مدولاسیون پهنای پالس
مُدولاسیون پهنای پالس یا مُدولاسیون عرض پالس (انگلیسی: Pulse Width Modulation, PWM)، روشی برای تنظیم توان الکتریکیِ داده‌شده به بار، با تغییردادن زمان قطع و وصل شدن منبع توان به بار (در هر سیکل) است.[1]
مدولاسیون پهنای پالس (PWM)، در مهندسی الکترونیک و کنترل، کاربردهای گوناگونی دارد.
بخش اصلی PWM، یک سیگنال کنترلی به شکل موج مربعی (پالس) است، به‌طوری‌که دورۀ کاری (Duty cycle) پالس‌ها، در هر دورۀ تناوب موج (هر سیکل)، قابل تنظیم است (شکل زیر را ببینید). دورۀ کاری، نسبت مدتِ High بودن موج مربعی به دورۀ تناوب آن است، و بر حسب درصد (%) بیان می‌شود. در واقع این سیگنال، قطع و وصل شدن منبع توان به بار را تعیین می‌کند (مثلاً با کنترل باز و بسته شدن یک سوییچ الکترونیکی). مثلاً اگر دورۀ کاری موج مربعی، ۴۰% باشد، در ۴۰% هر دورۀ تناوب، بار به منبع توان وصل است و در باقی آن، قطع می‌شود. در این حالت، مقدار متوسط توان داده‌شده به بار، برابر با ۴۰% توان کل منبع (تغذیه) خواهد بود. اگر یک میکروکنترولر با تغذیه ۵ ولت ()، سیگنال PWM با دورۀ کاری ۵۰% تولید کند، مقدار متوسط موج مربعی تولیدشده، برابر ۵۰% یا ۲٫۵ ولت خواهد بود. به طور کلی، اگر دورۀ کاری به‌صورت کسری و با نشان داده‌شود، مقدار متوسط ولتاژ، برابر ، و مقدار مؤثر (RMS) آن، برابر می‌شود.
در مبحث طراحی منابع تغذیه و کنترل سطح ولتاژ، مدولاسیون پهنای پالس، روشی برای کنترل توان بدون نیاز به دفع یا اتلاف هر گونه توان در راه انداز (driver) است. در واقع PWM تکنیکی است که به کمک آن می‌توان مقدار ولتاژ، و بنابر این، مقدار توان را کنترل کرد.
مثالی از کاربرد PWM
یک لامپ ۱۰ وات، ۱۰ وات توان الکتریکی را به نور و گرما تبدیل می‌کند. برای کم‌کردن نور لامپ، مثلاً به اندازه ۵ وات، می‌توان یک مقاومت را با لامپ سری کرد تا ۵ وات توان را جذب کند، و لامپ ۵ وات دیگر را جذب کند. اگر چه این کار، عملی است اما اتلاف توان در مقاومت نه تنها باعث می‌شود که داغ شود، بلکه باعث اتلاف توان خواهد شد، در حالی‌که منبع توان هنوز ۱۰ وات را تأمین می‌کند.
راه حل این مشکل تغییر دوره کاری لامپ از راه روشن و خاموش کردن سریع لامپ با استفاده از یک سوییچ است به طوری که آن را تنها در نیمی از دوره (سیکل) روشن کند (دورۀ کاری 50%). آنگاه به‌طور متوسط توان داده‌شده به لامپ تنها ۵ وات است، و توان متوسط تأمین‌شده توسط منبع توان نیز تنها ۵ وات خواهد بود. اگر بخواهیم لامپ ۶ وات توان مصرف کند، می‌توانیم سوئیچ را برای زمان بیشتری در هر سیکل روشن گذاشت، آنگاه به‌طور متوسط توان بیشتری به لامپ داده خواهد شد. این روشن-خاموش کردن سوئیچ، با سیگنال PWM صورت می‌گیرد. مقدار توان انتقال‌یافته به بار متناسب با دورۀ کاری پالس PWM است.
انواع
- سیگما
- دلتا
- سیگما-دلتا
- مدولاسیون بردار فضایی
کاربردها
از جمله مهم‌ترین کاربردهای این روش می‌توان به منابع تغذیه سوییچینگ و اینورترها اشاره کرد. هم‌چنین با استفاده از میکروکنترلرها، از PWM برای کاربردهای مختلفی مانند کنترل نور لامپهای ال‌ای‌دی (با دیمر)، یا کنترل سرعت موتورها استفاده می‌شود.
