Výpočet hodnot parametrů pro PWM

Jedním z parametrů, který je třeba nastavit, je frekvence PWM, která musí odpovídat Vašemu regulovanému systému. Čím pomalejší Váš systém je, tím nižší musí frekvence být a opačně. Vysvětleno na příkladu bojleru - ohřev velké nádrže s vodou na požadovanou teplotu zabere dlouhý časový úsek, vysoká frekvence regulace proto není potřeba. Zde budou stačit pouhé desetiny či setiny hertzu. Pro regulace LED diody ale budeme potřebovat frekvenci alespoň 100 Hz, nižší frekvence by totiž byly viditelné pouhým okem.

Dalším parametrem ke zvážení je prvek, který je mezi stavy ON a OFF přepínán. Pokud jde o mechanické relé, vysoká frekvence by jej mohla zničit. U SSR relé, MOSFETu či IGBT tranzistoru lze naopak použít kilohertzové až megahertzové frekvence (nezapomeňte důkladně prostudovat technické parametry dané komponenty).

U produktů Unipi je frekvence určována nastavením rozlišení. Viz níže.

Druhým parametrem PWM je rozlišení. Tato hodnota indikuje, na kolik kroků chceme regulaci rozdělit. Pokud je rozlišení 3, můžeme nastavit tři hodnoty střídy - 0 %, 50 % a 100 %. U rozlišení 11 pak můžeme střídu v rozsahu 0-100 % nastavovat po 10 % krocích.

Maximální možné rozlišení u kontrolérů Unipi činí 65536 kroků.

Střída signálu, jak bylo řečeno výše, reprezentuje samotnou hodnotu regulace. Nejčastěji se setkáte se střídou vyjádřenou v procentech času ON v souvislosti s jeho periodou. V Mervisu je ale střída signálu vyjádřena hodnotou rozlišení. Ukážeme si, jak tuto hodnotu vypočítat.

                     rozlišení - 1
Střída [mervis] = ------------------- * střída [%]
                         100

Rozlišení = 101 kroků (0-100% po 1% krocích)

Střída [%] = 34

                     rozlišení - 1                         101 - 1
Střída [mervis] = ------------------- * střída [%] = ------------------- * 34 = 34
                         100                                 100 

Pro rozlišení 101 kroků a žádanou střídu 34 % je třeba v Mervisu nastavit střídu na hodnotu 34. To bylo poměrně jednoduché, nyní proto zkusíme něco složitějšího.

Rozlišení = 6 kroků (0-100 % po 20 % krocích)

Střída [%] = 40 %

                     rozlišení - 1                       6 - 1
Střída [mervis] = ------------------- * střída [%] = -------------- * 40 = 2
                          100                             100 

Pro rozlišení 6 kroků a žádanou střídu 40 % je třeba v Mervisu nastavit hodnotu střídy na 2.

Frekvenci a rozlišení nelze nastavit přímo v Mervisu. Proměnné pro konfiguraci PWM v Mervisu jsou označeny jako PWM_Cycle a PWM_Prescale, a jejich hodnoty je třeba vypočítat podle žádaného rozlišení a frekvence.

PWM_Cycle = resolution - 2

                          4.8 * 10^7
PWM_Prescale = ------------------------------- - 1
                 frekvence * ( rozlišení - 1)     

Alternativně je možné hodnoty rozlišení a frekvence získat z hodnot PWM_Cycle a PWM_Prescale pomocí následujících rovnic:

Rozlišení = PWM_Cycle + 2

                         4.8 * 10^7
Frekvence = ---------------------------------------- 
             ( PWM_Cycle + 1) * (PWM_Prescale + 1)     

Rozlišení = 11 (střída signálu 0-100 % s 10 % kroky)

Frekvence = 4 kHz

PWM_Cycle = rozlišení - 2 = 11 - 2 = 9

                          4.8 * 10^7                      4.8 * 10^7
PWM_Prescale = ------------------------------- - 1 = --------------------- - 1 = 1199
                 frekvence * ( rozlišení - 1)          4000 * ( 11 - 1 ) 

Rozlišení = 41 (krok 2,5%)

Frekvence = 0.1 Hz

PWM_Cycle = rozlišení - 2 = 41 - 2 = 39

                          4.8 * 10^7                      4.8 * 10^7
PWM_Prescale = ------------------------------- - 1 = ------------------- - 1 = 119999999
                 frekvence * ( rozlišení - 1)           0.1 * (41 - 1 ) 

Rozlišení = 10001 (krok 0,01 %)

Frekvence = 0.1 Hz

PWM_Cycle = rozlišení - 2 = 10001 - 2 = 9999

                          4.8 * 10^7                        4.8 * 10^7
PWM_Prescale = ------------------------------- - 1 = ------------------------- - 1 = 47999
                frekvence * ( rozlišení - 1)             0.1 * (10001 - 1 ) 

Při výpočtech hodnoty PWM_Prescale využíváme konstantu 4,8 x 10⁷. Konstanta představuje 48 MHz zdroj pro interní časovače/čítače, které se společně s PWM_Prescale a PWM_Count starají o nastavení požadované frekvence.