Co je PWM – co nejjednodušší
Princip PWM se často vyskytuje v systému Smart Home, proto stručně vysvětlím, co to je.
Je to zkratka pro Pulse Width Modulation (Pulzně šířková modulace). V angličtině je PWM PWM. Ale nad tímto dekódováním není třeba přemýšlet.
PWM je princip řízení, který plynule reguluje výstup něčeho, co nelze plynule regulovat, ale lze to pouze zapínat a vypínat.
Například LED pásek. Chceme mít možnost nastavit jas pásku, ale princip fungování LED diod je takový, že buď svítí s nominálním jasem, nebo nesvítí vůbec.
Ale páska se okamžitě rozsvítí, když je na ni přivedeno napětí, a okamžitě zhasne, když je odpojena. Můžeme na pásku přivést napětí na krátkou dobu, poté ho odpojit, znovu připojit a znovu odpojit. A můžeme to udělat velmi rychle: připojit ji na 20 milisekund, poté ji na 20 milisekund odpojit a znovu připojit na 20 milisekund. Lidské oko si pak blikání pásky nevšimne, ale uvidí pouze, že páska svítí přesně dvakrát slaběji, než když je neustále zapnutá. To znamená, že získáme možnost upravit jas pásky změnou časového intervalu, kdy je na ni přivedeno napájení. Střídavé zapnutí na 30 milisekund a vypnutí na 10 milisekund bude odpovídat jasu pásky 75 % jejího plného jasu. A zapnutí na 10 milisekund a vypnutí na 40 milisekund – 20 % plného jasu. To znamená, že upravujeme jas pásky. šířka dodávaného impulsu, odtud ten název. Pravděpodobně by bylo správnější říkat ne „šířka“, ale „délka“ nebo „čas“, ale běžné je říkat „šířka“, protože je to v grafu pohodlně vidět.
Tyto obdélníky představují impulsy, když je na zátěž (v našem příkladu pásku) přivedeno napětí.
Nyní, když chápeme, co je PWM, pojďme si představit praktický koncept pracovní cyklus. Pracovní cyklus je poměr doby, kdy je páska zapnutá, k době celé periody. Perioda je doba zapnutí + vypnutí. To znamená, že to, co jsem nazval jasem, když mluvím o pásce, se ve skutečnosti nazývá pracovní cyklus. Přesně těchto 10, 50 nebo 90 %. Stejný údaj odráží průměrnou hodnotu výšky (amplitudy) impulsu na výstupu.
Takto se nastavuje jas LED pásků. Potřebujete PWM stmívač, ke kterému se přivádí napájecí napětí pásku (12 nebo 24 voltů) a nějaké ovládání (0-10 voltů, TRIAC nebo ModBus), a ten často zapíná a vypíná tranzistor, čímž dodává napětí do pásku. změnou jeho jasu změnou šířky pulzů.
Další příklad. Vezměme si elektrickou podlahovou vytápěnou podlahu s běžným termostatem.
Vyhřívaná podlaha buď topí, když na ni přijde 230 voltů z termostatu, nebo vůbec netopí, neví, jak „trochu topit“. Nastavíme teplotu na termostatu, řekněme 28 stupňů, a teplotní čidlo spustíme do podlahy. Když je teplota podlahy nižší než nastavená, termostat dodává energii do podlahy a podlaha topí. Teplota dosáhne 28 stupňů – termostat vypne topení. Teplota podlahy klesne – znovu topí. A tak dále. Člověk necítí, že se podlaha ochlazuje nebo otepluje, pro člověka je to přesně nastavená teplota, ale dochází k teplotním výkyvům o několik stupňů. Toto je graf, který dostaneme:
Pokud v zimě otevřeme okno, podlaha se po vypnutí a opětovném zapnutí téměř okamžitě ochladí, doba ohřevu pak bude delší než doba chlazení. A čím větší je výkon samotné podlahy, tím rychleji se zahřeje na požadovanou teplotu.
To znamená, že princip řízení je zde stejný PWM. Na rozdíl od LED pásku však doba trvání není 1 sekunda, ale několik desítek minut. Systém podlahového vytápění inertní, to znamená, že si udrží teplo po dlouhou dobu po vypnutí topení. A LED pásek není inertní, protože okamžitě přestane svítit.
Systém chytré domácnosti funguje jako termostat – dodává a odebírá energii z topného kabelu na základě teploty podlahového senzoru.
Radiátory nebo podlahové vytápění vodou se ovládají podobným způsobem – instalací na radiátor nebo na rozdělovač pohonu.
Pohony se otevírají a zavírají naprosto stejným způsobem. Vzhledem k setrvačnosti systému nejsou kolísání teploty vzduchu v místnosti pro člověka znatelné, s výjimkou vzácných případů, kdy je lepší použít pohony s plynulou regulací signálem 0-10 voltů (to už nebude PWM).
V PWM existují pouze dvě možnosti signálu – zapnuto nebo vypnuto. A poměr intervalů určuje průměrnou hodnotu.
Co dalšího se v domě řídí principem PWM? Neinvertorové klimatizace, které buď foukají za studena, nebo nefoukají (velmi nepříjemná věc, kupujte si jen invertorové), ledničky, které buď chladí (a zároveň chrastí), nebo nechladí, mikrovlnné trouby, které v závislosti na nastaveném výkonu někdy topí, a někdy netopí.