Điều chế độ rộng xung PWM

Điều chế độ rộng xung là gì?

Điều chế độ rộng xung làm giảm công suất trung bình được cung cấp bởi tín hiệu điện bằng cách chuyển đổi tín hiệu thành các phần riêng biệt. Trong kỹ thuậtPWM, năng lượng của tín hiệu được phân phối qua một chuỗi xung thay vì tín hiệu (tương tự) thay đổi liên tục.

Tín hiệu điều chế độ rộng xung được tạo ra như thế nào?

Tín hiệu điều chế độ rộng xung được tạo ra bằng bộ so sánh. Tín hiệu điều chế tạo thành một phần đầu vào của bộ so sánh, trong khi sóng không hình sin hoặc sóng răng cưa tạo thành phần còn lại của đầu vào. Bộ so sánh so sánh hai tín hiệu và tạo ra tín hiệu xung xung đầu ra.

Nếu tín hiệu răng cưa lớn hơn tín hiệu điều chế thì tín hiệu đầu ra ở trạng thái “Cao”. Giá trị của cường độ xác định đầu ra của bộ so sánh xác định độ rộng của xung được tạo ra ở đầu ra.

Các thông số quan trọng liên quan đến tín hiệu WM

Chu kỳ nhiệm vụ của PLC

Như chúng ta đã biết, tín hiệuPWM duy trì trạng thái “ BẬT ” trong một thời gian nhất định và duy trì trạng thái “ TẮT ” trong một thời gian nhất định. Phần trăm thời gian mà tín hiệu vẫn “ BẬT ” được gọi là chu kỳ hoạt động. Nếu tín hiệu luôn ở trạng thái “ BẬT ” thì tín hiệu đó phải có chu kỳ hoạt động 100%

Giá trị trung bình của điện áp phụ thuộc vào chu kỳ làm việc. Kết quả là, giá trị trung bình có thể thay đổi bằng cách điều khiển độ rộng “BẬT” của xung.

Tần số của xung

Tần số củaPWM xác định tốc độ mà mộtPWM hoàn thành một chu kỳ. Tần số của xung được thể hiện trong hình trên.

Tần số của xung điện có thể được tính như sau:

Tần số = 1/Khoảng thời gian
Khoảng thời gian = Thời gian bật + thời gian TẮT

Điện áp đầu ra của tín hiệu điều khiển từ xa

Điện áp đầu ra của tín hiệuPWM sẽ là tỷ lệ phần trăm của chu kỳ nhiệm vụ. Ví dụ: đối với chu kỳ nhiệm vụ 100%, nếu điện áp hoạt động là 5 V thì điện áp đầu ra cũng sẽ là 5 V. Nếu chu kỳ nhiệm vụ là 50% thì điện áp đầu ra sẽ là 2,5 V.

Các loại kỹ thuật điều chế độ rộng xung

Có ba loại kỹ thuật điều chế độ rộng xung thông thường và chúng được đặt tên như sau:

• Điều chế cạnh đường mòn – Trong kỹ thuật này, cạnh đầu của tín hiệu được điều chế và cạnh cuối được giữ cố định.
• Điều chế cạnh đầu – Trong kỹ thuật này, cạnh đầu của tín hiệu được cố định và cạnh cuối được điều chế.
• Điều chế hai cạnh của trung tâm xung - Trong kỹ thuật này, tâm xung được cố định và cả hai cạnh của xung đều được điều chế.

Các ứng dụng của điều chế độ rộng xung

Do hiệu suất cao, tổn thất điện năng thấp và khả năng kiểm soát công suất chính xác của kỹ thuật PLC, kỹ thuật này được sử dụng trong nhiều ứng dụng năng lượng khác nhau. Một số ứng dụng của PLC như sau:

• Kỹ thuật điều chế độ rộng xung được sử dụng trong viễn thông cho mục đích mã hóa.
• PLC giúp điều chỉnh điện áp và do đó được sử dụng để kiểm soát tốc độ của động cơ.
• Kỹ thuậtPWM điều khiển quạt bên trong CPU của máy tính, từ đó tản nhiệt thành công.
• Xung điện xung được sử dụng trong Bộ khuếch đại âm thanh/video.

06 Cách điều chế độ rộng xung

Điều chế độ rộng xung (PWM) có 6 cách cơ bản sau đây:

Kỹ thuật thực hiện điều chế độ rộng xung đơn

Kỹ thuật này được sử dụng dành cho mạch một pha. Việc thay đổi độ rộng của xung giúp điều khiển thời gian hoặc tín hiệu cổng của bóng bán dẫn giúp điều khiển điện áp đầu ra của biến tần. 

Bằng cách thay đổi độ rộng hoặc độ rộng của tín hiệu chuyển phát nhanh, ta có thể thay đổi thời gian hoạt động của bóng bán dẫn. Khi ta thay đổi thời gian bóng bán dẫn thì có thể thay đổi điện áp đầu ra của biến tần. 

Cho nên, nếu như độ rộng của xung cổng mà ta nhận được như một đầu ra hoặc bộ so sánh sau khi điều chế độ rộng xung thì độ rộng điện áp đầu ra sẽ nhận được là d.

Kỹ thuật điều chế độ rộng xung tiêm hài bậc ba

Điện áp hài thứ ba không có trên điện áp pha hay đường dây đối với tải ba pha có điểm trung tính thuộc loại dấu phẩy động. Cho nên nó không gây ra biến dạng nào trên điện áp pha. 

Việc thêm tín hiệu hài thứ ba trong tín hiệu tham chiếu hình sin tần số thấp, sẽ giúp ta nhận được sự gia tăng biên độ dưới dạng sóng điện áp đầu ra.

Điều chế nhiều xung độ rộng

Điều chế nhiều xung độ rộng gồm nhiều số lượng xung trên một nửa chu kỳ của điện áp đầu ra. Mỗi xung được thay đổi bởi tín hiệu sóng mang. Tần số sóng tam giác lớn hơn tần số dùng trong điều chế độ rộng xung đơn, có vai trò quyết định tới số lượng tín hiệu gating trên nửa chu kỳ. 

Việc sử dụng nhiều xung giúp hàm lượng sóng hài có thể giảm bớt. Điện áp đầu ra được kiểm soát bằng việc kiểm soát chỉ số điều chế.

Điều chế độ rộng xung hình sin

Thời gian chuyển mạch của PWM có thể thu được bằng việc thực hiện so sánh sóng hình sin tham chiếu đối với sóng tam giác tần số cao.

Loại điều chế độ rộng xung này được ứng dụng trong công nghiệp. Giá trị RMS của điện áp đầu ra được thay đổi bằng cách thay đổi chỉ số điều chế. Kỹ thuật này giúp cải thiện hệ số méo tiếng, loại bỏ sóng hài nhỏ hơn hoặc bằng 2p-1. Sử dụng bộ lọc giúp ta có thể dễ dàng loại bỏ các sóng hài bậc cao.

Điều chế độ rộng xung dải trễ

Với kỹ thuật này đầu ra được tự do và dao động trong dải lỗi xác định trước được gọi là dải trễ. Tần số chuyển mạch của những thiết bị nguồn không cố định liên tục, thay đổi tuỳ vào cường độ, tần số của tín hiệu tham chiếu. 

Sơ đồ điều khiển này giúp mang lại lợi ích chính là khả năng đáp ứng nhanh chóng với tải và quá độ dòng.

Điều chế độ rộng xung của vector không gian

Điều chế vectơ không gian PWM (SVPWM) là thuật toán điều khiển điều chế độ rộng xung (PWM). Được dùng để tạo ra sóng dòng điện xoay chiều (AC), phổ biến nhất là điều khiển động cơ cấp ở nguồn xoay chiều 3 pha với những tốc độ khác nhau từ DC bằng bằng cách dùng nhiều khuếch đại lớp D. 

Sóng hài hiện tại ở đầu ra giảm, vì thế phương pháp điều chế vectơ này cung cấp dòng điện, điện áp đầu ra tối ưu

Ưu điểm và nhược điểm của điều chế độ rộng xung

Đầu tiên, chúng ta hãy nói về ưu điểm của kỹ thuật điều chế độ rộng xung trước khi thảo luận về nhược điểm của nó:

• Kỹ thuậtPWM ngăn ngừa hiện tượng quá nhiệt của đèn LED trong khi vẫn duy trì độ sáng của đèn.
• Kỹ thuậtPWM chính xác và có thời gian phản hồi nhanh.
• Kỹ thuậtPWM cung cấp hệ số công suất đầu vào cao.
• Kỹ thuật PLC giúp động cơ tạo ra mô-men xoắn cực đại ngay cả khi chúng chạy ở tốc độ thấp hơn.

Trên đây là một số ưu điểm của kỹ thuật điều chế độ rộng xung, bây giờ chúng ta hãy xem xét một số nhược điểm:

• Khi tần số xung cao, tổn thất chuyển mạch cao đáng kể.
• Nó gây ra nhiễu tần số vô tuyến (RFI)