A PWM (Pulse Width Modulation) egy diszkrét, időalapú jel, amely egy adott periódusidőn belül csak két állapotot vehet fel (0 vagy 1). Az, hogy egy perióduson belül mennyi ideig van 1-es állapotban, meghatározza a kitöltési tényezőt (duty cycle). Ezzel szemben egy 0-10V analóg jel folyamatosan változhat bármilyen értékre a tartományán belül, és akár egy periódusidőn belül többször is módosulhat.
Néha szembejön, hogy analóg jelből PWM-et kellene készíteni. Régebben nem értettem, hogy a PWM jel fix periódusidejével hogy fér össze az állandóan változó analóg szint, ezért elmesélem, hogyan is működik mindez.
Az analóg → PWM konverzió lényege, hogy egy referenciát állítunk fel, amelyhez az analóg jelet összehasonlítjuk egy folyamatosan változó jellel. Ennek klasszikus megoldása a háromszögjel vagy fűrészfogjel összehasonlítás:
- egy fix frekvenciájú fűrészfog vagy háromszög hullám folyamatosan emelkedik és csökken egy adott periódusidő alatt
- az analóg 0-10V jelet összehasonlítjuk ezzel a referenciával egy komparátorral
- ha az analóg feszültség nagyobb, mint a háromszögjel aktuális értéke, akkor a PWM 1, ha kisebb, akkor 0
Bár az analóg jel egy perióduson belül változhat, a PWM csak átlagosan követi az analóg jelet egy adott időablak alatt. Ezért, ha elég nagy frekvencián működik a PWM, a szűrt kimenete visszaállítja az eredeti analóg jelet.
Ez az elv az, ami miatt PWM-et használnak például motorvezérlésre vagy LED fényerőszabályzásra: ha a frekvencia elég magas, az emberi szem vagy az elektromos rendszer az impulzusokat egy folyamatos analóg jelként érzékeli.
Rajzoljuk le az egészet:
Felső diagram (Analóg jel és referencia fűrészfog)
- a fekete vonal az analóg bemeneti feszültség (pl. 0-10V között változik)
- a kék vonal egy fűrészfogjel, amely fix periódusidővel ismétlődik
- a piros pontok jelzik, amikor az analóg jel nagyobb, mint a fűrészfogjel → ekkor a PWM magas (1)
Alsó diagram (PWM kimenet)
- ha az analóg jel magasabb, mint a fűrészfog adott pillanatban, a kimeneti PWM 1 (HIGH) lesz
- ha alacsonyabb, a PWM 0 (LOW) lesz
- a PWM kitöltési tényezője arányos az analóg jellel