ما هو تعديل عرض النبضة PWM

التحوير هو عملية كهربائية غير خطية يتم فيها تغيير معلمات إشارة واحدة (ناقل) باستخدام إشارة أخرى (تعديل ، معلومات). في تكنولوجيا الاتصالات ، يتم استخدام تعديل التردد والسعة والطور على نطاق واسع. في إلكترونيات الطاقة وتكنولوجيا المعالجات الدقيقة ، أصبح تعديل عرض النبضة واسع الانتشار.

ما هو PWM (تعديل عرض النبض)

مع تعديل عرض النبضة للإشارة الأصلية ، يظل اتساع وتواتر ومرحلة الإشارة الأصلية دون تغيير. تخضع مدة (عرض) النبضة المستطيلة للتغيير تحت تأثير إشارة المعلومات. في الأدبيات التقنية الإنجليزية ، يتم اختصارها كـ PWM - تعديل عرض النبضة.

كيف يعمل PWM

يتم تشكيل إشارة عرض النبضة بطريقتين:

• التناظرية؛
• رقمي.

باستخدام الطريقة التناظرية لإنشاء إشارة PWM ، يتم تغذية ناقل على شكل سن المنشار أو إشارة ثلاثية إلى مقلوب مدخلات المقارنة، والمعلومات - على غير العكسي. إذا كان مستوى الموجة الحاملة اللحظية أعلى من إشارة التعديل ، فإن ناتج المقارنة هو صفر ، إذا كان أقل - واحد. الإخراج عبارة عن إشارة منفصلة بتردد يقابل تردد المثلث الحامل أو المنشار ، وطول النبضة يتناسب مع مستوى جهد التعديل.

على سبيل المثال ، يتزايد تعديل عرض النبضة للإشارة المثلثة خطيًا. تتناسب مدة نبضات الخرج مع مستوى إشارة الخرج.

تتوفر أيضًا وحدات التحكم التناظرية PWM في شكل دوائر دقيقة جاهزة ، يتم فيها تثبيت مقارن ودائرة توليد ناقل. توجد مدخلات لتوصيل عناصر ضبط التردد الخارجية وتوفير إشارة معلومات. تتم إزالة إشارة من الخرج تتحكم في المفاتيح الخارجية القوية. هناك أيضًا مدخلات للتغذية المرتدة - وهي ضرورية للحفاظ على معلمات التحكم المحددة. على سبيل المثال ، شريحة TL494. في الحالات التي تكون فيها قوة المستهلك صغيرة نسبيًا ، تتوفر وحدات تحكم PWM مع مفاتيح مدمجة. تم تصميم المفتاح الداخلي للدائرة الدقيقة LM2596 لتيار يصل إلى 3 أمبير.

يتم تنفيذ الطريقة الرقمية باستخدام دوائر دقيقة متخصصة أو معالجات دقيقة. يتم التحكم في طول النبضة بواسطة البرنامج الداخلي. تحتوي العديد من المتحكمات الدقيقة ، بما في ذلك PIC و AVR الشائعان ، على وحدة مدمجة لتنفيذ الأجهزة لـ PWM "على متن الطائرة" ، لتلقي إشارة PWM ، تحتاج إلى تنشيط الوحدة وضبط معلمات التشغيل الخاصة بها.إذا لم تكن هذه الوحدة متاحة ، فيمكن تنظيم PWM بحتة عن طريق البرنامج ، وهذا ليس بالأمر الصعب. تمنح هذه الطريقة مزيدًا من القوة والحرية من خلال الاستخدام المرن للمخرجات ، ولكنها تستخدم المزيد من موارد التحكم.

خصائص إشارة PWM

الخصائص المهمة لإشارة PWM هي:

• السعة (U) ؛
• التردد (و) ؛
• دورة العمل (S) أو دورة العمل D.

يتم ضبط السعة بالفولت اعتمادًا على الحمل. يجب أن توفر جهد الإمداد المقنن للمستهلك.

يتم اختيار تردد الإشارة المشكلة بعرض النبضة من الاعتبارات التالية:

1. كلما زاد التردد ، زادت دقة التحكم.
2. يجب ألا يكون التردد أقل من وقت استجابة الجهاز الذي يتحكم فيه PWM ، وإلا ستحدث تموجات ملحوظة للمعلمة الخاضعة للرقابة.
3. كلما زاد التردد ، زادت خسائر التبديل. ينشأ من حقيقة أن وقت تبديل المفتاح محدود. في حالة القفل ، ينخفض ​​كل جهد الإمداد على العنصر الأساسي ، ولكن لا يوجد تيار تقريبًا. في الحالة المفتوحة ، يتدفق تيار الحمل الكامل عبر المفتاح ، لكن انخفاض الجهد يكون صغيرًا ، لأن مقاومة الإنتاجية هي بضعة أوم. في كلتا الحالتين ، فإن تبديد السلطة لا يكاد يذكر. يحدث الانتقال من حالة إلى أخرى بسرعة ، ولكن ليس على الفور. في عملية فتح القفل ، ينخفض ​​جهد كبير على عنصر مفتوح جزئيًا وفي نفس الوقت يتدفق تيار كبير خلاله. في هذا الوقت ، تصل الطاقة المشتتة إلى قيم عالية. هذه الفترة قصيرة ، المفتاح ليس لديه وقت للإحماء بشكل ملحوظ.ولكن مع زيادة تواتر هذه الفترات الزمنية لكل وحدة زمنية ، يزداد ، ويزداد فقد الحرارة. لذلك ، لبناء المفاتيح ، من المهم استخدام العناصر السريعة.
4. عند القيادة محرك كهربائي يجب أخذ التردد بعيدًا عن المنطقة المسموعة للشخص - 25 كيلو هرتز وما فوق. لأنه عند تردد أقل من PWM ، تحدث صافرة غير سارة.

غالبًا ما تتعارض هذه المتطلبات مع بعضها البعض ، لذا فإن اختيار التردد في بعض الحالات هو حل وسط.

تميز قيمة التعديل دورة العمل. نظرًا لأن معدل تكرار النبض ثابت ، فإن مدة الفترة ثابتة أيضًا (T = 1 / f). تتكون الفترة من نبضة وقفة ، لها مدة ، على التوالي ، t_عفريت و ت_وقفات، و ت_عفريت+ ر_وقفات= ت. دورة العمل هي نسبة مدة النبضة إلى الفترة - S \ u003d t_عفريت/ ت. ولكن من الناحية العملية ، اتضح أنه من الأنسب استخدام القيمة المتبادلة - عامل التعبئة: D = 1 / S = T / t_عفريت. إنه أكثر ملاءمة للتعبير عن عامل التعبئة كنسبة مئوية.

ما هو الفرق بين PWM و SIR

في الأدبيات الفنية الأجنبية لا يوجد فرق بين تعديل عرض النبضة وتنظيم عرض النبضة (PWR). يحاول المتخصصون الروس التمييز بين هذه المفاهيم. في الواقع ، يعد PWM نوعًا من التعديل ، أي التغييرات في إشارة الموجة الحاملة تحت تأثير آخر ، يعدل واحدًا. تعمل إشارة الموجة الحاملة كحامل للمعلومات ، وتقوم إشارة التعديل بتعيين هذه المعلومات. وتنظيم عرض النبض هو تنظيم وضع التحميل باستخدام PWM.

أسباب وتطبيقات PWM

يستخدم مبدأ تعديل عرض النبضة في أجهزة التحكم في السرعة للمحركات القوية غير المتزامنة. في هذه الحالة ، يتم إنشاء إشارة تعديل التردد القابلة للضبط (أحادية الطور أو ثلاثية الطور) بواسطة مولد موجة جيبية منخفضة الطاقة ويتم تثبيتها على الناقل بطريقة تمثيلية. الإخراج هو إشارة PWM ، والتي تغذي مفاتيح الطاقة المطلوبة. ثم يمكنك تمرير تسلسل النبضات الناتج من خلال مرشح تمرير منخفض ، على سبيل المثال ، من خلال دائرة RC بسيطة ، واختيار الجيب الأصلي. أو يمكنك الاستغناء عنها - سيحدث الترشيح بشكل طبيعي بسبب القصور الذاتي للمحرك. من الواضح أنه كلما زاد تردد الموجة الحاملة ، كلما اقترب شكل الموجة الناتج من الجيب الأصلي.

يطرح سؤال طبيعي - لماذا يستحيل تضخيم إشارة المولد على الفور ، على سبيل المثال ، باستخدام ترانزستورات قوية؟ لأن عنصر التنظيم الذي يعمل في الوضع الخطي سيعيد توزيع الطاقة بين الحمل والمفتاح. في هذه الحالة ، يتم إهدار قوة كبيرة على العنصر الأساسي. إذا كان عنصر تحكم قوي يعمل في وضع مفتاح (ثلاثي ، ثلاثي ، ترانزستور RGBT) ، فسيتم توزيع الطاقة بمرور الوقت. ستكون الخسائر أقل بكثير ، وستكون الكفاءة أعلى بكثير.

في التكنولوجيا الرقمية ، لا يوجد بديل معين لتنظيم عرض النبض. سعة الإشارة ثابتة هناك ، ولا يمكن تغيير الجهد والتيار إلا عن طريق تعديل الناقل على طول عرض النبضة ومن ثم حساب متوسطها. لذلك ، يتم استخدام PWM لتنظيم الجهد والتيار على تلك الأشياء التي يمكنها متوسط ​​إشارة النبض. يحدث حساب المتوسط ​​بطرق مختلفة:

1. بسبب تحميل الجمود.وبالتالي ، فإن القصور الذاتي الحراري للسخانات الكهروحرارية والمصابيح المتوهجة يسمح للأجسام الخاضعة للتنظيم بعدم تبريدها بشكل ملحوظ في فترات التوقف بين النبضات.
2. بسبب الجمود في الإدراك. الصمام لديه الوقت للخروج من النبض إلى النبض ، ولكن العين البشرية لا تلاحظ ذلك وتدركه على أنه توهج ثابت بكثافة متفاوتة. يستخدم هذا المبدأ للتحكم في سطوع نقاط شاشات LED. لكن الوميض غير المحسوس بتردد عدة مئات من هرتز لا يزال موجودًا ويسبب إجهاد العين.
3. بسبب الجمود الميكانيكي. تستخدم هذه الخاصية في التحكم في محركات التيار المستمر المصقولة. مع تردد التنظيم المحدد بشكل صحيح ، لا يتوفر للمحرك الوقت للإبطاء في فترات التوقف المؤقت.

لذلك ، يتم استخدام PWM حيث يلعب متوسط ​​قيمة الجهد أو التيار دورًا حاسمًا. بالإضافة إلى الحالات الشائعة المذكورة ، فإن طريقة PWM تنظم متوسط ​​التيار في آلات اللحام وشواحن البطاريات ، إلخ.

إذا لم يكن حساب المتوسط ​​الطبيعي ممكنًا ، في كثير من الحالات يمكن الاستيلاء على هذا الدور بواسطة مرشح التمرير المنخفض المذكور بالفعل (LPF) في شكل سلسلة RC. لأغراض عملية ، هذا كافٍ ، ولكن يجب فهم أنه من المستحيل عزل الإشارة الأصلية من PWM باستخدام مرشح تمرير منخفض بدون تشويه. بعد كل شيء ، يحتوي طيف PWM على عدد لا حصر له من التوافقيات التي ستقع حتمًا في نطاق مرور المرشح. لذلك ، لا ينبغي للمرء أن يبني أوهامًا حول شكل الجيب المعاد بناؤه.

تحكم PWM RGB LED بكفاءة وفعالية كبيرة. يحتوي هذا الجهاز على ثلاثة تقاطعات p-n - الأحمر والأزرق والأخضر.من خلال تغيير سطوع توهج كل قناة بشكل منفصل ، يمكنك الحصول على أي لون تقريبًا من توهج LED (باستثناء الأبيض النقي). إمكانيات إنشاء تأثيرات ضوئية باستخدام PWM لا حصر لها.

التطبيق الأكثر شيوعًا للإشارة الرقمية المعدلة لعرض النبضة هو التحكم في متوسط ​​التيار أو الجهد المتدفق خلال الحمل. لكن الاستخدام غير القياسي لهذا النوع من التعديل ممكن أيضًا. كل هذا يتوقف على خيال المطور.

مقالات مماثلة: