אפנון רוחב דופק
PWM או PWM (Pulse Width Modulation) היא דרך לשלוט באספקת החשמל לעומס. הבקרה מורכבת משינוי משך הדופק בקצב חזרות קבוע של הדופק. אפנון רוחב דופק זמין באנלוגים, דיגיטליים, בינאריים וטרינריים.
השימוש באפנון רוחב הפולסים מאפשר להגביר את היעילות של ממירים חשמליים, במיוחד עבור ממירי פולסים, המהווים היום בסיס לספקי כוח משניים למכשירים אלקטרוניים שונים. Flyback ו-forward single, push-pull וחצי גשר, כמו גם ממירי מיתוג גשר נשלטים היום בהשתתפות PWM, זה חל גם על ממירי תהודה.
אפנון רוחב דופק מאפשר לך להתאים את בהירות התאורה האחורית של צגי גביש נוזלי של טלפונים ניידים, סמארטפונים, מחשבים ניידים. PWM מיושם ב מכונות ריתוך, בממירים לרכב, במטענים וכו'. כל מטען היום משתמש ב-PWM בהפעלתו.
טרנזיסטורים דו-קוטביים במצב מפתח ואפקט-שדה משמשים כרכיבי מיתוג בממירים מודרניים בתדר גבוה. זה אומר שחלק מהתקופה הטרנזיסטור פתוח לגמרי וחלק מהתקופה הוא סגור לגמרי.
ומכיוון שבמצבים חולפים הנמשכים רק עשרות ננו-שניות, ההספק שמשחרר המתג קטן בהשוואה להספק המותג, כתוצאה מכך, ההספק הממוצע המשתחרר בצורת חום על המתג מתגלה כזניח. במקרה זה, במצב סגור, ההתנגדות של הטרנזיסטור כמתג קטנה מאוד, ומפל המתח על פניו מתקרב לאפס.
במצב פתוח, המוליכות של הטרנזיסטור קרובה לאפס והזרם כמעט אינו זורם דרכו. זה מאפשר ליצור ממירים קומפקטיים ביעילות גבוהה, כלומר עם הפסדי חום נמוכים. ממירי תהודה ZCS (Zero Current Switching) ממזערים את ההפסדים הללו.
במחוללי PWM מסוג אנלוגי, אות הבקרה נוצר על ידי משווה אנלוגי כאשר, למשל, אות משולש או טריודה מופעל על הכניסה ההפוכה של המשווה ואות רציף מאפנן מופעל על הכניסה הלא מתהפכת.
פולסי פלט מתקבלים מַלבֵּנִי, קצב החזרות שלהם שווה לתדירות המסור (או צורת הגל המשולשת), ומשך החלק החיובי של הדופק קשור לזמן שבו רמת האות DC המודנן המופעל על הקלט הלא-היפוך של המשווה גבוה מרמת אות המסור שמוזן לכניסת ההיפוך.כאשר מתח המסור גבוה מהאות המאפנן, הפלט יהיה החלק השלילי של הדופק.
אם המסור מופעל על הקלט הלא-היפוך של המשווה, והאות המאפנן מופעל על זה המתהפך, אז לפולסי הפלט של הגל הריבועי יהיה ערך חיובי כאשר מתח המסור גבוה מהערך של האות המאפנן. מוחל על הכניסה ההפוכה, ושלילי - כאשר מתח המסור נמוך מהאות המאפנן. דוגמה לדור PWM אנלוגי הוא שבב TL494, שנמצא כיום בשימוש נרחב בבניית ספקי כוח מיתוג.
PWM דיגיטלי משמש בטכנולוגיה דיגיטלית בינארית. פולסי המוצא מקבלים גם רק אחד משני ערכים (מופעל או כבוי), ורמת הפלט הממוצעת מתקרבת לרצוי. כאן, אות שן המסור מתקבל על ידי שימוש במונה N-bit.
התקנים דיגיטליים של PWM פועלים גם הם בתדר קבוע, החורג בהכרח מזמן התגובה של המכשיר הנשלט, גישה זו נקראת דגימת יתר. בין קצוות השעון, פלט ה-PWM הדיגיטלי נשאר יציב, גבוה או נמוך, בהתאם למצב הנוכחי של הפלט של המשווה הדיגיטלי, המשווה את רמות האות המונה והדיגיטלי המשוער.
היציאה מתועדת כרצף של פולסים עם מצבים 1 ו-0, כל מצב של השעון עשוי להיות הפוך או לא. תדירות הפולסים פרופורציונלית לרמת האות המתקרב, ויחידות עוקבות יכולות ליצור פולס רחב יותר וארוך יותר.
הפולסים ברוחב המשתנה המתקבלים יהיו כפולות של תקופת השעון, והתדר יהיה שווה ל-1/2NT, כאשר T הוא תקופת השעון, N הוא מספר מחזורי השעון. ניתן להשיג כאן תדר נמוך יותר מבחינת תדר השעון. סכימת היצור הדיגיטלי המתוארת היא אפנון PCM של סיביות אחת או שתי רמות PWM, מקודדת פולסים.
אפנון דו-שלבי זה מקודד פולסים הוא בעצם רצף של פולסים בתדירות של 1/T ורוחב של T או 0. דגימת יתר משמשת לממוצע על פני פרק זמן ארוך יותר. PWM באיכות גבוהה מושגת על ידי אפנון צפוף בפולס בודד, הנקרא גם אפנון תדר דופק.
באפנון רוחב פולסים דיגיטלי, תת-הפולסים המלבניים שממלאים את התקופה יכולים להופיע בכל מקום בתקופה, ואז רק מספרם משפיע על הערך הממוצע של האות לתקופה. אז אם נחלק את התקופה ל-8 חלקים, אז שילובי הדופק 11001100, 11110000, 11000101, 10101010 וכו'. ייתן את אותו ממוצע תקופה, אבל היחידות הבודדות הופכות את מחזור העבודה של טרנזיסטור המפתח לכבד יותר.
המאורות של האלקטרוניקה, אם כבר מדברים על PWM, נותנים אנלוגיה דומה למכניקה. אם אתה מסובב גלגל תנופה כבד עם המנוע לאחר שניתן להפעיל או לכבות את המנוע, גלגל התנופה יסתובב וימשיך להסתובב או ייעצר עקב חיכוך כאשר המנוע כבוי.
אבל אם המנוע מופעל לכמה שניות לדקה, אז הסיבוב של גלגל התנופה יישמר עקב אינרציה במהירות מסוימת. וככל שהמנוע מופעל זמן רב יותר, כך מהירות הסיבוב של גלגל התנופה גבוהה יותר.אז עם PWM, אות הפעלה וכיבוי (0 ו-1) מגיע ליציאה והתוצאה היא ערך ממוצע. על ידי שילוב מתח הפולסים לאורך זמן, נקבל את השטח מתחת לפולסים, וההשפעה על גוף העבודה תהיה זהה לעבודה עם ערך ממוצע של המתח.
כך עובדים הממירים, כאשר המיתוג מתרחש אלפי פעמים בשנייה, והתדרים מגיעים ליחידות של מגה-הרץ. בקרי PWM מיוחדים נמצאים בשימוש נרחב לשליטה בנטל של מנורות חסכוניות באנרגיה, ספקי כוח, ממירי תדר למנועים וכו '
היחס בין משך הזמן הכולל של תקופת הדופק לזמן ההפעלה (החלק החיובי של הדופק) נקרא מחזור העבודה. לכן, אם זמן ההפעלה הוא 10 מיקרומטרים, והתקופה נמשכת 100 מיקרומטר, אז בתדר של 10 קילו-הרץ, מחזור העבודה יהיה 10, והם כותבים ש-S = 10. מחזור העבודה ההפוך נקרא חובה cycle, באנגלית Duty cycle או בקיצור DC.
אז, עבור הדוגמה הנתונה, DC = 0.1 שכן 10/100 = 0.1. עם אפנון רוחב דופק, על ידי התאמת מחזור העבודה של הדופק, כלומר על ידי שינוי הזרם הישר, הערך הממוצע הנדרש מושג במוצא של מכשיר אלקטרוני או אחר, כגון מנוע.