PWM مخفف عبارت Pulse width Modulation و به معنای «مدولاسیون پهنای پالس» می‌باشد، PWM را با نام PDM (Pulse Duration Modulation) هم می‌شناسند. مفهوم مدولاسیون پهنای پالس در دل خودش است، به معنی مدوله کردن یا به نوعی تغییر پالس (و نه فرکانس) است. برای بهتر فهمیدن PWM بهتره با چند مفهوم آشنا بشویم.
پهنای پالس (Duty Cycle)
چرخه کاری یا سیکل وظیفه یا زمان کاری عبارت است از مقدار زمان High بودن سیگنال نسبت به مدت یک دوره تناوب، برای مثال اگر سیگنال همواره ON باشد، چرخه کاری آن ۱۰۰ درصد و هنگامی که کاملاً Off باشد، مقدار چرخه کاری صفر است. مدت زمانی که سیگنال در وضعیت High قرار دارد، زمان روشن “On Time”، و مدت زمانی که سیگنال در وضعیت Low قرار دارد را زمان خاموش “Off Time” می‌نامند، اگر بخواهیم فرمول چرخه کاری را بنویسیم، داریم:
به طور مثال اگر Duty Cycle یک موج PWM برابر با ۷۰٪ باشد بدان معنی است که در هر سیکل ۷۰٪ ولتاژ برابر VCC و ۳۰٪ ولتاژ برابر صفر است . با ضرب دیوتی سایکل در ۱۰۰ ، میتوانیم آن را به صورت درصد نشان دهیم . بنابراین درصد دیوتی سایکل به طور مستقیم با مقدار ولتاژ گرفته شده از منبع متناسب است . اگر دیوتی سایکل ۱۰۰% باشد ، موج تبدیل به یک DC ثابت می‌شود، هر چقدر مقدار زمان یک نسبت به صفر بیشتر باشد مقدار دیوتی سایکل نیز بیشتر و به تبع آن ولتاژ خروجی نیز بیشتر خواهد شد.
تفاوت بین چرخه کاری و فرکانس یک سیگنال PWM چیست؟
همان‌گونه که می‌دانیم، سیگنال PWM، یک موج مربعی شکل است که زمان خاموش و روشن دارد. مجموع این زمان روشن و خاموش شدن را دوره تناوب می‌نامند. معکوس دوره تناوب را فرکانس می‌نامیم. در حالی که چرخه کاری، فقط مدت زمان روشن یا ON بودن سیگنال در یک دوره تناوب است. به عبارت ساده‌تر، فرکانس، سرعت خاموش و روشن شدن سیگنال PWM را نشان می‌دهد، در حالی که چرخه کاری بیان می‌کند که سیگنال PWM در یک دوره تناوب چقدر در حالت ON قرار دارد. تفاوت بین سیگنال موج مربعی و سیگنال PWM این است که سیگنال موج مربعی دارای زمان یکسان یک و صفر است درصورتی که سیگنال PWM دارای دیوتی سایکل متغیر است . موج مربعی به عنوان یک مورد خاص سیگنال PWM است که دیوتی سایکل آن ۵۰% است
کاربرد PWM
میکروکنترلرها قطعات دیجیتالی هستند که مبتنی بر سیگنال‌های باینری کار می‌کنند. بهترین نحوه نمایش یک سیگنال باینری، شکل‌موج مربعی است. اینورترها، مبدل‌ها، منابع تغذیه سوئیچینگ و کنترل‌کننده‌های سرعت همه یک ویژگی مشترک دارند و آن این است که این مدارها تعدادی سوئیچ الکترونیکی دارند. این سوئیچ‌ها همان MOSFET، IGBT، TRIAC و امثال آن‌ها است. برای کنترل سوئیچ‌های الکترونیک قدرت، از سیگنال‌های PWM استفاده می‌کنیم. علاوه بر این، سیگنال‌های PWM در کنترل سرو موتورها و نیز کنترل روشنایی ال‌ای‌دی‌ها به‌کار می‌روند.
مدولاسیون پهنای پالس چیست؟
مدولاسیون پهنای پالس یا PWM، سیگنال تولیدی یک قطار پالس بوده و این پالس‌ها یک شکل موج مربعی را تشکیل می‌دهند. به عبارت دیگر، در هر زمان معین، موج در وضعیت بالا (High) یا پایین (Low) خواهد بود. برای درک بهتر، یک سیگنال PWM را با اندازه 5 ولت در نظر بگیرید. در این صورت، سیگنال PWM در وضعیت ۵ ولت (بالا) یا ۰ ولت (پایین) است.
با ضرب چرخه کاری در 100 می‌توان درصد ان را بیان کرد. درصد چرخه کاری، متناسب با ولتاژی است که از منبع می‌گیریم. مثلاً اگر بخواهیم مقدار ولتاژ ۴۰ ولت را از یک منبع ۵۰ ولتی بگیریم، میتوانیم آن را با چرخه کاری ۸۰٪ نشان دهیم. در PWM ولتاژ تولید شده خروجی، از صفر تا مقدار ولتاژ مرجع تعیین شده، تغییر می‌کند. در واقع با استفاده از تکنیک PWM میتوانیم روی مقدار ولتاژ خروجی (و جریان) کنترل داشته باشیم.
جمع بندی
این مدولاسیون فقط عرض سیگنال را تغییر داده و فرکانس همیشه ثابت است. PWM یک روش بسیار موثر برای بدست آوردن ولتاژ خروجی قابل کنترل و قابل تنظیم از ولتاژ ورودی ثابت یا متغیر می‌باشد. روشی برای تنظیم توان الکتریکیِ داده شده به بار، با تغییردادن زمان قطع و وصل شدن منبع توان به بار (در هر سیکل) است. يك وسيله ديجيتال همانند ميكروكنترلر فقط می‌تواند دو سطح كنترلی HIGH=5v و LOW=0V را توليد كند حال اگر خواستيم ولتاژ 2.5 ولت و يا 3 ولت و يا هر ولتاژی بين ۰ و ۵ ولت توليد كنيد از PWM استفاده می‌كنيم.
شکل زیر، یک سیگنال PWM را با چرخه کاری ۵۰٪ نشان می‌دهد.
منابع:
- بلاگ فرادرس
- وبسایت diginic
- وبسایت enee
- وبسایت bornika
منبع: وبسایت بعثت الکترونیک
