Vật lý là lĩnh vực đặc biệt có tính ứng dụng cao trong đời sống, thực tế. Nhiều hiện tượng được phát hiện và ứng dụng trong máy móc hiện đại, mang đến tiện nghi, phục vụ sản xuất. Điều chế độ rộng xung là một thuật ngữ thường được nhắc đến trong kỹ thuật điện.
Vậy, PWM điều chế độ rộng xung là gì? Đặc điểm, nguyên lý hoạt động cũng như ứng dụng của PWM như thế nào? Bạn đọc quan tâm hãy cùng Batiea tìm hiểu qua bài viết dưới đây về PWM.
Phương pháp điều chế độ rộng xung - PWM là gì?
PWM (Pulse Width Modulation) là phương pháp điều chế độ rộng xung được hiểu là cách điều khiển điện áp tải ra, dựa trên sự thay đổi độ rộng xung vuông, dẫn đến sự thay đổi điện áp.
Hiểu theo cách khác, PWM là tín hiệu được tạo ra từ vi mạch kỹ thuật số, như vi mạch điều khiển. Tín hiệu được tạo ra sẽ là một nhóm xung ở dạng xung sóng vuông, có nghĩa là ở bất cứ thời điểm nào sóng sẽ cao hoặc thấp.
Điều chế độ rộng xung được xem là một kỹ thuật điều khiển dòng tiện lợi, cho phép người vận hành kiểm soát tốc độ của động cơ, hiệu xuất hoạt động, tiết kiệm năng lượng…
Ưu điểm của điều chế độ rộng xung mang lại:
- Kiểm soát và hạn chế tiêu hao năng lượng lãng phí.
- Nâng cao hiệu suất lên đến 90%, công suất xử lý năng lượng luôn ở mức cao.
- Có thể áp dụng với mạch điện tần số cao.
- Chi phí giá thành vận hành rẻ hơn.
- Giúp biên độ và tần số có thể được kiểm soát độc lập.
- Giảm hiện tượng nhiễu hệ thống hơn.
Hạn chế của điều chế độ rộng xung:
- Cấu tạo mạch phức tạp, và tạo ra sự đột biến điện áp.
- Nhiễu tần số vô tuyến và gây ra tiếng ồn từ.
- Yêu cầu thiết bị bán dẫn có thời gian bật - tắt thấp, làm tăng chi phí.
- Mức độ suy hao do chuyển mạch cao.
▷ Xem thêm: Chất bán dẫn là gì? Nguyên lý hoạt động trong dòng điện và hạt tải điện.
Nguyên lý hoạt động của phương pháp điều chế độ rộng xung PWM
Điều khiển chế độ rộng xung PWM là phương pháp hoạt động dựa trên nguyên tắc đóng ngắt nguồn của tải, theo chu kỳ và điều chỉnh thời gian đóng/ cắt. Phần tử thực hiện nhiệm vụ đóng cắt mạch là các linh kiện bán dẫn. Cụ thể, cách hoạt động PWM:
- PWM hoạt động bằng cách tạo ra xung dòng điện 1 chiều, đồng thời thay đổi khoảng thời gian ở mỗi xung ở trạng thái “bật”. Từ đó kiểm soát dòng điện chảy đển mỗi thiết bị trong mạch điện. PWM ở dạng kỹ thuật số, với 2 trạng tháng bật - tắt, tương ứng với 0-1 ở hệ nhị phân.
- Theo đó, mỗi xung có thời gian bật càng lâu, thì đèn sẽ càng sáng. Trường hợp, do khoảng cách giữa các sung quá ngắn, nên đèn led không thực sự tắt, mang lại cảm giác như chiếu sáng liên tục.
- Nếu xung nguồn 70%, có nghĩa là thời gian bật chiến đến 70%, tương ứng độ sáng của đèn lên đến 70% thời gian. Nếu xung PWM đặt bằng 0% thì toàn bộ tín hiệu sẽ bằng phẳng, lúc này đèn led sẽ không hoạt động.
Chu kỳ và tần số của PWM
Để tìm hiểu kỹ hơn về điều chế độ rộng xung, bạn cần tìm hiểu về chu kỳ nhiệm vụ và tần số của chúng. Cụ thể như sau:
Chu kỳ nhiệm vụ của điều chế độ rộng xung
Chu kỳ nhiệm vụ của PWM sẽ được kiểm soát bằng cách đặt thời gian hoạt động của chúng. Cụ thể % thời gian mà tín hiệu PWM ở mức cao, được coi là chu kỳ nhiệm vụ. Ví dụ, thời gian đặt 70% hoặc 100% thì chu kỳ làm việc ở mức 70% hoặc 100%. Nếu nó luôn tắt, thì chu kỳ làm việc sẽ là 0%.
Tần số của điều chế độ rộng xung
Tần số tín hiệu PWM được xác định bằng tốc độ hoàn thành 1 giai đoạn, tương đương với thời gian bật - tắt tín hiệu PWM. Công thức xác định tần số sẽ bằng:
F= 1/thời gian giai đoạn = 1/(thời gian bật+ thời gian tắt)
Ứng dụng của phương pháp PWM trong thực tế
Trong thực tế, PWM được ứng dụng trong nhiều trường hợp, cụ thể như:
- Điều khiển tốc độ hoạt động của động cơ trong lĩnh vực công nghiệp.
- Ứng dụng kiểm soát công suất điện, làm mờ đèn.
- Ứng dụng PWM trong hệ thống thông tin liên lạc, âm thanh hay các thiết bị biến tần hiện đại.
- Ứng dụng trong chuyển mạch, điều khiển các tín hiệu tương tự bằng sử dụng tín hiệu số.
Ví dụ về một số sản phẩm CPU thuộc dòng Simatic S7-1200 có sử dụng PWM như:
| Loại sản phẩm | Mã sản phẩm |
| CPU 1212C | 6ES7212-1BE40-0XB0 |
| CPU 1212C | 6ES7215-1HG40-0XB0 |
Cách điều chế độ rộng xung như thế nào chính xác nhất?
Vậy, làm sao để điều chỉnh chế độ rộng xung chính xác? Phương pháp dựa trên sự thay đổi độ rộng của mỗi xung sóng vuông. Cụ thể, kỹ thuật viên có thể thực hiện điều chế PWN theo các cách dưới đây:
- Điều chỉnh chế độ xung đơn: Dùng cho mạch 1 pha.
- Điều chỉnh chế độ rộng xung tiêm hài bậc ba: Bằng cách thêm tín hiệu hài thứ 3 vào tín hiệu tham chiếu hình sin ở tần số thấp.
- Điều chỉnh nhiều xung độ rộng: Thực hiện nhiều chế độ xung trên 1 nửa chu kỳ của điện áp đầu ra.
- Điều chỉnh độ rộng xung hình sin: Bằng cách sử dụng các bộ lọc, để loại bỏ các sóng hài bậc cao.
- Điều chỉnh chế độ rộng xung dải trễ: Đầu ra được tự do dao động trong dải trễ.
- Điêu chỉnh chế độ rộng xung vector không gian: Sử dụng thuật toán, tạo ra các dạng sóng dòng xoay chiều AC.
Phương pháp điều chế độ rộng xung là một bước tiến tuyệt vời trong điều khiển mạch tự động hóa. Giải pháp giúp kiểm soát động cơ, điện áp, mạch điện điều khiển… Hy vọng những thông tin trên đây sẽ hữu ích, giúp bạn đọc hiểu rõ hơn về PMW là gì và ứng dụng, cách điều chế độ rộng xung chính xác.
