인버터, 컨버터, SMPS 회로 및 속도 컨트롤러….이 모든 회로에서 공통적 인 한 가지는 내부에 많은 전자 스위치로 구성되어 있다는 것입니다. 이러한 스위치는 MOSFET, IGBT, TRIAC 등과 같은 전력 전자 장치 일뿐입니다. 이러한 전력 전자 스위치를 제어하기 위해 일반적으로 PWM 신호 (Pulse Width Modulation)라는 것을 사용합니다. 이 외에도 PWM 신호는 서보 모터를 구동하고 LED의 밝기를 제어하는 것과 같은 다른 간단한 작업에도 사용됩니다.
이전 기사에서 ADC에 대해 배웠고 ADC는 마이크로 컨트롤러와 같은 디지털 장치에서 아날로그 신호를 읽는 데 사용됩니다. PWM은 정반대라고 생각할 수 있으며, PWM은 마이크로 컨트롤러와 같은 디지털 장치에서 아날로그 신호를 생성하는 데 사용됩니다. 이 기사에서는 PWM, PWM 신호 및 이와 관련된 몇 가지 매개 변수 가 무엇인지 알아보기 때문에 설계에서 이러한 신호를 사용할 수 있습니다.
PWM (Pulse Width Modulation)이란 무엇입니까?
PWM은 Pulse Width Modulation을 의미합니다. 우리는 나중에 그러한 이름에 대한 이유를 알게 될 것입니다. 그러나 현재로서는 PWM을 마이크로 컨트롤러 또는 555 타이머와 같은 디지털 IC에서 생성 할 수있는 신호 유형으로 이해합니다. 이렇게 생성 된 신호는 일련의 펄스를 가지며 이러한 펄스는 구형파의 형태가됩니다. 즉, 주어진 시간에 파도가 높거나 낮을 것입니다. 이해의 편의를 위해 5V PWM 신호를 고려해 보겠습니다.이 경우 PWM 신호는 5V (높음) 또는 접지 레벨 0V (낮음)입니다. 신호가 높게 유지되는 기간을 " 온 시간 "이라고하고 신호가 낮게 유지되는 기간을 " 꺼짐 시간 "이라고합니다.
PWM 신호의 경우 하나는 PWM 듀티 사이클이고 다른 하나는 PWM 주파수와 관련된 두 가지 중요한 매개 변수를 살펴볼 필요가 있습니다.
PWM의 듀티 사이클
앞서 말했듯이 PWM 신호는 특정 시간 동안 켜져있다가 나머지 기간 동안 꺼져 있습니다. 이 PWM 신호를 특별하고 더 유용하게 만드는 것은 PWM 신호의 듀티 사이클을 제어하여 얼마나 오래 유지되어야하는지 설정할 수 있다는 것입니다.
PWM 신호가 HIGH (on time)로 유지되는 시간의 비율을 듀티 사이클이라고합니다. 신호가 항상 ON이면 100 % 듀티 사이클이고 항상 꺼져 있으면 0 % 듀티 사이클입니다. 듀티 사이클을 계산하는 공식은 다음과 같습니다.
듀티 사이클 = Turn ON 시간 / (Turn ON 시간 + Turn OFF 시간)
다음 이미지는 듀티 사이클이 50 % 인 PWM 신호를 나타냅니다. 보시다시피 전체 시간 (켜짐 시간 + 꺼짐 시간)을 고려하면 PWM 신호는 시간의 50 % 동안 만 켜져 있습니다.
빈도 = 1 / 기간 기간 = 켜짐 시간 + 꺼짐 시간
일반적으로 마이크로 컨트롤러에 의해 생성되는 PWM 신호는 약 500Hz이며, 이러한 고주파는 인버터 나 컨버터와 같은 고속 스위칭 장치에 사용됩니다. 그러나 모든 애플리케이션에 고주파가 필요한 것은 아닙니다. 예를 들어 서보 모터를 제어하려면 50Hz 주파수의 PWM 신호를 생성해야하므로 PWM 신호의 주파수도 모든 마이크로 컨트롤러의 프로그램으로 제어 할 수 있습니다.
PWM에 대해 일반적으로 발생하는 몇 가지 질문
PWM 신호의 듀티 사이클과 주파수의 차이점은 무엇입니까?
PWM 신호의 듀티 사이클과 주파수는 종종 혼동됩니다. 우리가 알고 있듯이 PWM 신호는 특정 켜짐 시간과 꺼짐 시간이있는 구형파입니다. 이 켜짐 시간 과 꺼짐 시간 의 합을 하나의 기간이라고합니다. 한 기간의 역수를 빈도라고합니다. PWM 신호가 한 시간 동안 켜져 있어야하는 시간은 PWM의 듀티 사이클에 의해 결정됩니다.
간단히 말해서, PWM 신호가 켜지고 꺼지는 속도 는 PWM 신호의 주파수에 의해 결정되며 그 속도에서 PWM 신호가 켜져 있어야하는 시간은 PWM 신호의 듀티 사이클에 의해 결정됩니다.
PWM 신호를 아날로그 전압으로 변환하는 방법은 무엇입니까?
DC 모터의 속도를 제어하거나 LED의 밝기를 조정하는 것과 같은 간단한 애플리케이션의 경우 PWM 신호를 아날로그 전압으로 변환해야합니다. 이는 RC 필터를 사용하여 쉽게 수행 할 수 있으며 DAC 기능이 필요한 경우 일반적으로 사용됩니다. 동일한 회로가 아래에 나와 있습니다.
위의 그래프에서 노란색은 PWM 신호이고 파란색은 출력 아날로그 전압입니다. 저항 R1과 커패시터 C1의 값은 PWM 신호의 주파수를 기반으로 계산할 수 있지만 일반적으로 5.7K 또는 10K 저항과 0.1u 또는 1u 커패시터가 사용됩니다.
PWM 신호의 출력 전압을 계산하는 방법은 무엇입니까?
PWM 신호를 아날로그로 변환 한 후 출력 전압은 듀티 사이클의 백분율이됩니다. 예를 들어 작동 전압이 5V이면 PWM 신호도 높을 때 5V가됩니다. 이 경우 100 % 듀티 사이클의 경우 출력 전압은 50 % 듀티 사이클의 경우 5V가되고 2.5V가됩니다.
출력 전압 = 듀티 사이클 (%) * 5
예:
우리는 이전에 많은 프로젝트에서 다양한 마이크로 컨트롤러와 함께 PWM을 사용했습니다.
- ATmega32를 사용한 펄스 폭 변조
- Arduino Uno를 사용한 PWM
- PIC 마이크로 컨트롤러를 사용하여 PWM 생성
- Raspberry Pi PWM 튜토리얼
- Raspberry Pi를 사용한 서보 모터 제어
- MSP430G2를 사용한 펄스 폭 변조 (PWM)
- STM32F103C8의 펄스 폭 변조 (PWM)
- Raspberry Pi를 사용한 서보 모터 제어
- Raspberry Pi를 사용한 DC 모터 제어
- 1 와트 LED 조광기
- PWM을 사용하는 Arduino 기반 LED 조광기
여기에서 모든 PWM 관련 프로젝트를 확인하십시오.