Impulsu platuma modulācija

Impulsu platuma modulācija (IPM; angļu: pulse-width modulation, PWM) jeb impulsu ilguma modulācija (pulse-duration modulation, PDM) ir modulācijas veids, kas modulējamo signālu kodē ar impulsa platuma maiņu pie nemainīgas nesējsignāla frekvences (perioda) un impulsa amplitūdas. Šo modulāciju izmanto informācijas nosūtīšanas kodēšanai, elektrodzinēju darbināšanai, barošanas avotos, saules bateriju lādētājos un citiem mērķiem.

IPM piemērā ideālai induktivitātes spolei tiek pievadīts spriegums V (zilā krāsā) kā modulētu impulsu sērija, induktivitātes spolē radot magnētisko plūsmu B (sarkanā krāsā) sinusoīdas formā. Šādu modulāciju izmanto maiņstrāvas asinhrono elektrodzinēju darbināšanai.

Modulācijas princips

1. diagramma: impulsa vilnis ar $y_{\text{min}}$, $y_{\text{max}}$ un D

Impulsu platuma modulācija izmanto taisnstūra veida viļņus, kuru impulsa platums ir modulēta ar viļņa formas vidējās vērtības izmaiņu. Ja impulsa vilni apzīmējam ar $f(t)$ ar periodu $T$, mazāko vērtību $y_{\text{min}}$, augstāko vērtību $y_{\text{max}}$ un darba ciklu D (skatīt 1. diagrammu), viņa formas vidējo vērtību var noteikt:

${\bar {y}}={\frac {1}{T}}\int _{0}^{T}f(t)\,dt.$

Tā kā $f(t)$ ir impulsa vilnis, tā vērtība ir $y_{\text{max}}$, ja $0<t<D\cdot T$ un $y_{\text{min}}$, ja $D\cdot T<t<T$. Tad iepriekšminēto izteismi var pārveidot:

${\begin{aligned}{\bar {y}}&={\frac {1}{T}}\left(\int _{0}^{DT}y_{\text{max}}\,dt+\int _{DT}^{T}y_{\text{min}}\,dt\right)\\&={\frac {1}{T}}\left(D\cdot T\cdot y_{\text{max}}+T\left(1-D\right)y_{\text{min}}\right)\\&=D\cdot y_{\text{max}}+\left(1-D\right)y_{\text{min}}.\end{aligned}}$

Pēdējo izteiksmi var vienkāršot gadījumos, ja $y_{\text{min}}=0$, kā ${\bar {y}}=D\cdot y_{\text{max}}$. Tādējādi redzams, ka sigāla vidējā vērtība (${\bar {y}}$) ir tieši proporcionāla darba ciklam D.

2. diagramma: Vienkaršākā IPM metode ar šķelšanu: signālu (sarkanā krāsā) salīdzina ar nesējsignālu (zilā krāsā), rezultātā iegūstot IPM signālu (purpursarkanā krāsā)

Vienkāršākais impulsu platuma modulācijas signāla ģenerēšanas veids ir šķelšanas metode, kurai nepieciešama tikai zāģveida vai trijstūrveida viļņa forma (realizējama ar vienkāršu signālu ģeneratoru) un komparators. Kad modulējamā signāla (sarkanā sinusoīda 2. diagrammā) vērtība pārsniedz modulācijas viļņa (zilā krāsā) vērtību, IPM signāls (purpursarkanā krāsā) ir augšējā stāvoklī, pretējā gadījumā tas ir apakšējā stāvoklī.

Citas IPM metodes izmanto delta modulāciju, delta-sigma modulāciju, telpas vektora modulāciju, tiešā spēka momenta kontroli, laika proporcionēšanu.

Ārējās saites

• Introduction to Pulse Width Modulation (PWM) Barr Group