تعديل عرض النبض

PWM أو PWM (تعديل عرض النبض) هي طريقة للتحكم في مصدر الطاقة للحمل. يتكون التحكم في تغيير مدة النبض بمعدل تكرار النبض الثابت. يتوفر تعديل عرض النبض في التناظرية والرقمية والثنائية والثالثة.

يتيح استخدام تعديل عرض النبضة زيادة كفاءة المحولات الكهربائية ، خاصة لمحولات النبض ، والتي تشكل اليوم أساس إمدادات الطاقة الثانوية لمختلف الأجهزة الإلكترونية. يتم التحكم اليوم في محولات Flyback والأمامية المفردة والدفع والسحب ونصف الجسر وكذلك محولات تبديل الجسر بمشاركة PWM ، وهذا ينطبق أيضًا على المحولات الرنانة.

يتيح لك تعديل عرض النبض ضبط سطوع الإضاءة الخلفية لشاشات الكريستال السائل للهواتف المحمولة والهواتف الذكية وأجهزة الكمبيوتر المحمولة. يتم تنفيذ PWM في آلة لحام، في محولات السيارة ، في أجهزة الشحن ، إلخ. يستخدم كل شاحن اليوم PWM في تشغيله.

تُستخدم الترانزستورات ثنائية القطب والتأثير الميداني كعناصر تبديل في المحولات الحديثة عالية التردد. هذا يعني أن جزءًا من فترة الترانزستور مفتوح بالكامل وجزء من الفترة مغلق تمامًا.

ونظرًا لأنه في الحالات العابرة التي تدوم عشرات النانو ثانية فقط ، فإن الطاقة الصادرة عن المحول تكون صغيرة مقارنة بالقدرة المحولة ، ونتيجة لذلك ، فإن متوسط ​​الطاقة المنبعثة في شكل حرارة على المفتاح لا يكاد يذكر. في هذه الحالة ، في الحالة المغلقة ، تكون مقاومة الترانزستور كمفتاح صغيرة جدًا ، ويقترب الجهد الكهربي عبره من الصفر.

في الحالة المفتوحة ، تكون موصلية الترانزستور قريبة من الصفر ولا يتدفق التيار عمليا خلالها. هذا يجعل من الممكن إنشاء محولات مدمجة ذات كفاءة عالية ، أي مع فقد حرارة منخفضة. تعمل محولات الرنين ZCS (تبديل التيار الصفري) على تقليل هذه الخسائر.

في مولدات PWM من النوع التناظري ، يتم إنشاء إشارة التحكم بواسطة مقارن تناظري عندما ، على سبيل المثال ، يتم تطبيق إشارة مثلث أو مثلث ثلاثي على المدخلات المقلوبة للمقارنة ويتم تطبيق إشارة مستمرة على المدخلات غير المقلوبة.

تلقي نبضات الإخراج مستطيلي، معدل تكرارها يساوي تردد المنشار (أو شكل موجة مثلثة) ، وترتبط مدة الجزء الموجب من النبضة بالوقت الذي يتم خلاله تطبيق مستوى إشارة التيار المستمر المطبقة على الإدخال غير المقلوب لـ يكون المقارنة أعلى من مستوى إشارة المنشار التي يتم تغذيتها للمدخل المقلوب.عندما يكون جهد المنشار أعلى من إشارة التعديل ، سيكون الناتج هو الجزء السلبي من النبضة.

إذا تم تطبيق المنشار على المدخلات غير المقلوبة للمقارنة ، وتم تطبيق إشارة التعديل على الإشارة المقلوبة ، فإن نبضات خرج الموجة المربعة سيكون لها قيمة موجبة عندما يكون جهد المنشار أعلى من قيمة إشارة التعديل يتم تطبيقها على المدخلات العكسية ، والسالبة - عندما يكون جهد المنشار أقل من إشارة التعديل. مثال على توليد PWM التناظري هو شريحة TL494 ، والتي تستخدم على نطاق واسع اليوم في بناء تحويل إمدادات الطاقة.

يستخدم PWM الرقمي في التكنولوجيا الرقمية الثنائية. تأخذ نبضات الخرج أيضًا واحدة فقط من قيمتين (تشغيل أو إيقاف تشغيل) ، ويقترب متوسط ​​مستوى الإخراج من القيمة المطلوبة ، وهنا يتم الحصول على إشارة سن المنشار باستخدام عداد N بت.

تعمل أجهزة PWM الرقمية أيضًا بتردد ثابت ، مما يتجاوز بالضرورة وقت استجابة الجهاز المتحكم فيه ، ويسمى هذا النهج الإفراط في أخذ العينات. بين حواف الساعة ، يظل خرج PWM الرقمي ثابتًا أو مرتفعًا أو منخفضًا ، اعتمادًا على الحالة الحالية لإخراج المقارنة الرقمية ، والتي تقارن مستويات إشارة العداد والإشارة الرقمية التقريبية.

يتم تسجيل الإخراج كسلسلة من النبضات بالحالتين 1 و 0 ، وقد يتم عكس أو عدم عكس كل حالة على مدار الساعة. يتناسب تردد النبضات مع مستوى إشارة الاقتراب ، ويمكن للوحدات المتتالية أن تشكل نبضًا أوسع وأطول.

ستكون النبضات المتغيرة العرض الناتجة مضاعفات فترة الساعة ، وسيكون التردد مساويًا لـ 1 / 2NT ، حيث T هي فترة الساعة ، N هي عدد دورات الساعة. يمكن هنا تحقيق تردد أقل من حيث تردد الساعة. مخطط التوليد الرقمي الموصوف هو تشكيل PWM من بتة واحدة أو مستويين ، تشكيل PCM مشفر بالنبض.

هذا التشكيل المشفر بالنبض على مرحلتين هو في الأساس سلسلة من النبضات بتردد 1 / T وعرض T أو 0. ويستخدم الاختزال الزائد في المتوسط ​​على مدى فترة زمنية أطول. يتم تحقيق PWM عالي الجودة عن طريق تعديل كثيف النبضة أحادي البت ، يسمى أيضًا تعديل تردد النبض.

في تعديل عرض النبض الرقمي ، يمكن أن تظهر النبضات الفرعية المستطيلة التي تملأ الفترة في أي مكان في الفترة ، وبعد ذلك فقط يؤثر عددها على متوسط ​​قيمة الإشارة للفترة. لذلك إذا قسمنا الفترة إلى 8 أجزاء ، فإن مجموعات النبضات 11001100 ، 11110000 ، 11000101 ، 10101010 ، إلخ. ستعطي نفس متوسط ​​الفترة ، لكن الوحدات الفردية تجعل دورة العمل للترانزستور الرئيسي أثقل.

يعطي نجوم الإلكترونيات ، الذين يتحدثون عن PWM ، تشبيهًا مشابهًا للميكانيكا. إذا قمت بتشغيل دولاب الموازنة الثقيل بالمحرك بعد تشغيل المحرك أو إيقاف تشغيله ، فسوف تدور دولاب الموازنة وتستمر في الدوران أو تتوقف بسبب الاحتكاك عند إيقاف تشغيل المحرك.

ولكن إذا تم تشغيل المحرك لبضع ثوانٍ في الدقيقة ، فسيتم الحفاظ على دوران دولاب الموازنة بسبب القصور الذاتي بسرعة معينة. وكلما طالت مدة تشغيل المحرك ، زادت سرعة دوران دولاب الموازنة.لذلك مع PWM ، تأتي إشارة التشغيل والإيقاف (0 و 1) إلى الخرج والنتيجة هي قيمة متوسطة. من خلال دمج جهد النبضات بمرور الوقت ، نحصل على المنطقة الواقعة تحت النبضات ، وسيكون التأثير على جسم العمل مطابقًا للعمل بمتوسط ​​قيمة الجهد.

هذه هي طريقة عمل المحولات ، حيث يحدث التبديل آلاف المرات في الثانية ، وتصل الترددات إلى وحدات ميغا هرتز. تستخدم وحدات تحكم PWM الخاصة على نطاق واسع للتحكم في كوابح المصابيح الموفرة للطاقة ، وإمدادات الطاقة ، محولات التردد للمحركات إلخ.

تسمى نسبة المدة الإجمالية لفترة النبض إلى الوقت المحدد (الجزء الإيجابي من النبضة) دورة العمل. لذلك ، إذا كان وقت التشغيل هو 10 μs ، وكانت الفترة تدوم 100 μs ، فعند تردد 10 كيلو هرتز ، ستكون دورة العمل 10 ، ويكتبون أن S = 10. تسمى دورة التشغيل العكسي بالواجب دورة ، في دورة الخدمة الإنجليزية أو DC لفترة قصيرة.

لذلك ، بالنسبة للمثال الموضح ، DC = 0.1 منذ 10/100 = 0.1. مع تعديل عرض النبضة ، عن طريق ضبط دورة عمل النبضة ، أي عن طريق تغيير التيار المباشر ، يتم تحقيق متوسط ​​القيمة المطلوبة عند خرج جهاز إلكتروني أو جهاز كهربائي آخر ، مثل المحرك.