = 20%)
+ Ud = 12.40% = 4.8V (Vói D = 40%)
+ Ud = 12.90% = 10.8V (Với D = 90%)
3) Các cách để tạo ra được PWM để điều khiển
Để tạo được ra PWM thì hiện nay có hai cách thông dụng : Bằng phần cứng và bằng phần mền. Trong phần cứng có thể tạo bằng phương pháp so sánh hay là từ trực tiếp từ các IC dao động tạo xung vuông như : 555, LM556...Trong phần mền được tạo bằng các chip có thể lập trình được. Tạo bằng phần mền thì độ chính xác cao hơn là tạo bằng phần cứng. Nên người ta hay sử dụng phần mền để tạo PWM
a) Tạo bằng phương pháp so sánh
Để tạo được bằng phương pháp so sánh thì cần 2 điều kiện sau đây :
+ Tín hiệu răng cưa : Xác định tần số của PWM
+ Tín hiệu tựa là tinshieuej xác định mức công suất điều chế (Tín hiệu DC)
Xét sơ đồ mạch sau :

Với tần số xác định được là f = 1/(ln.C1.(R1+2R2) nên chỉ cần điều chỉnh R2 là có thể thay đổi độ rộng xung dễ dàng. Ngoài 555 ra còn rất nhiều các IC tạo xung vuông khác
c) Tạo xung vuông bằng phần mền.
Đây là cách tôi ưu trong các cách để tạo được xung vuông. Với tạo bằng phần mền cho độ chính xác cao về tần số và PWM. Với lại mạch của chúng ta đơn giản đi rất nhiều. Xung này được tạo dựa trên xung nhịn của CPU. Lấy 1 đoạn ví dụ tạo PWM trong con 8501 :

Trên là chương trình tạo PWM đơn giản. Các bạn có thể tham khảo!
4) PWM trong điều khiển động cơ và trong các bộ biến đổi xung áp
a ) Trong động cơ : Điều mà chúng ta dễ nhận thấy rằng là PWM rất hay được sử dụng trong động cơ để điều khiển động cơ như là nhanh , chậm, thuận ,nghịch và ổn định tốc độ cho nó. Cái này được ứng dụng nhiều trong điều khiển động cơ 1 chiều. và sơ đồ nguyên lý của mạch điều khiển động cơ DC là :

Đây là mạch đơn giản điều khiển động cơ. Nếu muốn điều khiển  động cơ quay thuận quay ngược thì phải dùng đến cầu H.
b) Trong các bộ biến đổi xung áp
Trong các bộ biến đổi xung áp thì PWM đặc biệt quan trọng trong việc điều chỉnh dòng điện và điện áp ra tải.Bộ biến đổi xung áp có nhiều loại như là biến đổi xung áp nối tiếp và bộ biến đổi xung áp song song. Lấy 1 mạch nguyên lý đơn giản trong bộ nguồn Boot đơn giản. Chú ý đây chỉ mạch nguyên lý thôi .

Đây là nguyên lý của mạch nguồn Boot. Dùng xung điều khiển để tạo tích lũy năng lượng từ trường để tạo điện áp ra tải lớn hơn điện áp vào.
Ngoài những cái trên thì PWM còn được sử dụng trong các bộ chuyển đổi DC -AC , hay trong biến tần, nghịch lưu.
Qua trên tôi đã giới thiệu qua về PWM và ứng dụng của nó trong các mạch điều khiển. Các bạn có thể tham khảo và biết nguyên lý,ứng dụng của PWM.