PWM म्हणजे काय - पल्स विड्थ मॉड्युलेशन

मॉड्युलेशन ही एक नॉन-लिनियर इलेक्ट्रिकल प्रक्रिया आहे ज्यामध्ये एका सिग्नलचे पॅरामीटर्स (वाहक) दुसर्या सिग्नल (मॉड्युलेटिंग, माहिती) वापरून बदलले जातात. संप्रेषण तंत्रज्ञानामध्ये, वारंवारता, मोठेपणा आणि फेज मॉड्युलेशनचा मोठ्या प्रमाणावर वापर केला जातो. पॉवर इलेक्ट्रॉनिक्स आणि मायक्रोप्रोसेसर तंत्रज्ञानामध्ये, पल्स-रुंदी मॉड्यूलेशन व्यापक झाले आहे.

PWM (पल्स विड्थ मॉड्युलेशन) म्हणजे काय

मूळ सिग्नलच्या पल्स-रुंदी मॉड्यूलेशनसह, मूळ सिग्नलचे मोठेपणा, वारंवारता आणि टप्पा अपरिवर्तित राहतात. आयताकृती नाडीचा कालावधी (रुंदी) माहिती सिग्नलच्या कृती अंतर्गत बदलू शकतो. इंग्रजी तांत्रिक साहित्यात, PWM - पल्स-रुंदी मॉड्यूलेशन म्हणून संक्षिप्त केले जाते.

PWM कसे कार्य करते

पल्स रुंदी मॉड्यूलेटेड सिग्नल दोन प्रकारे तयार होतो:

• अॅनालॉग
• डिजिटल

पीडब्लूएम सिग्नल तयार करण्याच्या अॅनालॉग पद्धतीसह, सॉटूथ किंवा त्रिकोणी सिग्नलच्या स्वरूपात वाहक इन्व्हर्टिंगला दिले जाते. तुलनाकर्ता इनपुट, आणि माहिती - नॉन-इनव्हर्टिंगवर. जर तात्कालिक वाहक पातळी मॉड्युलेटिंग सिग्नलपेक्षा जास्त असेल, तर तुलनाकर्त्याचे आउटपुट शून्य असेल, जर कमी असेल तर - एक. आउटपुट हा वाहक त्रिकोण किंवा करवतीच्या वारंवारतेशी संबंधित फ्रिक्वेंसी आणि मॉड्युलेटिंग व्होल्टेजच्या पातळीच्या प्रमाणात नाडीची लांबी असलेला एक स्वतंत्र सिग्नल आहे.

उदाहरण म्हणून, त्रिकोणी सिग्नलचे पल्स रुंदी मॉड्यूलेशन रेखीय वाढते आहे. आउटपुट डाळींचा कालावधी आउटपुट सिग्नलच्या पातळीच्या प्रमाणात आहे.

एनालॉग पीडब्ल्यूएम कंट्रोलर तयार मायक्रोक्रिकेटच्या स्वरूपात देखील उपलब्ध आहेत, ज्यामध्ये एक तुलनाकर्ता आणि वाहक जनरेशन सर्किट स्थापित केले आहे. बाह्य वारंवारता-सेटिंग घटक कनेक्ट करण्यासाठी आणि माहिती सिग्नल पुरवण्यासाठी इनपुट आहेत. आउटपुटमधून एक सिग्नल काढला जातो जो शक्तिशाली विदेशी की नियंत्रित करतो. फीडबॅकसाठी इनपुट देखील आहेत - ते सेट कंट्रोल पॅरामीटर्स राखण्यासाठी आवश्यक आहेत. अशी, उदाहरणार्थ, TL494 चिप आहे. ज्या प्रकरणांमध्ये ग्राहकांची शक्ती तुलनेने कमी आहे, अंगभूत की सह PWM नियंत्रक उपलब्ध आहेत. LM2596 microcircuit ची अंतर्गत की 3 amperes पर्यंत विद्युत् प्रवाहासाठी डिझाइन केलेली आहे.

डिजिटल पद्धत विशेष मायक्रोक्रिकेट किंवा मायक्रोप्रोसेसर वापरून चालते. नाडीची लांबी अंतर्गत प्रोग्रामद्वारे नियंत्रित केली जाते. लोकप्रिय PIC आणि AVR सह अनेक मायक्रोकंट्रोलर्समध्ये PWM “ऑनबोर्ड” च्या हार्डवेअर अंमलबजावणीसाठी अंगभूत मॉड्यूल आहे, PWM सिग्नल प्राप्त करण्यासाठी, आपल्याला मॉड्यूल सक्रिय करणे आणि त्याचे ऑपरेशन पॅरामीटर्स सेट करणे आवश्यक आहे.असे मॉड्यूल उपलब्ध नसल्यास, PWM पूर्णपणे सॉफ्टवेअरद्वारे आयोजित केले जाऊ शकते, हे अवघड नाही. ही पद्धत आउटपुटच्या लवचिक वापराद्वारे अधिक शक्ती आणि स्वातंत्र्य देते, परंतु अधिक नियंत्रक संसाधने वापरते.

PWM सिग्नलची वैशिष्ट्ये

PWM सिग्नलची महत्त्वाची वैशिष्ट्ये आहेत:

• मोठेपणा (यू);
• वारंवारता (f);
• कर्तव्य चक्र (S) किंवा कर्तव्य चक्र D.

व्होल्ट्समधील मोठेपणा लोडवर अवलंबून सेट केले जाते. हे ग्राहकांचे रेट केलेले पुरवठा व्होल्टेज प्रदान करणे आवश्यक आहे.

पल्स रुंदीद्वारे मोड्युलेटेड सिग्नलची वारंवारता खालील विचारांतून निवडली जाते:

1. वारंवारता जितकी जास्त तितकी नियंत्रण अचूकता जास्त.
2. वारंवारता PWM द्वारे नियंत्रित केलेल्या डिव्हाइसच्या प्रतिसाद वेळेपेक्षा कमी नसावी, अन्यथा नियंत्रित पॅरामीटरच्या लक्षात येण्याजोग्या लहरी येतील.
3. वारंवारता जितकी जास्त असेल तितके जास्त स्विचिंग नुकसान. की स्विचिंग वेळ मर्यादित आहे या वस्तुस्थितीवरून उद्भवते. लॉक केलेल्या अवस्थेत, सर्व पुरवठा व्होल्टेज मुख्य घटकावर कमी होते, परंतु जवळजवळ कोणतेही वर्तमान नसते. खुल्या स्थितीत, संपूर्ण लोड करंट कीमधून वाहतो, परंतु व्होल्टेज ड्रॉप लहान असतो, कारण थ्रूपुट प्रतिरोध काही ओहम असतो. दोन्ही प्रकरणांमध्ये, वीज अपव्यय नगण्य आहे. एका राज्यातून दुस-या राज्यात संक्रमण लवकर होते, परंतु त्वरित नाही. अनलॉकिंग-लॉकिंगच्या प्रक्रियेत, अंशतः उघडलेल्या घटकावर मोठा व्होल्टेज कमी होतो आणि त्याच वेळी त्यामधून एक महत्त्वपूर्ण प्रवाह वाहतो. यावेळी, उधळलेली शक्ती उच्च मूल्यांपर्यंत पोहोचते. हा कालावधी लहान आहे, कीला लक्षणीय उबदार होण्यासाठी वेळ नाही.परंतु वेळेच्या प्रति युनिट अशा वेळेच्या मध्यांतरांच्या वारंवारतेत वाढ झाल्याने ते अधिक होते आणि उष्णतेचे नुकसान वाढते. म्हणून, की तयार करण्यासाठी, वेगवान घटक वापरणे महत्वाचे आहे.
4. गाडी चालवताना विद्युत मोटर वारंवारता एखाद्या व्यक्तीला ऐकू येईल अशा क्षेत्रापासून दूर नेली पाहिजे - 25 kHz आणि त्याहून अधिक. कारण कमी PWM वारंवारतेवर, एक अप्रिय शिट्टी येते.

या आवश्यकता अनेकदा एकमेकांशी संघर्षात असतात, त्यामुळे काही प्रकरणांमध्ये वारंवारता निवडणे ही तडजोड असते.

मॉड्युलेशन व्हॅल्यू ड्यूटी सायकलचे वैशिष्ट्य दर्शवते. नाडी पुनरावृत्ती दर स्थिर असल्याने, कालावधीचा कालावधी देखील स्थिर असतो (T=1/f). कालावधीमध्ये एक आवेग आणि विराम असतो, अनुक्रमे कालावधी, टी_imp आणि टी_{विराम देतो}, आणि टी_imp+t_{विराम देतो}=टी. कर्तव्य चक्र म्हणजे नाडी कालावधी आणि कालावधीचे गुणोत्तर - S \u003d t_imp/ट. परंतु व्यवहारात परस्पर मूल्य वापरणे अधिक सोयीस्कर ठरले - फिल फॅक्टर: D=1/S=T/t_imp. टक्केवारी म्हणून फिल फॅक्टर व्यक्त करणे अधिक सोयीचे आहे.

PWM आणि SIR मध्ये काय फरक आहे

परदेशी तांत्रिक साहित्यात पल्स-रुंदी मॉड्यूलेशन आणि पल्स-रुंदी नियमन (PWR) मध्ये फरक नाही. रशियन तज्ञ या संकल्पनांमध्ये फरक करण्याचा प्रयत्न करीत आहेत. खरं तर, PWM हा एक प्रकारचा मॉड्युलेशन आहे, म्हणजे, दुसर्याच्या प्रभावाखाली वाहक सिग्नलमध्ये बदल, एक मॉड्युलेटिंग. वाहक सिग्नल माहितीचे वाहक म्हणून कार्य करते आणि मॉड्युलेटिंग सिग्नल ही माहिती सेट करते. आणि पल्स-रुंदीचे नियमन हे PWM वापरून लोड मोडचे नियमन आहे.

PWM ची कारणे आणि अनुप्रयोग

पल्स रुंदी मॉड्यूलेशनचे सिद्धांत वापरले जाते शक्तिशाली एसिंक्रोनस मोटर्सचे स्पीड कंट्रोलर. या प्रकरणात, अॅडजस्टेबल फ्रिक्वेन्सी मॉड्युलेटिंग सिग्नल (सिंगल-फेज किंवा थ्री-फेज) कमी-पॉवर साइन वेव्ह जनरेटरद्वारे व्युत्पन्न केले जाते आणि वाहकावर अॅनालॉग पद्धतीने सुपरइम्पोज केले जाते. आउटपुट एक PWM सिग्नल आहे, जे आवश्यक शक्तीच्या कळांना दिले जाते. नंतर आपण कमी-पास फिल्टरद्वारे डाळींचा परिणामी क्रम पास करू शकता, उदाहरणार्थ, साध्या आरसी सर्किटद्वारे आणि मूळ साइनसॉइड निवडा. किंवा आपण त्याशिवाय करू शकता - इंजिनच्या जडत्वामुळे फिल्टरेशन नैसर्गिकरित्या होईल. अर्थात, वाहक वारंवारता जितकी जास्त असेल तितकी आउटपुट वेव्हफॉर्म मूळ साइनसॉइडच्या जवळ असेल.

एक नैसर्गिक प्रश्न उद्भवतो - जनरेटरचे सिग्नल त्वरित वाढवणे का अशक्य आहे, उदाहरणार्थ, शक्तिशाली ट्रान्झिस्टर वापरणे? कारण एक रेग्युलेटिंग एलिमेंट रेखीय मोडमध्ये कार्यरत आहे, लोड आणि की दरम्यान शक्तीचे पुनर्वितरण करेल. या प्रकरणात, मुख्य घटकावर महत्त्वपूर्ण शक्ती वाया जाते. जर शक्तिशाली नियंत्रण घटक की मोडमध्ये कार्य करत असेल (ट्रिनिस्टर, ट्रायक, आरजीबीटी ट्रान्झिस्टर), तर शक्ती कालांतराने वितरीत केली जाते. नुकसान खूपच कमी असेल आणि कार्यक्षमता खूप जास्त असेल.

डिजिटल तंत्रज्ञानामध्ये, पल्स-रुंदीच्या नियमनाला विशेष पर्याय नाही. सिग्नलचे मोठेपणा तेथे स्थिर आहे, व्होल्टेज आणि करंट केवळ नाडीच्या रुंदीच्या बाजूने वाहक मोड्युलेट करून आणि त्यानंतर त्याची सरासरी करून बदलले जाऊ शकतात. म्हणून, PWM चा वापर अशा वस्तूंवर व्होल्टेज आणि करंट नियंत्रित करण्यासाठी केला जातो जे पल्स सिग्नलची सरासरी करू शकतात. सरासरी वेगवेगळ्या प्रकारे होते:

1. लोड जडत्वामुळे.अशाप्रकारे, थर्मोइलेक्ट्रिक हीटर्स आणि इनॅन्डेन्सेंट दिवे यांच्या थर्मल जडत्वामुळे नियमन केलेल्या वस्तूंना डाळींमधील विरामांमध्ये लक्षणीयपणे थंड होऊ देत नाही.
2. बोधाच्या जडत्वामुळे. LED ला नाडीपासून नाडीकडे जाण्यासाठी वेळ आहे, परंतु मानवी डोळ्याला हे लक्षात येत नाही आणि ते वेगवेगळ्या तीव्रतेसह सतत चमक म्हणून समजते. हे तत्त्व एलईडी मॉनिटर्सच्या ठिपक्यांचे ब्राइटनेस नियंत्रित करण्यासाठी वापरले जाते. परंतु अनेक शंभर हर्ट्झच्या वारंवारतेसह अगोचर ब्लिंकिंग अजूनही अस्तित्वात आहे आणि डोळ्यांना थकवा आणतो.
3. यांत्रिक जडत्वामुळे. हा गुणधर्म ब्रश केलेल्या डीसी मोटर्सच्या नियंत्रणासाठी वापरला जातो. नियमनच्या योग्यरित्या निवडलेल्या वारंवारतेसह, मोटरला मृत विरामांमध्ये मंद होण्यास वेळ नाही.

म्हणून, PWM चा वापर केला जातो जेथे व्होल्टेजचे सरासरी मूल्य किंवा वर्तमान निर्णायक भूमिका बजावते. नमूद केलेल्या सामान्य प्रकरणांव्यतिरिक्त, PWM पद्धत वेल्डिंग मशीन आणि बॅटरी चार्जर इत्यादींमधील सरासरी प्रवाह नियंत्रित करते.

नैसर्गिक सरासरी काढणे शक्य नसल्यास, बर्याच प्रकरणांमध्ये ही भूमिका आधीच नमूद केलेल्या लो-पास फिल्टरद्वारे घेतली जाऊ शकते (LPF) आरसी साखळीच्या स्वरूपात. व्यावहारिक हेतूंसाठी, हे पुरेसे आहे, परंतु हे समजले पाहिजे की विकृतीशिवाय लो-पास फिल्टर वापरून पीडब्ल्यूएममधून मूळ सिग्नल वेगळे करणे अशक्य आहे. शेवटी, पीडब्ल्यूएम स्पेक्ट्रममध्ये अनंत संख्येने हार्मोनिक्स असतात जे अपरिहार्यपणे फिल्टरच्या पासबँडमध्ये येतात. म्हणून, पुनर्रचित सायनसॉइडच्या आकाराबद्दल भ्रम निर्माण करू नये.

अतिशय कार्यक्षम आणि प्रभावी PWM RGB LED नियंत्रण. या उपकरणात तीन p-n जंक्शन आहेत - लाल, निळा, हिरवा.प्रत्येक चॅनेलच्या ग्लोची ब्राइटनेस स्वतंत्रपणे बदलून, आपण एलईडी ग्लोचा जवळजवळ कोणताही रंग (शुद्ध पांढरा अपवाद वगळता) मिळवू शकता. PWM सह प्रकाश प्रभाव निर्माण करण्याच्या शक्यता अनंत आहेत.

पल्स रुंदी मोड्यूलेटेड डिजिटल सिग्नलचा सर्वात सामान्य वापर म्हणजे लोडमधून वाहणारा सरासरी विद्युत् प्रवाह किंवा व्होल्टेज नियंत्रित करणे. परंतु या प्रकारच्या मॉड्यूलेशनचा गैर-मानक वापर देखील शक्य आहे. हे सर्व विकसकाच्या कल्पनेवर अवलंबून असते.

तत्सम लेख: