PWM

مدوله‌ سازی پهنای پالس یا مدوله‌ سازی پهنای تَپ (به انگلیسی: PWM) به معنای تغییر دادن ضریب وظیفه یک سیگنال به منظور ارسال اطلاعات در یک کانال مخابراتی و یا تنظیم مقدار توان ارسالی به بار است.

PWM یا Pulse Width Modulation یا Pulse Duration Modulation ( مدولاسیون عرض پالس یا مدولاسیون مدت زمان پالس ) نام تکنیکی در الکترونیک است که استفاده گسترده ای در صنایع الکترونیک قدرت و مخابرات دارد.

PWM

مدولاسیون پهنای پالس، استفاده از یک روش کنترل میزان توان به بار بدون نیاز به دفع هر گونه توان در راه انداز بار(driver) است.

در واقع PWM تکنیکی است که به کمک آن می‌توانیم مقدار ولتاژ پایه‌های خروجی کنترلر (مثلا درایو موتور ای سی) اینورتر و فرکانس آن را کنترل کنیم.

تصور کنید بار یک لامپ ‍۱۰ وات از باتری تامین می گردد.

در این حالت باتری ۱۰ وات از قدرت را تامین می کند، و لامپ این ۱۰ وات را به نور و گرما تبدیل می‌کند.

تلفات توان

تلفات توان در هیچ جای دیگر در مدار نداریم

اگر ما یه کم نور لامپ می خواستیم، پس آن فقط ۵ وات از توان را جذب می کند، ما می توانیم یک مقاومت سری قرار دهیم تا ۵ وات توان را جذب کند، سپس لامپ می تواند ۵ وات دیگر را جذب کند.

این کار می کند، اما اتلاف نوان در مقاومت نه تنها باعث می شود که آن بسیار داغ شود، بلکه باعث اتلاف نوان خواهد شددر حالیکه باتری هنوز ۱۰ وات را تامین می‌کند.

راه حل این مشکل تغییر دوره کاری با استفاده از سوئیچ روشن و خاموش سریع لامپ است به طوری که آن را تنها در نیمی از زمان روشن و خاموش می‌کند.

آنگاه به طور متوسط توان گرفته شده توسط لامپ هنوز هم تنها ۵ وات است، و توان متوسط تامین شده توسط باتری تنها ۵ وات نیز عرضه می شود.

اگر ما می خواستیم ۶ وات توان در لامپ اعمال شود، ما می توانیم سوئیچ را برای زمان بیشتری روشن بگذاریم نسبت به زمانی که خاموش است، آنوقت توان کمی بیشتر به طور متوسط به لامپ تحویل داده خواهد شد.

این (on-off switching) روشن خاموش کردن سوئیچ، PWM نامیده می شود.

مقدار توان انتقال یافته به بار متناسب با درصدی از زمان است که بار روشن است.

کاربردها

از جمله کاربردهای این روش می‌توان به منابع تغذیه سوئیچینگ و اینورترها اشاره کرد.

در میکروکنترلر ها نیز PWM برای مصارف مختلفی مانند کنترل نور LED ها ( Fade کردن نور LED ) ، کنترل سرعت موتور های DC , انتقال پیام ، مبدل های ولتاژ و …. استفاده می شود.

در اصل PWM موجی مربعی است که در برخی زمان ها ۰ و برخی زمان ها ۱ است و این ۰ و ۱ شدن ها با فرکانس مرتبی تکرار می شود.

همانگونه که در شکل بالا مشاهده می کنید PWM مانند سایر امواج ، دارای دامنه یا Amplitude ، دور تناوب یا Period و فرکانس است.

عبارت دیگری که در PWM مورد استفاده قرار می گیرد Duty Cycle است.

دیوتی سایکل مدت زمان ۱ بودن به مدت زمان کل پریود در هر سیکل موج است که معمولا بر حسب درصد ( % ) نمایش داده می شود.

به فرض مثال اگر Duty Cycle یک موج PWM برابر با ۴۰% باشد بدان معنی است که در هر سیکل ۴۰% ولتاژ برابر VCC و در ۶۰% اوقات ولتاژ برابر ۰ است.

همانگونه که می دانید در چنین حالتی ولتاژ موثر یا Vrms برابر با ۴۰% VCC خواهد بود.

به فرض مثال شما اگر با یک میکرو با تغذیه ۵V ، موج PWM با دیوتی سایکل ۵۰% ایجاد نمایید ولتاژ RMS شما برابر ۵۰% VCC یا به عبارتی ۲٫۵ ولت خواهد بود.

در شکل زیر تعدادی موج PWM با فرکانس ثابت و دیوتی سایکل متفاوت نمایش داده شده است.

با اعمال موج های PWM بالا به یک ماسفت می وانید توان یک موتور DC را بین ۰ تا ۱۰۰% تغییر دهید که این تغییر توان تاثیر مستقیمی بر سرعت موتور خواهد گذاشت.

همچنین شدت نور LED ها را نیز با استفاده از این روش می توانید بین ۰ ( خاموش ) تا ۱۰۰% ( کاملا روشن و پر نور ) تغییر دهید.

در سیستم های مخابراتی نیز یکی از روش های کد کردن سیگنال ها استفاده از PWM است که در شکل زیر می توانید مشاهده نمایید.