पल्स चौड़ाई मॉडुलन (PWM)

पल्स चौड़ाई मॉडुलन (PWM)

स्विचिंग तकनीक के रूप में पीडब्लूएम का उपयोग

पल्स चौड़ाई मॉड्यूलेशन (पीडब्लूएम) आमतौर पर डीसी डिवाइस को विद्युत उपकरण को नियंत्रित करने के लिए आमतौर पर इस्तेमाल की जाने वाली तकनीक है, जिसे आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक पावर स्विच द्वारा व्यावहारिक बनाया जाता है। हालाँकि यह एसी चॉपरों में भी अपनी जगह पाता है। लोड को आपूर्ति की जाने वाली धारा का औसत मूल्य उसके राज्य की स्विच स्थिति और अवधि द्वारा नियंत्रित किया जाता है। यदि स्विच की अवधि इसकी ऑफ अवधि की तुलना में लंबी है, तो लोड तुलनात्मक रूप से उच्च शक्ति प्राप्त करता है। इस प्रकार पीडब्लूएम स्विचिंग आवृत्ति तेज होनी चाहिए।



आमतौर पर एक इलेक्ट्रिक स्टोव में मिनट में कई बार स्विच करना पड़ता है, एक मोटर के लिए कुछ किलोहर्ट्ज़ (kHz) से दसियों kHz तक 120 Hz, एक लैंप डिमर में। ऑडियो एम्पलीफायरों और कंप्यूटर बिजली की आपूर्ति के लिए स्विचिंग आवृत्ति लगभग दस से सैकड़ों kHz है। नाड़ी की समय-अवधि के अनुपात को कर्तव्य चक्र के रूप में जाना जाता है। यदि कर्तव्य चक्र कम है, तो इसका अर्थ है कम शक्ति।






स्विचिंग डिवाइस में बिजली की हानि बहुत कम है, डिवाइस की ऑफ स्टेट में वर्तमान प्रवाह की लगभग नगण्य मात्रा और इसकी ऑफ स्टेट में वोल्टेज ड्रॉप की नगण्य मात्रा के कारण। डिजिटल नियंत्रण पीडब्लूएम तकनीक का भी उपयोग करते हैं। डब्ल्यूडब्ल्यूएम का उपयोग कुछ संचार प्रणालियों में भी किया गया है जहां इसके ड्यूटी चक्र का उपयोग संचार चैनल पर जानकारी देने के लिए किया गया है।

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पीडब्लूएम का उपयोग सामान्य रूप से होने वाले नुकसान के बिना एक लोड को वितरित की गई बिजली की कुल मात्रा को समायोजित करने के लिए किया जा सकता है जब एक बिजली हस्तांतरण प्रतिरोधक साधनों द्वारा सीमित होता है। कमियां कर्तव्य चक्र, स्विचिंग आवृत्ति और लोड के गुणों द्वारा परिभाषित स्पंदन हैं। पर्याप्त रूप से उच्च स्विचिंग आवृत्ति के साथ और, जब आवश्यक हो, अतिरिक्त निष्क्रिय इलेक्ट्रॉनिक फिल्टर का उपयोग करके पल्स ट्रेन को सुचारू किया जा सकता है और औसत एनालॉग तरंग सुधार बरामद किया जा सकता है। सेमीकंडक्टर स्विच का उपयोग करके उच्च आवृत्ति पीडब्लूएम नियंत्रण प्रणाली को आसानी से लागू किया जा सकता है।

जैसा कि पहले ही कहा जा चुका है कि चालू या बंद स्थिति में स्विच द्वारा लगभग कोई शक्ति नहीं छोड़ी गई है। हालाँकि, चालू और बंद के बीच के बदलावों के दौरान वोल्टेज और करंट दोनों गैर-शून्य होते हैं और इस प्रकार स्विचेस में काफी शक्ति नष्ट हो जाती है। सौभाग्य से, सामान्य रूप से या बंद समय के सापेक्ष पूरी तरह से चालू और पूरी तरह से बंद होने के बीच का परिवर्तन काफी तेजी से होता है (आमतौर पर 100 नैनोसेकंड से कम), और इसलिए उच्च स्विचिंग आवृत्तियों पर भी बिजली की तुलना में औसत बिजली अपव्यय काफी कम होता है। उपयोग किया जाता है।

लोड करने के लिए DC पॉवर देने के लिए PWM का उपयोग

अधिकांश औद्योगिक प्रक्रिया को कुछ निश्चित मापदंडों पर चलाने की आवश्यकता होती है जहां ड्राइव की गति का संबंध है। कई औद्योगिक अनुप्रयोगों में उपयोग किए जाने वाले इलेक्ट्रिक ड्राइव सिस्टम को नियंत्रणीयता में आसानी के कारण उच्च प्रदर्शन, विश्वसनीयता, परिवर्तनशील गति की आवश्यकता होती है। डीसी मोटर की गति नियंत्रण उन अनुप्रयोगों में महत्वपूर्ण है जहां परिशुद्धता और सुरक्षा सार है। मोटर गति नियंत्रक का उद्देश्य आवश्यक गति का प्रतिनिधित्व करने वाला संकेत लेना और उस गति से मोटर चलाना है।


पल्स-चौड़ाई मॉड्यूलेशन (पीडब्लूएम), जैसा कि मोटर नियंत्रण पर लागू होता है, एक निरंतर भिन्न (एनालॉग) संकेत के बजाय दालों के उत्तराधिकार के माध्यम से ऊर्जा पहुंचाने का एक तरीका है। नाड़ी की चौड़ाई बढ़ने या घटने से, नियंत्रक मोटर शाफ्ट में ऊर्जा प्रवाह को नियंत्रित करता है। मोटर का स्वयं का अधिष्ठापन एक फिल्टर की तरह कार्य करता है, जो इनपुट या संदर्भ सिग्नल के अनुरूप दर पर जारी करते हुए 'चालू' चक्र के दौरान ऊर्जा का भंडारण करता है। दूसरे शब्दों में, ऊर्जा प्रवाह में इतनी अधिक नहीं होती है जिससे स्विचिंग आवृत्ति होती है, लेकिन संदर्भ आवृत्ति पर।

सर्किट का उपयोग गति को नियंत्रित करने के लिए किया जाता है डीसी यंत्र PWM तकनीक का उपयोग करके। सीरीज चर गति डीसी मोटर नियंत्रक 12 वी मोटर गति DC12 वोल्ट को विनियमित करने के लिए PWM पल्स जनरेटर के रूप में 555 टाइमर आईसी का उपयोग करता है। IC 555 टाइमर सर्किट बनाने के लिए इस्तेमाल किया जाने वाला लोकप्रिय टाइमर चिप है। इसे 1972 में सिग्नेटिक्स द्वारा पेश किया गया था। इसे 555 कहा जाता है क्योंकि अंदर तीन 5 K प्रतिरोधक हैं। आईसी में दो तुलनित्र, एक रोकनेवाला श्रृंखला, एक फ्लिप फ्लॉप और एक आउटपुट चरण होते हैं। यह 3 मूल मोडों में काम करता है- एस्टेबल, मोनोस्टेबल (जहां यह एक शॉट पल्स जनरेटर और बिस्टेबल मोड को काम करता है। अर्थात, जब इसे ट्रिगर किया जाता है तो समय प्रतिरोध और संधारित्र के मूल्यों के आधार पर एक अवधि के लिए आउटपुट उच्च हो जाता है। एस्टेबल मोड (AMV), IC एक फ्री रनिंग मल्टीवीब्रेटर के रूप में काम करता है। आउटपुट थरथरानवाला के रूप में पल्सेटिंग आउटपुट देने के लिए लगातार उच्च और निम्न होता जाता है। बिस्टेबल मोड में श्मित ट्रिगर के रूप में भी जाना जाता है, आईसी उच्च के साथ फ्लिप-फ्लॉप के रूप में कार्य करता है। या प्रत्येक ट्रिगर और रीसेट पर कम आउटपुट।

PWM आधारित डीसी मोटर स्पीड कंट्रोल

इस सर्किट में, IRF540 MOSFET का उपयोग किया जाता है। यह एन-चैनल एन्हांसमेंट MOSFET है। यह एक उन्नत शक्ति MOSFET है जिसे डिज़ाइन किया गया है, परीक्षण किया गया है, और ऑपरेशन के ब्रेकडाउन हिमस्खलन मोड में ऊर्जा के एक निर्दिष्ट स्तर का सामना करने की गारंटी दी गई है। यह शक्ति MOSFETs स्विचिंग नियामकों, स्विचिंग कन्वर्टर्स, मोटर ड्राइवरों, रिले ड्राइवरों और उच्च शक्ति द्विध्रुवी स्विचिंग ट्रांजिस्टर के लिए ड्राइवरों के लिए डिज़ाइन किया गया है, जिसमें उच्च गति और कम गेट ड्राइव पावर की आवश्यकता होती है। इन प्रकारों को सीधे एकीकृत सर्किट से संचालित किया जा सकता है। इस सर्किट के कार्यशील वोल्टेज को संचालित डीसी मोटर की जरूरतों के अनुसार समायोजित किया जा सकता है। यह सर्किट 5-18VDC से काम कर सकता है।

सर्किट के ऊपर यानी पीडब्लूएम द्वारा डीसी मोटर गति नियंत्रण तकनीक कर्तव्य चक्र को बदलती है जो बदले में मोटर की गति को नियंत्रित करती है। IC 555, एस्ट्रोबल मोड फ्री रनिंग मल्टी वाइब्रेटर में जुड़ा हुआ है। सर्किट में एक पोटेंशियोमीटर और दो डायोड की व्यवस्था होती है, जिसका उपयोग कर्तव्य चक्र को बदलने और आवृत्ति को स्थिर रखने के लिए किया जाता है। जैसा कि चर रोकनेवाला या पोटेंशियोमीटर का प्रतिरोध भिन्न होता है, MOSFET पर लगाए गए दालों का कर्तव्य चक्र बदलता रहता है और तदनुसार मोटर में डीसी शक्ति बदलती रहती है और इस प्रकार कर्तव्य चक्र बढ़ने के साथ इसकी गति बढ़ जाती है।

लोड करने के लिए AC पॉवर देने के लिए PWM का उपयोग

आधुनिक सेमीकंडक्टर स्विच जैसे MOSFETs या इंसुलेटेड-गेट बाइपोलर ट्रांजिस्टर (IGBT) काफी आदर्श घटक हैं। इस प्रकार उच्च दक्षता नियंत्रकों का निर्माण किया जा सकता है। आमतौर पर एसी मोटर्स को नियंत्रित करने के लिए उपयोग की जाने वाली आवृत्ति कन्वर्टर्स में दक्षता होती है जो 98% से बेहतर होती है। कम आउटपुट वोल्टेज स्तरों (अक्सर माइक्रोप्रोसेसरों के लिए 2 वी से भी कम) के कारण स्विचिंग बिजली की आपूर्ति में कम दक्षता होती है लेकिन फिर भी 70-80% से अधिक दक्षता हासिल की जा सकती है।

AC में PWM कंट्रोल

एसी के लिए इस तरह का नियंत्रण बिजली विलंबित फायरिंग कोण विधि के रूप में जाना जाता है। यह सस्ता है और वास्तविक पीडब्लूएम नियंत्रण की तुलना में बहुत अधिक विद्युत शोर और हार्मोनिक्स उत्पन्न करता है जो नगण्य शोर विकसित करता है।

कई अनुप्रयोगों में, जैसे कि औद्योगिक ताप, प्रकाश नियंत्रण, सॉफ्ट स्टार्ट इंडक्शन मोटर्स और प्रशंसकों और पंपों के लिए गति नियंत्रक के लिए एसी एसी स्रोत से चर एसी वोल्टेज की आवश्यकता होती है। इन आवश्यकताओं के लिए नियामकों के चरण कोण नियंत्रण का व्यापक रूप से उपयोग किया गया है। यह कुछ फायदे प्रदान करता है जैसे कि सरलता और बड़ी मात्रा में बिजली को नियंत्रित करने की क्षमता। हालांकि, विलंबित फायरिंग कोण लोड वर्तमान में असंतोष और भरपूर मात्रा में हार्मोनिक्स का कारण बनता है और एसी की तरफ एक लैगिंग पावर फैक्टर तब होता है जब फायरिंग कोण बढ़ जाता है।

PWM AC चॉपर के इस्तेमाल से इन समस्याओं को सुधारा जा सकता है। पीडब्लूएम एसी चॉपर एकता पावर फैक्टर के पास साइनसॉइडल इनपुट करंट जैसे कई फायदे प्रदान करता है। हालांकि, फ़िल्टर आकार को कम करने और आउटपुट रेगुलेटर की गुणवत्ता में सुधार के लिए स्विचिंग आवृत्ति को बढ़ाया जाना चाहिए। इससे हाई स्विचिंग लॉस होता है। एक अन्य समस्या है, ट्रांसफ़ॉर्मिंग स्विच S1 के बीच फ़्रीव्हीलिंग स्विच S2 के बीच कम्यूटेशन। यह वर्तमान स्पाइक का कारण बनता है यदि दोनों स्विच एक ही समय (शॉर्ट सर्किट) पर चालू होते हैं, और वोल्टेज स्पाइक यदि दोनों स्विच बंद हो जाते हैं (कोई फ़्रीव्हीलिंग पथ नहीं)। इन समस्याओं से बचने के लिए, आरसी स्नबर का उपयोग किया गया था। हालांकि, यह सर्किट में बिजली की हानि को बढ़ाता है और उच्च-शक्ति अनुप्रयोगों के लिए मुश्किल, महंगा, भारी और अक्षम है। शून्य वर्तमान वोल्टेज स्विचिंग (ZCS-ZVS) के साथ एसी चॉपर प्रस्तावित है। इसके आउटपुट वोल्टेज रेगुलेटर को पीडब्लूएम सिग्नल द्वारा नियंत्रित स्विच-ऑफ टाइम को अलग-अलग करने की आवश्यकता होती है। इस प्रकार, नरम स्विचिंग को प्राप्त करने के लिए आवृत्ति नियंत्रण का उपयोग करना आवश्यक है और सामान्य नियंत्रण प्रणाली स्विचिंग-ऑन उत्पादन करने वाली पीडब्लूएम तकनीकों का उपयोग करती हैं। इस तकनीक के फायदे जैसे कि सिग्मा-डेल्टा मॉड्यूलेशन के साथ सरल नियंत्रण और इनपुट करंट जारी है। प्रस्तावित सर्किट कॉन्फ़िगरेशन और पीडब्लूएम कटा हुआ पैटर्न की विशेषताएं नीचे प्रस्तुत की गई हैं।

पीडब्लूएम