Obvod PWM modulátoru na digitálním čipu. Pulsně šířková modulace, PWM, PWM, řízení, regulace, regulátor, modulátor

-Proč v kinech tak pomalu zhasínají světla?
-Protože promítač vytahuje zástrčku ze zásuvky velmi pomalu.

Pojďme se seznámit s pulzně šířkovou modulací.

Dříve jsme se naučili ovládat LED změnou stavu GPIO portu. Naučili jsme se ovládat dobu trvání a frekvenci pulzů, což mělo za následek různé světelné efekty. Jsme přesvědčeni, že pokud změníte stav přístavu z frekvence zvuku, pak můžete získat jiné
zvuky, zvládnutá frekvenční modulace...

Co se stane, když změníme úroveň portu s frekvencí zvuku, ale místo reproduktoru připojíme našeho starého experimentálního přítele - LED?

Udělejte experiment. Upravte náš program blink.c tak, aby LED kontrolka blikala 200krát za sekundu při frekvenci 200 Hz. Chcete-li to provést, stačí změnit parametry funkce delay(). Abychom zjistili, jaká zpoždění je třeba zavést, stačí vypočítat periodu oscilace T. T = 1/f. A protože f se rovná 200 Hz, pak T=1/200=0,005 sekundy nebo 5 milisekund. Během těchto 5 milisekund musíme stihnout LED rozsvítit a 1x vypnout. Protože 5 x 2 není dělitelné celkem, vezměme dobu svitu LED na 2 mS a dobu zhasnutí LED na 3 mS. 2+3=5, tzn. Celá perioda jedné oscilace zůstane 5 mS. Nyní změňme program: nahraďte delay(500) delay(2) a delay(3) pro vypalování a nevypalování
LED podle toho.

Pojďme program zkompilovat a spustit. Pokud máte v obvodu stále nainstalovaný reproduktor, uslyšíte slabý zvuk, a pokud je reproduktor nahrazen LED diodou, uvidíte nepřetržitě svítící LED. Ve skutečnosti LED dioda samozřejmě bliká, ale dělá to tak rychle, že oko už toto blikání nevnímá a vnímá
je to jako nepřetržitá záře. Zdá se však, že dioda nesvítí tak jasně jako předtím. Pro srovnání si můžete spustit náš úplně první program, kde LED neustále svítila, a porovnat jas LED v obou případech. Pojďme zjistit, proč se to děje a jak to lze použít.

Pamatujete si, že v úplně první části jsme vypočítali odpor omezující proud pro napájení LED? Víme, že LED má provozní proud, při kterém svítí nejjasněji. Pokud se tento proud sníží, sníží se i jas LED. A když začneme rychle zapínat a vypínat LED diodu, tak
jeho jas se stává závislým na průměrném proudu (Iav) během periody oscilace. Pro pulzní signál (ve tvaru U), který generujeme na výstupu GPIO portu, bude průměrný proud úměrný poměru t1 ku t2. A to: Iср=In x t1/t2, kde In je jmenovitý proud LED, který jsme díky rezistoru nastavili na 10mA. Při jmenovitém proudu LED svítí nejjasněji. A v našem případě Isr = 10 x 2/3 = 6,7 mA. Vidíme, že proud se zmenšil, a proto LED začala hořet méně jasně. V tomto vzorci se nazývá poměr t1/t2 pulzní pracovní cyklus D.

Čím větší je tento koeficient, tím větší bude průměrná hodnota proudu. Tento koeficient můžeme změnit z 0 na 1, nebo z 0 % na 100 %. To znamená, že v těchto mezích můžeme měnit průměrný proud. Ukazuje se, že tímto způsobem můžeme upravit jas LED od maxima až po úplné vypnutí! A přestože napětí na pinu našeho portu může být stále pouze +3,3V nebo 0V, proud v našem obvodu se může změnit. A změnou tohoto proudu můžeme naši Malinku snadno ovládat. Tento způsob ovládání se nazývá Pulzní šířková modulace, nebo jen tak PWM. V angličtina zní to jako PWM, nebo P Modulace šířky Ulse. PWM je pulzní signál konstantní frekvence s proměnným pracovním cyklem. Používá se také následující definice: pulzní signál konstantní frekvence s proměnným pracovním cyklem. Pracovní cyklus S je převrácená hodnota pracovního cyklu a charakterizuje poměr periody T pulzu k jeho trvání ti.
S=T/ti = 1/D.

Abychom si upevnili své znalosti, stačí napsat program, který bude plynule zapínat a vypínat naši LED. Proces změny jasu záře se nazývá stmívání.

Mám to takhle:
stmívač.c
// Program plynule mění jas LED
// LED je připojena k portu P1_03#include #define PIN RPI_GPIO_P1_03
int main()
{
if (!bcm2835_init()) vrátí 1;

Bcm2835_gpio_fsel(PIN,BCM2835_GPIO_FSEL_OUTP);
//Nastaví port P1_03 na výstup unsigned int t_on, t_off;
// t_on trvání zapnutého stavu = t1 a t_off - trvání vypnutého stavu = t2

Int d = 100, i, j, příznak = 0; // d- pracovní cyklus v procentech, i a j, pomocné proměnné pro organizaci cyklů, příznak- pokud =0 LED zhasne, pokud =1 se rozsvítí

Int a=10; // počet dokončených pracovních cyklů
zatímco (a)
{
for (j=100; j!=0; j--) //změna pracovního cyklu ze 100 % na 0 %
{
t_on=50*d; //najít t1
t_off=50*(100-d); //najít t2
if (příznak==0) d=d-1; // pokud LED zhasne, snižte pracovní cyklus
if (příznak==1) d=d+1; // pokud se LED rozsvítí, zvyšte pracovní cyklus

Pro (i=10; i!=0; i--) //vyšlete 10 impulsů do LED s vypočtenými parametry t1 a t2
{
bcm2835_gpio_write(PIN, NÍZKÁ);
delayMicroseconds(t_on);
bcm2835_gpio_write(PIN, VYSOKÉ);
delayMicroseconds(t_off);
}

If (d==0) flag=1; // pokud LED nesvítí, začněte ji rozsvěcovat
if (d==100) příznak=0; // pokud LED dosáhla maximálního svitu, začneme ji zhasínat
}

A--;
}
return (!bcm2835_close()); // Ukončení programu
}

Program uložíme pod názvem dimmer.c, zkompilujeme a spustíme.

Jak vidíte, naše LEDka nyní pomalu zhasíná a pomalu se rozsvěcuje. Takto funguje PWM. Pulzní šířková modulace používané v mnoha oblastech. To zahrnuje ovládání jasu lamp a LED, ovládání serv, regulace napětí v pulzní zdroje napájecí zdroje (které jsou například ve vašem počítači), v digitálně-analogových a analogově-digitálních převodnících atd. Mimochodem, pokud se vrátíme k našemu okruhu s reproduktorem, pak pomocí PWM můžete ovládat hlasitost signálu a změnou frekvence jeho tón.

Pamatujete si na starý vtip z předmluvy k této části o tom, jak promítač pomalu vytahuje zástrčku ze zásuvky? Nyní víme, že tento promítač, aby světlo plynule zhasl, potřebuje naopak velmi rychle zasunout a vytáhnout zástrčku ze zásuvky.

Zde tuto lekci ukončíme. Zbývá jen dodat, že PWM je tak často využíváno v různých aplikacích, že výrobci procesorových zařízení často zabudovávají PWM řadič přímo do procesoru. Tito. Nastavíte procesoru parametry signálu, který potřebujete, a procesor sám bez vaší pomoci produkuje signál, který potřebujete. Zároveň bez plýtvání softwarovými prostředky na generování tohoto signálu. Bcm2835 má také vestavěné hardwarové PWM. A toto PWM je alternativní funkcí GPIO portu 18, nebo P1-12. Pro použití hardwarového PWM musíme nastavit port P1-12 do režimu ALT5 a nastavit parametry procesoru. Ale to je úplně jiný příběh...

U PWM se podle znaménka analogového modelovacího signálu b(t) (obrázek A) mění šířka (doba trvání pulsu (c)) pomocné nosné, přičemž jejich amplituda a opakovací frekvence jsou konstantní.

PWM se někdy nazývá dlouhá pulzní modulace (CPM).

Existují JEDNOSMĚRNÉ a DOUBLE-WAY PWM.

U jednosměrného PWM dochází ke změně šířky pulzu pouze v důsledku posunutí mezní hodnoty pulzu (PWM-1) (obrázek B)

A s oboustranným řezem a přední částí pulzního PWM-2 (obrázek D)

Nejpoužívanější je PWM-1

A budeme předpokládat, že modelovací signál

mění se podle harmonického zákona, podle kterého

Šířka pulzu je:

Kde
-odchylka trvání pulsu

Nahrazení této hodnoty na předchozí

vyjádřením získáme spektrální signál PWM signálu.

Nejpohodlnější je implementovat modulátor signálu PWM na integrované obvody (IC)

Na vstup 2 je přivedena pulzní subnosná

Na vstupu 5 – analogový modelovací signál b(t)

PWM demodulátory jsou nejčastěji dolnopropustné filtry

27. Pulzní fázová modulace. Modulátory signálu FIm.

U PIM se podle zákona simulovaného analogového signálu b(t) mění pouze dočasná poloha pomocných nosných obrazových impulsů a jejich amplituda a trvání zůstávají nezměněny.

Pokud rozlišíte signál PWM v čase, získáte kladné a záporné impulsy.

Kladný puls odpovídá hraně PWM signálu a záporný puls odpovídá jeho cutoff.

U jednosměrné PWM jsou kladné pulsy stacionární a záporné pulsy jsou posunuty úměrně k modelovacímu signálu b(t) podél časové osy.

Stacionární impulsy lze eliminovat pomocí celovlnného usměrňovače s aktivní zátěží a zbývající impulsy jsou signály PPM.

Modulátor signálu PPM se v tomto případě skládá z PWM modulátoru, na jehož výstup je připojeno dálkové ovládání rozlišovacího zařízení a půlvlnný usměrňovač OB. (viz obrázek)

Analytické vyjádření signálu PIM má tvar:

- pulzní amplituda

-funkce popisující obálku měřicího impulsu.

- subviace dočasné polohy měřicího impulsu

- význam přenášené zprávy v daném okamžiku

Frekvenční spektrum signálů PIM je obtížné analyticky znázornit

Přibližná hodnota pro amplitudu přenášeného harmonického signálu ve spektru PPM je:

Kde
- frekvence zpráv

- trvání pulsu

Amplituda přenášeného signálu ve spektru PIM je velmi malá (mnohem menší než ve spektrech PIM a PWM a je funkcí modelovací frekvence
, tedy zkreslené).

Proto je demodulace PPM signálů pomocí dolnopropustných filtrů přímo nemožná.

Jsou převedeny na signály AIM nebo PWM.

28. Pulzní frekvenční modulace. Detektory signálu Chim.

Detektor může být vyroben podle obvodu

Kde F-kanálový filtr; JSC-omezovač amplitudy; DC-rozdíl. řetěz; Dálný východ -plnovlnný usměrňovač s aktivní zátěží; OB - jednorázový; D - detektor se zdvojením napětí; LPF

-dolnopropustný filtr.

Činnost detektoru je vysvětlena pomocí časových diagramů. Po průchodu úzkopásmovými obvody komunikačního kanálu se signál PFM stává podobným analogovému signálu FM. U AO bloku je amplituda na obou stranách hluboce omezena, takže na jeho výstupu jsou identické pravoúhlé pulsy různých opakovacích frekvencí a trvání. V stejnosměrném bloku jsou tyto pulsy časově rozlišeny, v důsledku čehož na jeho výstupu UDC (t) představuje fronty a řezy. Ty jsou velmi úzké multipolární pulsy, které se v LW bloku převádějí na unipolární Udv(t), čímž se zdvojnásobuje opakovací frekvence. V OB bloku jsou generovány identické pravoúhlé impulsy stejné délky, ale různé opakovací frekvence, které jsou přiváděny na vstup bloku D.

Schématický diagram

blok D: Na výstupu obvodu je přenášen analogový signál Uд(t). V některých případech je blok OB vyloučen.

Vysoká stabilita parametrů tohoto detektoru vedla k jeho širokému použití i pro analogové FM signály.

Dost často na stavbu

svařovací invertor

Používají se tři hlavní typy vysokofrekvenčních měničů, a to měniče zapojené podle obvodů: asymetrický nebo šikmý můstek, poloviční můstek a plný můstek. V tomto případě jsou rezonanční měniče podtypy polomůstkových a celomůstkových obvodů. Podle řídicího systému lze tato zařízení rozdělit na: PWM (pulzně šířková modulace), PFM (frekvenční řízení), fázová regulace a mohou existovat i kombinace všech tří systémů. Všechny výše uvedené převodníky mají svá pro a proti. Podívejme se na každou zvlášť. Výkonový transformátor se bude rovnat polovině napájecího napětí - to je nevýhoda tohoto obvodu. Pokud se ale podíváte z druhé strany, můžete použít transformátor s menším jádrem bez obav ze vstupu do zóny saturace, což je také plus. Pro svařovací invertory o výkonu cca 2-3 kW je takový výkonový modul docela perspektivní.

Protože výkonové tranzistory pracují v režimu tvrdého spínání, oni normální provoz musíte nainstalovat ovladače. To je způsobeno skutečností, že při provozu v tomto režimu vyžadují tranzistory vysoce kvalitní řídicí signál. Je také nutné mít bezproudovou pauzu, aby se zabránilo současnému otevření tranzistorů, což povede k jejich selhání.

Poměrně slibný pohled na polomůstkový měnič, jeho obvod je znázorněn níže:

Rezonanční poloviční můstek bude o něco jednodušší než poloviční můstek PWM. To je způsobeno přítomností rezonanční indukčnosti, která omezuje maximální proud tranzistorů a ke spínání tranzistorů dochází při nulovém proudu nebo napětí. Proud protékající silovým obvodem bude mít podobu sinusoidy, která odstraní zátěž z kondenzátorových filtrů. U této konstrukce obvodu není nezbytně nutné přepínání měničů pomocí běžného pulzního transformátoru. Kvalita řídicích impulsů v tomto obvodu není tak výrazná jako v předchozím, přesto by zde měla být bezproudová pauza.

V tomto případě se obejdete bez proudové ochrany a tvar proudově napěťové charakteristiky je , což nevyžaduje její parametrické utváření.

Výstupní proud bude omezen pouze magnetizační indukčností transformátoru, a proto může dosáhnout poměrně významných hodnot v případě, že dojde ke zkratu. Tato vlastnost má pozitivní vliv na zapalování a hoření oblouku, ale také je třeba ji zohlednit při výběru výstupních diod.

Typicky se výstupní parametry upravují změnou frekvence. Fázová regulace však také poskytuje některé výhody a je slibnější pro svařovací invertory. Umožňuje vám obejít tak nepříjemný jev, jako je přizpůsobení režimu zkrat s rezonancí, a také zvyšuje rozsah regulace výstupních parametrů. Použití fázového řízení umožňuje měnit výstupní proud v rozsahu od 0 do I max.

Asymetrický nebo „šikmý“ můstek

Jedná se o jednokoncový převodník s dopředným tokem, jehož blokové schéma je uvedeno níže:

Tento typ měniče je poměrně oblíbený jak mezi běžnými radioamatéry, tak mezi výrobci svařovacích měničů. Úplně první svařovací invertory byly postaveny přesně podle takových schémat - asymetrický nebo „šikmý“ most. Odolnost proti rušení, poměrně široký rozsah regulace výstupního proudu, spolehlivost a jednoduchost – všechny tyto vlastnosti přitahují výrobce dodnes.

Poměrně vysoké proudy procházející tranzistory, zvýšený požadavek na kvalitu řídicího impulsu, který vede k nutnosti použití výkonných budičů pro řízení tranzistorů a vysoké požadavky na instalační práce v těchto zařízeních a přítomnost velkých impulsních proudů, které v turn zvýšit požadavky na - To jsou značné nevýhody tohoto typu měniče. Pro udržení normálního provozu tranzistorů je také nutné přidat řetězy RCD - snubbery.

Ale i přes výše uvedené nevýhody a nízkou účinnost zařízení se ve svařovacích invertorech stále používá asymetrický nebo „šikmý“ můstek. V tomto případě budou tranzistory T1 a T2 pracovat ve fázi, to znamená, že se budou zavírat a otevírat současně. V tomto případě nedojde k akumulaci energie v transformátoru, ale v indukční cívce Dr1. To je důvod, proč pro získání stejného výkonu s můstkovým měničem je vyžadován dvojnásobný proud přes tranzistory, protože pracovní cyklus nepřesáhne 50%. Další podrobnosti tento systém na to se podíváme v dalších článcích.

Jedná se o klasický push-pull převodník, jehož blokové schéma je uvedeno níže:

Tento obvod vám umožňuje přijímat energii 2krát více než při zapnutí typu polovičního můstku a 2krát více než při zapnutí typu „šikmého“ můstku, zatímco velikosti proudů a podle toho i ztráty ve všech třech případech budou být si rovni. To lze vysvětlit skutečností, že napájecí napětí se bude rovnat „poháněcímu“ napětí primárního vinutí výkonového transformátoru.

Pro získání stejného výkonu s polovičním můstkem (napájecí napětí 0,5U) je potřebný proud 2násobný! méně než v případě polovičního můstku. V plném můstkovém obvodu s PWM budou tranzistory pracovat střídavě - T1, T3 jsou zapnuté a T2, T4 jsou vypnuté a podle toho i naopak, když se změní polarita. Hodnoty amplitudového proudu protékajícího touto úhlopříčkou jsou monitorovány a řízeny. K jeho regulaci existují dvě nejpoužívanější metody:

• Ponechte vypínací napětí beze změny a změňte pouze délku řídicího impulsu;
• Změňte úroveň vypínacího napětí podle údajů z proudového transformátoru a ponechte dobu trvání řídicího impulsu nezměněnou;

Obě metody umožňují změny výstupního proudu v poměrně velkých mezích. Plný můstek s PWM má stejné nevýhody a požadavky jako poloviční můstek s PWM. (Viz výše).

Jedná se o nejslibnější obvod vysokofrekvenčního měniče pro svařovací invertor, jehož blokové schéma je uvedeno níže:

Rezonanční můstek se příliš neliší od plného PWM můstku. Rozdíl je v tom, že u rezonančního zapojení je do série s vinutím transformátoru zapojen rezonanční LC obvod. Jeho vzhled však radikálně mění proces přenosu síly. Sníží se ztráty, zvýší se účinnost, sníží se zatížení vstupních elektrolytů a elektromagnetické rušení se sníží. V tomto případě by měly být ovladače pro výkonové tranzistory použity pouze v případě, že jsou použity tranzistory MOSFET, které mají kapacitu hradla větší než 5000 pF. IGBT si vystačí pouze s pulzním transformátorem. Více podrobné popisy schémata budou uvedena v následujících článcích.

Výstupní proud lze řídit dvěma způsoby – frekvenčně a fázově. Obě tyto metody byly popsány u rezonančního polomůstku (viz výše).

Plný můstek s rozptylovou tlumivkou

Jeho obvod se prakticky neliší od obvodu rezonančního můstku nebo polomůstku, pouze místo rezonančního LC obvodu je do série s transformátorem zapojen nerezonanční LC obvod. Kapacita C, přibližně C≈22 µF x 63V, funguje jako vyrovnávací kondenzátor a indukční reaktance induktoru L jako reaktance, jejíž hodnota se bude lineárně měnit v závislosti na změně frekvence. Převodník je řízen frekvencí. , Se zvyšující se frekvencí napětí se zvýší odpor indukčnosti, což sníží proud ve výkonovém transformátoru. Docela jednoduché a spolehlivým způsobem. Podle tohoto principu omezení výstupních parametrů je proto stavěno poměrně velké množství průmyslových měničů.

Dobrá definice pulzní šířkové modulace (PWM) je již v jejím názvu. To znamená modulaci (změnu) šířky pulsu (ne frekvence). Pro lepší pochopení co je PWM, podívejme se nejprve na některé zajímavosti.

Mikrokontroléry jsou inteligentní digitální součástky, které pracují na bázi binárních signálů. Nejlepší reprezentací binárního signálu je čtvercová vlna (signál, který má obdélníkový tvar). Následující diagram vysvětluje základní pojmy spojené s obdélníkovou vlnou.

V PWM signálu je čas (perioda), a tedy frekvence, vždy konstantní hodnotou. Mění se pouze doba zapnutí a vypnutí pulzu (pracovní faktor). Pomocí této modulační metody můžeme získat napětí, které potřebujeme.

Jediný rozdíl mezi obdélníkovou vlnou a signálem PWM je v tom, že obdélníková vlna má stejné a konstantní doby zapnutí a vypnutí (50% pracovní cyklus), zatímco signál PWM má proměnný pracovní cyklus.

Meandr lze považovat za speciální případ Signál PWM, který má 50% pracovní cyklus (perioda zapnutí = doba vypnutí).

Podívejme se na příklad použití PWM

Řekněme, že máme napájecí napětí 50 voltů a potřebujeme napájet nějakou zátěž, která pracuje na 40 voltů. V tomto případě dobrý způsob získání 40V z 50V je použít tzv. step-down chopper (chopper).

Signál PWM generovaný chopperem je přiváděn do výkonové jednotky obvodu (tyristor, tranzistor s efektem pole), který zase řídí zátěž. Tento PWM signál může být snadno generován mikrokontrolérem s časovačem.

Požadavky na PWM signál pro získání 40V z 50V pomocí tyristoru: napájení po dobu = 400 ms a vypnutí po dobu = 100 ms (s přihlédnutím k periodě PWM signálu rovné 500 ms).

Obecně to lze snadno vysvětlit následovně: tyristor v zásadě funguje jako spínač. Zátěž přijímá napájecí napětí ze zdroje přes tyristor. Když je tyristor ve vypnutém stavu, zátěž není připojena ke zdroji, a když je tyristor ve stavu zapnuto, zátěž je připojena ke zdroji.

Tento proces zapínání a vypínání tyristoru se provádí pomocí PWM signálu.

Poměr periody PWM signálu k jeho trvání se nazývá pracovní cyklus signálu a převrácená hodnota pracovního cyklu se nazývá pracovní cyklus.

Pokud je pracovní cyklus 100, pak v tomto případě máme konstantní signál.

Pracovní cyklus (pracovní cyklus) lze tedy vypočítat pomocí následujícího vzorce:

Pomocí výše uvedených vzorců můžeme vypočítat dobu zapnutí tyristoru, abychom získali napětí, které potřebujeme.

Vynásobením pracovního cyklu pulsů 100 to můžeme vyjádřit v procentech. Procento pulzního pracovního cyklu je tedy přímo úměrné hodnotě napětí z původního. Ve výše uvedeném příkladu, pokud chceme získat 40 voltů z 50 voltového zdroje napájení, pak toho lze dosáhnout generováním signálu s pracovním cyklem 80 %. Protože 80 % z 50 místo 40.

Pro konsolidaci materiálu vyřešme následující problém:

• Vypočítejme dobu zapnutí a vypnutí signálu o frekvenci 50 Hz a pracovním cyklu 60 %.

Výsledná PWM vlna bude vypadat takto:

Jeden z nejlepší příklady Aplikace pulzně šířkové modulace je použití PWM pro nastavení rychlosti motoru nebo jasu LED.

Tato technika změny šířky impulsu pro získání požadovaného pracovního cyklu se nazývá „modulace šířky impulsu“.

PWM neboli PWM (pulse-width modulation, anglicky pulse-width modulation) je způsob, jak řídit dodávku energie do zátěže. Řízení spočívá ve změně doby trvání pulzu při konstantní frekvenci opakování pulzu. Pulzní šířková modulace může být analogová, digitální, binární nebo ternární.

Použití pulzně šířkové modulace zlepšuje účinnost elektrické měniče, to platí zejména pro pulzní měniče, které dnes tvoří základ sekundárních napájecích zdrojů pro různá elektronická zařízení. Flyback a forward jednocyklové, push-pull a poloviční můstky i můstkové pulzní měniče jsou dnes řízeny za účasti PWM, to platí i pro rezonanční měniče.

Pulzní šířková modulace umožňuje upravit jas podsvícení displejů z tekutých krystalů mobilní telefony, smartphony, notebooky. PWM je implementováno v, v automobilové měniče, v nabíječkách atd. Jakékoliv nabíječka Dnes ve své práci využívá PWM.

Jako spínací prvky v moderních vysokofrekvenčních měničích, bipolárních a tranzistory s efektem pole, pracující v režimu klíče. To znamená, že část periody je tranzistor zcela otevřen a část periody je zcela uzavřena.

A protože v přechodných stavech trvajících jen desítky nanosekund je výkon uvolněný na spínač ve srovnání se spínaným výkonem malý, průměrný výkon uvolněný ve formě tepla na spínači se nakonec ukáže jako nevýznamný. V tomto případě je v sepnutém stavu odpor tranzistoru jako spínače velmi malý a úbytek napětí na něm se blíží nule.

V otevřeném stavu se vodivost tranzistoru blíží nule a neprotéká jím prakticky žádný proud. To umožňuje vytvářet kompaktní měniče s vysokou účinností, tedy s nízkými tepelnými ztrátami. A rezonanční měniče se spínáním při nulovém proudu ZCS (zero-current-switching) umožňují snížit tyto ztráty na minimum.

U generátorů PWM analogového typu je řídicí signál generován analogovým komparátorem, když je například na invertující vstup komparátoru přiváděn trojúhelníkový nebo pilový signál a na neinvertující vstup je přiváděn modulační spojitý signál.

Výstupní impulsy jsou získány, jejich opakovací frekvence je rovna frekvenci pily (nebo trojúhelníkového signálu) a doba trvání kladné části impulsu je spojena s dobou, po kterou je úroveň modulačního konstantního signálu dodávaného do neinvertující vstup komparátoru je vyšší než úroveň signálu pily, který je přiváděn do invertujícího vstupu. Když je napětí pily vyšší než modulační signál, výstup bude mít zápornou část impulsu.

Pokud je pila přiváděna na neinvertující vstup komparátoru a modulační signál je přiváděn na invertující vstup, pak výstupní obdélníkové impulsy budou mít kladnou hodnotu, když je napětí pily vyšší než hodnota dodávaného modulačního signálu. na invertující vstup a záporný, když je napětí pily nižší než modulační signál. Příkladem analogové generace PWM je mikroobvod TL494, který je dnes široce používán při konstrukci spínaných zdrojů.

Digitální PWM se používá v binární digitální technologii. Výstupní impulsy také nabývají pouze jedné ze dvou hodnot (zapnuto nebo vypnuto) a střední úroveň výstup se blíží požadované hodnotě. Zde se pilový signál získává pomocí N-bitového čítače.

Digitální zařízení s PWM také pracují na konstantní frekvenci, která nutně překračuje dobu odezvy řízeného zařízení, přístup nazývaný oversampling. Mezi hodinovými hranami zůstává digitální PWM výstup stabilní, buď vysoký nebo nízký, v závislosti na aktuálním stavu výstupu digitálního komparátoru, který porovnává úrovně signálu na čítači a přibližného digitálního.

Výstup je taktován jako sekvence impulsů se stavy 1 a 0, každý stav hodin se může nebo nemusí změnit na opačný. Frekvence pulzů je úměrná úrovni blížícího se signálu a jednotky následující za sebou mohou tvořit jeden širší, delší pulz.

Výsledné pulzy proměnné šířky budou násobkem periody hodin a frekvence bude rovna 1/2NT, kde T je hodinová perioda, N je počet hodinových cyklů. Zde je možné dosáhnout více nízká frekvence ve vztahu k hodinové frekvenci. Popsaný obvod digitální generace je jednobitová nebo dvouúrovňová PWM, pulzně kódovaná PCM modulace.

Tato dvouúrovňová pulzně kódovaná modulace je v podstatě sérií pulzů s frekvencí 1/T a šířkou T nebo 0. Oversampling se používá pro průměrování za delší časové období. Vysoká kvalita PWM lze dosáhnout jednobitovou pulzní modulací, také nazývanou pulzně-frekvenční modulace.

S digitální pulzně šířkovou modulací mohou pravoúhlé subpulzy, které vyplňují periodu, padat na libovolné místo v periodě a pak pouze jejich počet ovlivňuje průměrnou hodnotu signálu za periodu. Pokud tedy periodu rozdělíte na 8 částí, pak kombinace pulzů 11001100, 11110000, 11000101, 10101010 atd. poskytnou stejnou průměrnou hodnotu za periodu, avšak samostatné jednotky způsobí, že provozní režim klíčového tranzistoru je těžší.

Elektronická svítidla, mluvící o PWM, poskytují následující analogii s mechanikou. Pokud použijete motor k otáčení těžkého setrvačníku, pak protože motor lze zapnout nebo vypnout, setrvačník se buď roztočí a bude pokračovat v otáčení, nebo se zastaví kvůli tření, když je motor vypnutý.

Pokud se však motor zapne na několik sekund za minutu, rotace setrvačníku bude udržována v důsledku setrvačnosti při určité rychlosti. A čím déle je motor zapnutý, tím vyšší jsou otáčky setrvačníku. Stejně jako u PWM přichází na výstup signál zapnutí a vypnutí (0 a 1) a v důsledku toho je dosaženo průměrné hodnoty. Integrací napětí pulsů v čase získáme plochu pod pulsy a účinek na pracovní tělo bude shodný s prací při průměrné hodnotě napětí.

Takto fungují převodníky, kde dochází k přepínání tisíckrát za sekundu a frekvence dosahují několika megahertzů. Rozšířené jsou speciální PWM regulátory používané k ovládání předřadníků. energeticky úsporné žárovky, napájecí zdroje atd.

Poměr celkové doby trvání pulsní periody k době zapnutí (kladná část pulsu) se nazývá pracovní cyklus pulsu. Pokud je tedy doba zapnutí 10 μs a perioda trvá 100 μs, pak při frekvenci 10 kHz bude pracovní cyklus roven 10 a píšou, že S = 10. Inverzní hodnota pracovního cyklu je nazývaný pulzní pracovní cyklus, anglicky Duty cycle, nebo zkráceně DC.

Takže pro uvedený příklad je DC = 0,1, protože 10/100 = 0,1. S modulací šířky pulzu se úpravou pracovního cyklu pulzu, tj. změnou DC, dosáhne požadované průměrné hodnoty na výstupu elektronického nebo jiného elektrického zařízení, jako je motor.