العاكسات والمحولات ودوائر SMPS وأجهزة التحكم في السرعة…. شيء واحد مشترك في كل هذه الدوائر هو أنها تتكون من العديد من المفاتيح الإلكترونية بداخلها. هذه المفاتيح ليست سوى أجهزة إلكترونية تعمل بالطاقة مثل MOSFET و IGBT و TRIAC وما إلى ذلك. من أجل التحكم في مفاتيح الطاقة الإلكترونية هذه ، نستخدم عادة شيئًا يسمى إشارات PWM (تعديل عرض النبض). بصرف النظر عن هذا ، تُستخدم إشارات PWM أيضًا لقيادة محركات المؤازرة وأيضًا للمهام البسيطة الأخرى مثل التحكم في سطوع LED.
في مقالنا السابق تعلمنا عن ADC ، بينما يتم استخدام ADC لقراءة الإشارات التناظرية بواسطة جهاز رقمي مثل متحكم دقيق. يمكن اعتبار PWM على أنه عكس ذلك تمامًا ، يتم استخدام PWM لإنتاج إشارات تناظرية من جهاز رقمي مثل متحكم دقيق. في هذا المقال سنتعرف على ماهية إشارات PWM و PWM وبعض المعلمات المرتبطة بها ، حتى نكون واثقين من استخدامها في تصميماتنا.
ما هو تعديل عرض النبضة؟
PWM تعني تعديل عرض النبض ؛ سوف ندخل في سبب هذا الاسم لاحقًا. ولكن ، في الوقت الحالي ، نفهم PWM كنوع من الإشارات التي يمكن إنتاجها من IC رقمي مثل متحكم أو مؤقت 555. سيكون للإشارة الناتجة سلسلة من النبضات وستكون هذه النبضات في شكل موجة مربعة. أي أنه في أي حالة زمنية معينة ستكون الموجة إما مرتفعة أو منخفضة. لتسهيل الفهم ، دعونا نفكر في إشارة 5V PWM ، في هذه الحالة ستكون إشارة PWM إما 5V (عالية) أو على مستوى الأرض 0V (منخفضة). تسمى المدة التي تظل فيها الإشارات عالية " في الوقت المحدد " والمدة التي تظل فيها الإشارة منخفضة تسمى " وقت التوقف ".
بالنسبة لإشارة PWM ، نحتاج إلى النظر في معلمتين مهمتين مرتبطة بها ، أحدهما دورة عمل PWM والآخر هو تردد PWM.
دورة عمل PWM
كما ذكرنا سابقًا ، تظل إشارة PWM قيد التشغيل لفترة معينة ثم تظل متوقفة لبقية الفترة. ما يجعل إشارة PWM هذه خاصة وأكثر فائدة هو أنه يمكننا تعيين المدة التي يجب أن تظل فيها من خلال التحكم في دورة عمل إشارة PWM.
تسمى النسبة المئوية للوقت الذي تظل فيه إشارة PWM عالية (في الوقت المحدد) كدورة عمل. إذا كانت الإشارة في وضع التشغيل دائمًا ، فهي في دورة عمل بنسبة 100٪ ، وإذا كانت متوقفة عن التشغيل دائمًا ، تكون 0٪ من دورة العمل. يتم عرض الصيغ لحساب دورة العمل أدناه.
دورة العمل = وقت التشغيل / (وقت التشغيل + وقت الإيقاف)
تمثل الصورة التالية إشارة PWM مع دورة عمل بنسبة 50٪. كما ترى ، مع الأخذ في الاعتبار فترة زمنية كاملة (في الوقت المحدد + وقت التوقف) ، تظل إشارة PWM قيد التشغيل لمدة 50 ٪ فقط من الفترة الزمنية.
التردد = 1 / الفترة الزمنية الفترة الزمنية = وقت التشغيل + وقت التوقف
عادةً ما تكون إشارات PWM الناتجة عن وحدة التحكم الدقيقة حوالي 500 هرتز ، وسيتم استخدام هذه الترددات العالية في أجهزة التحويل عالية السرعة مثل المحولات أو المحولات. ولكن ليست كل التطبيقات تتطلب ترددًا عاليًا. على سبيل المثال للتحكم في محرك سيرفو نحتاج إلى إنتاج إشارات PWM بتردد 50 هرتز ، وبالتالي فإن تردد إشارة PWM يمكن التحكم فيه أيضًا عن طريق البرنامج لجميع وحدات التحكم الدقيقة.
بعض الأسئلة الشائعة عن PWM
ما الفرق بين دورة التشغيل وتردد إشارة PWM؟
غالبًا ما يتم الخلط بين دورة العمل وتردد إشارات PWM. كما نعلم ، فإن إشارة PWM هي موجة مربعة ذات وقت محدد ووقت راحة. مجموع هذا في الوقت المحدد و قبالة الوقت وكما دعا فترة زمنية واحدة. يسمى معكوس فترة زمنية واحدة التردد. بينما يتم تحديد مقدار الوقت الذي يجب أن تظل فيه إشارة PWM في فترة زمنية واحدة من خلال دورة العمل لـ PWM.
لتوضيح الأمر ، يتم تحديد السرعة التي يجب أن يتم بها تشغيل إشارة PWM وإيقاف تشغيلها من خلال تردد إشارة PWM وبهذه السرعة يتم تحديد المدة التي يجب أن تظل فيها إشارة PWM قيد التشغيل من خلال دورة عمل إشارة PWM.
كيفية تحويل إشارات PWM إلى جهد تناظري؟
بالنسبة للتطبيقات البسيطة مثل التحكم في سرعة محرك DC أو ضبط سطوع LED ، نحتاج إلى تحويل إشارات PWM إلى جهد تناظري. يمكن القيام بذلك بسهولة باستخدام مرشح RC وهو شائع الاستخدام حيث تكون ميزة DAC مطلوبة. الدائرة لنفسه مبينة أدناه
في الرسم البياني الموضح أعلاه ، اللون الأصفر هو إشارة PWM واللون الأزرق هو الجهد التناظري الناتج. يمكن حساب قيمة المقاوم R1 والمكثف C1 بناءً على تردد إشارة PWM ولكن عادةً ما يتم استخدام المقاوم 5.7K أو 10K و 0.1u أو 1u Capacitor.
كيف تحسب جهد الخرج لإشارة PWM؟
سيكون جهد الخرج لإشارة PWM بعد تحويلها إلى تناظري هو النسبة المئوية لدورة التشغيل. على سبيل المثال ، إذا كان جهد التشغيل 5 فولت ، فستكون إشارة PWM أيضًا 5 فولت عندما تكون عالية. في مثل هذه الحالة لدورة عمل بنسبة 100٪ ، سيكون جهد الخرج 5 فولت لدورة عمل بنسبة 50٪ سيكون 2.5 فولت.
الجهد الناتج = دورة العمل (٪) * 5
أمثلة:
لقد استخدمنا سابقًا PWM مع وحدات تحكم دقيقة مختلفة في العديد من مشاريعنا:
- تعديل عرض النبض مع ATmega32
- PWM مع Arduino Uno
- توليد PWM باستخدام متحكم PIC
- دروس Raspberry Pi PWM
- التحكم في محرك سيرفو مع Raspberry Pi
- تعديل عرض النبضة (PWM) باستخدام MSP430G2
- تعديل عرض النبضة (PWM) في STM32F103C8
- التحكم في محرك سيرفو مع Raspberry Pi
- التحكم في محرك التيار المستمر مع Raspberry Pi
- 1 وات LED باهتة
- اردوينو LED باهتة باستخدام PWM
تحقق كذلك من جميع المشاريع المتعلقة بـ PWM هنا.