كيفية تعديل عرض النبضة PWM

شرح تعديل عرض النبضة PWM

لتوضيح ماهى إشارة PWM سوف نأخذ مثال بسيط لو لدينا موتور وبطارية 9 فولت موصلة به سوف يعمل الموتور واكنه سوف يستهلك كل الجهد ولكن إذا التحكم في سرعة الموتور عن طريق إجزء من الجهد أقل من 9 فولت مثل 1 او 2 فولت وكلما زاد الجهد زادت سرعة الموتور كيف يمكن عمل ذلك ؟ أول ما يأتي بخاطرك هو إستخدام مقاومة متغيرة وهذه الفكرة صحيحة حيث أن كلما زادت قيمة المقاومة تأخذ جهد أكبر من البطارية والجهد الباقي يذهب إلى الموتور وبالتالي يمكن التحكم في سرعة الموتور عن طريق المقاومة المتغيرة بزيادة أو نقصان قيمتها,ولكن توجد عيوب لهذه الطريقة وهي:
تعرض المقاومة المتغيرة للتلف عند تحملها للطاقة Power عالى

نفترض أن البطارية قيمتها 9 فولت والمقاومة قيمتها 1 كيلو أوم والموتوريسحب في هذه الحالة 100 ملي أمبير ,ماهى مقدار الطاقة Power التى من المفترض أن تتحملها المقاومة حتى لا تتلف ؟يمكن حسابها من المعادلة التالية:

كيفية حساب مقدار الطاقة التى تتحملها المقاومة

نجد أن قيمة الطاقة Power التى من المفترض أن تتحملها المقاومة هي 10 وات وهذه القيمة من الممكن توفرها في السوق ولكن من الممكن أن تكون كبيرة في الحجم ,ولتقليل قيمة الطاقة Power إما نقلل قيمة التيار وهذا لا يمكن لأن الموتور يحتاج إلى 100 ملي أمبير حتى يعمل ولذلك ليس أمامنا خيار إلا تقليل قيمة المقاومة فمثلا نجعلها 100 أوم نجد أن الطاقة Power قيمته 1 وات ولكن إذا كان الموتو يحتاج إلى 1 أمبير ليعمل وكانت قيمة المقاومة 100 أوم نجد أن قيمة الطاقة Power تصبح 100 وات مما يعرض المقاومة للتلف.

استخدام مقاومة ضخمة الحجم لتشغيل الموتور يسحب أكثر من 100 ميلي أمبير وتأخذ حيزا كبيراوغالية السعر مما يصعب من استخدامها.

ماهي إشارة PWM ؟ Pulse Width Modulation

هي عبارة عن إشارة نستخدمها للتحكم في تشغيل الحمل بمقدار معين من الطاقة Power وتكون هذه القيمة متوسطة بين التشغيل التام وعدم التشغيل وبذلك نكون قد قمنا بتغيير عرض الإشارة أو عرض الموجة الواصلة إلى الحمل المراد تشغيله.
القيمة المتوسطة Average (mean)Value تختلف قيمتها على حسب مقدار تقطيع الإشارة الكاملة أو الموجة حيث أنها عبارة عن قيمة ال ON من قيمة الإشارة التى نقوم بتقطيعها فمن الممكن أن تكون 50% أو 10% أو 80% ...الخ.

Duty Cycle

هي عبارة عن مقدار أو نسبة زمن ON إلى الزمن الدوري وبتغيير Duty Cycle نشتطيع توليد إشارات مختلفة أو تغيير التردد مثل توليد الصوت بإرتفاعه أو تقليله ؛والتحكم في الطاقة مثل التحكم في سرعة الموتور أو التحكم في شدة الإضاءة.
ويمكن الحصول على Duty Cycle من خلال المعادلة التالية:

كيفية الحصول على Duty Cycle

حيث أن الزمن الدورى هو الزمن من بداية الإشارة إلى نهاية الإشارة ويتم التعبير عنه ب T؛فمثلا لو كانت T _ON قيمتها 0.5 ثانية والزمن الدوري قيمته 2 ثانية تصبح قيمة Duty Cycle تساوي 25%؛أما إذا كانتT _ON قيمتها 1 ثانية والزمن الدوري قيمته 2 ثانية تصبح قيمة Duty Cycle تساوي 50%؛ولو كانتT _ON قيمتها 2 ثانية والزمن الدوري قيمته 3 ثانية تصبح قيمة Duty Cycle تساوي 66.5%؛ ولو T _ONقيمتها 2 ثانية والزمن الدوري قيمته 2 ثانية تصبح قيمة Duty Cycle تساوي 100% وهذا معناه انه لاتوجد T _OFF لدينا خط مستقيم دائم T _ON.

مما سبق نستنتج أن قيمة الDuty Cycle تتغير من الصفر إلى 100% وبالتالي يمكن التحكم بالطاقة من صفر إلى 100% الواصلة إلى الحمل.

المؤقت 555 وإشارة تعديل عرض النبضة PWM

يمكن لنا تعديل عرض النبضة PWM عن طريق إستخدام المؤقت الزمني 555 وهو في حالة عديم الاستقرار Astable لأنه سوف يكون عديم الاستقرار بين الحالتين ON وOFF وتستخدم هذه الدائرة في توليد T _ONوT _OFF؛ويتم التحكم في T _ON عن طريق قيم كلا من R1 و R2 ويمكن الحصول على قيمة Duty Cycle من خلال المعادلة التالية:

كيفية الحصول على Duty Cycle أقل من 50%

في الدائرة السابقة لا يمكن لنا الحصول على قيمة Duty Cycle أقل من 50% حتى لو جعلنا قيمة R1 تساوي صفر ولذلك نستخدم دائرة اخرى معدلة يتم إستخدام الدايود D1 بها حيث أنه يمر التيار عبر المقاومة R1 ومنها إلى الدايود D1 الذي يجعل المكثف يشحن وبالتالي يعمل المؤقت 555 وبذلك نكون قد قمنا بإقصاء R2 وإعتمدنا على R1 فقط ونلاحظ وجود دايود أخر وهو D2 تكون مهمته منع مرور التيار عبر المقاومة R2 ومرورها عبر المقاومة R1 ومنها إلى الدايود D1؛وتكون عملية التفريغ للمكثف عن طريق مرورها عبر الدايود D2 ثم إلى المقاومة R2 ثم إلى الرجل رقم 7 وهى Discharge للمؤقت الزمني 555.
مما سبق نستنتج أن
الدايود عمل على إقصاء R2 أثناء عملية الشحن ولذلك R1 هي المتحكمة في عملية الشحن لوحدها أما R2 هي التي تتحكم في عملية التفريغ لوحدها.