PWM là gì? Nguyên lý hoạt động PWM và ứng dụng

PWM là một thuật ngữ quen thuộc thường được sử dụng trong việc điều khiển ánh sáng của đèn LED. Tuy nhiên, đối với những người không làm việc trong lĩnh vực này, có thể nó khá xa lạ, Trong bài viết này, LED HD sẽ tổng hợp chi tiết một số kiến thức về định nghĩa cũng như nguyên lý hoạt động của PWM để bạn dễ dàng nắm bắt nhé! 

PWM là gì? Độ rộng xung là gì?

PWM ( viết tắt của Pulse Width Modulation), hay còn gọi là điều chế độ rộng xung. Là một kỹ thuật điều chỉnh điện áp hoặc tín hiệu bằng cách thay đổi thời gian bật -tắt của tín hiệu xung vuông. 

Điều chế độ rộng xung thường được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng về điện tử và điều khiển, như điều khiển đèn LED, động cơ, tốc độ của quạt hay điều khiển về nhiệt độ. Sử dụng PWM sẽ giúp điều chỉnh được mức điện áp hay công suất một cách chính xác và hiệu quả, giúp tiết kiệm được nhiều năng lượng và tăng độ chính xác của hệ thống điều khiển. 

Nguyên lý hoạt động của độ rộng xung

Nguyên lý hoạt động của độ rộng xung được dựa trên việc chia chu kỳ nguồn điện thành hai giai đoạn là đóng và ngắt của van điều khiển. Trong giai đoạn đóng, van G sẽ mở để toàn bộ nguồn điện của nguồn áp được đưa đến tải. Và ngược lại khi van G ngắt thì sẽ tạo ra một mức điện áp hay dòng điện gần như không có trên tải. 

Trong quá trình hoạt động của PWM chu kỳ đóng van G sẽ liên tục lặp lại. Trong giai đoạn đóng, tải nhận được toàn bộ nguồn điện áp, cho phép nó hoạt động với công suất là tối đa. Nhưng trong giai đoạn ngắt, tải lại không nhận được nguồn điện áp, và do đó không thể tiêu thụ bất kỳ công suất nào. 

Tuy nhiên, một điểm quan trọng của PWM là tỷ lệ giữa thời gian đóng và thời gian ngắt được điều chỉnh để tạo ra một mức điện áp hay dòng điện trung bình phù hợp trên tải. Bằng cách điều chỉnh tỷ lệ này, chúng ta có thể dễ dàng điều chỉnh mức độ điện áp hoặc dòng điện trung bình được cung cấp cho tải. 

LED HD sẽ đưa ra một ví dụ dễ hình dung: 

Nếu tỷ lệ thời gian đóng van G so với thời gian chu kỳ là cao, thì lúc này tải sẽ nhận được một mức điện áp hay dòng điện trung bình cao. Ngược lại, nếu tỷ lệ này thấp, thì mức điện áp hay dòng điện trung bình sẽ giảm. 

Công thức tính giá trị trung bình của điện áp ra tải trong phương pháp PWM 

Ud = Umax * (t1/T) (V) hay Ud = Umax * D

Trong đó:

• Ud là giá trị trung bình của điện áp ra tải (đơn vị: V).
• Umax là giá trị tối đa của điện áp đầu ra (đơn vị: V).
• t1 là thời gian mà van G được mở trong một chu kỳ PWM (đơn vị: giây).
• T là chu kỳ của tín hiệu PWM (đơn vị: giây).
• D: Hệ số điều chỉnh PWM (duty cycle), tính bằng tỷ lệ phần trăm (%)

Ưu điểm và nhược điểm của độ rộng xung

Ưu điểm khi sử dụng PWM 

• Tiết kiệm điện năng trong quá trình điều chỉnh điện áp hoặc công suất. 
• Việc điều chỉnh điện áp hoặc công suất đầu ra bằng độ rộng xung rất đơn giản và linh hoạt.
• Nguyên lý hoạt động êm ái, ít gây ra tiếng ồn hay nhiễu điện từ so với các phương pháp điều chỉnh khác. 
• Kích thước nhỏ gọn và đơn giản, dễ dàng tích hợp vào các thiết bị điện tử.
• Có giá thành rẻ, chi phí sản xuất và lắp đặt thấp 

Nhược điểm khi sử dụng PWM 

• Có thể gây ra hiện tượng nhấp nháy hoặc rung động trong hoạt động của thiết bị. 
• Độ phức tạp trong thiết kế nên đòi hỏi người kỹ thuật cần kiến thức chuyên môn và kỹ năng lập trình.
• Độ rộng xung có thể tạo ra nhiễu tần số cao ảnh hưởng đến hoạt động của các thiết bị điện tử khác nếu không được xử lý properly.

Những ứng dụng đa năng của độ rộng xung trong các lĩnh vực  

Nhờ vào sự linh hoạt và tính hiệu quả, mà độ rộng xung được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau và mang lại nhiều tiện ích trong công việc, đời sống. 

• Điều khiển tốc độ động cơ: PWM được sử dụng để điều chỉnh tốc độ động cơ DC trong các thiết bị như máy giặt, xe điện, quạt, máy bơm nước, máy cắt cỏ. Bằng cách điều chỉnh tỷ lệ thời gian mà nguồn điện được được cấp cho động cơ, ta có thể điều chỉnh tốc độ quay.
• Điều khiển đèn chiếu sáng: Một ứng dụng thường thấy của độ rộng xung là được sử dụng điều chỉnh độ sáng của đèn LED trong đèn chiếu sáng. Bằng cách thay đổi tỷ lệ của thời gian LED được bật so với tổng thời gian chu kỳ mà ta có thể điều chỉnh mức độ sáng. 
• Điều khiển động cơ servo: Servo được sử dụng trong nhiều ứng dụng như robot, máy in3D, máy bay điều khiển từ xa. PWM được sử dụng để điều khiển góc của servo 
• Điều khiển tốc độ động cơ xe đạp điện: Trong thiết bị xe đạp điện, độ rộng xung được sử dụng để điều chỉnh tốc độ động cơ điện. Bằng cách điều chỉnh tỷ lệ thời gian nguồn điện được cấp cho động cơ mà ta có thể điều chỉnh tốc độ di chuyển của xe đạp điện. 

Và trên đây là toàn bộ thông tin về PWM mà LED HD đã chia sẻ đến bạn học. Hy vọng với những thông tin trên sẽ giúp bạn đọc hiểu hơn về PWM là gì và nguyên tắc hoạt động cũng như ứng dụng. Nếu bạn đọc muốn tìm hiểu thông tin về sản phẩm màn hình hiển thị LED thì có thể hệ đến số hotline 0968 10 03 03 – 0868.009.008 để được tư vấn nhé!