PWM (Sinyal Genişlik Modülasyonu), üretilecek darbelerin genişliğini kontrol ederek, çıkışta üretilen istenen sinyalin değerin veya sinyalin elde edilmesi tekniğidir. Yük cihazları, belirli bir miktarda akım tüketerek belirli bir voltaj sağlandığında verimli bir şekilde çalışacak ve ilgili görevlerini yerine getirecek şekilde tasarlanmıştır. Yükün parametrelerini değiştirmek için voltaj düşürülebilir, ancak bunun genellikle bir motorun torkunu azaltmak veya voltajı bir transistör veya LED serisinin ileri önyargı seviyesinin altına düşürmek gibi olumsuz etkileri olacaktır. Çalışma kabiliyetinden ödün vermeden değişken kontrol sağlamak için farklı bir yönteme ihtiyaç vardı. PWM yani sinyal genişlik modülasyonu, sinyali, sinyali yüksek bir frekansta açıp kapatarak bir elektrikli cihaza sağlanan elektrik gücünü azaltmak için kullanılır.
PWM nedir kısaca bahsettik. PWM, İngilizce Pulse Width Modulation ifadesinin baş harflerinin kısaltmasından meydana gelmektedir. Sinyalin göreceli açık kalma süresi arttıkça veya azaldıkça, sinyalin ortalama voltajı da artar. Bu ortalama voltaj, darbenin açık durum süresi boyunca tam voltajı korurken, eşdeğer bir düşük güç sağlar. Sinyali, anahtarlama frekansı ve görev döngüsü olmak üzere iki temel parametre kontrol eder. Darbenin anahtarlama hızı veya frekansı, sinyali kullanan yük cihazına bağlıdır. Bir elektrikli ısıtıcı veya motor için frekans, belki de onlarca ila yüzlerce Hz arasında oldukça yavaş olabilir. Ancak röle veya LED gibi katı hal cihazı için frekansın çok daha yüksek olması gerekebilir. Anahtar belirleyici faktör, yük cihazının yanıt oranıdır.
PWM sinyalinin görev döngüsü, sinyalin açık kalacağı göreceli süredir ve yüzde olarak ifade edilir. Görev döngüsü %100 ise, sinyal her zaman açık olacaktır. %50’ye düşürülürse, sinyal darbenin yarısı açık diğer yarısı için kapalı olacaktır. Motorları veya ısıtıcıları kontrol ederken, gücü dikte etmek için görev döngüsünü kullanırız. PWM kontrol cihazı 12 volt DC voltaj verirse, %50’lik bir görev döngüsü, yüke güç sağlamak için 6 volt DC’ye eşdeğer bir değer sağlayacaktır.
PWM Sinyali Nasıl Oluşturulur?
Sinyali oluşturmak, tamamen sinyali üreten cihaza bağlıdır. Belirlenmiş bir PWM çıkış kartına sahip bir PLC kullanıyorsanız, seçilen Fieldbus teknolojisi üzerinden karta bir frekans ve görev döngüsü değeri sağlamanız gerekecektir. Bazı PLC’ler, çalıştırmadan önce ayarlanması gereken parametrelere sahip olacak tedarikçi tarafından sağlanan fonksiyon bloklarına sahip olabilir.
Bazı motor kontrolörleri, %0-100 arasında değişen bir görev döngüsü verecek şekilde ölçeklendirilecek olan 0-10 volt veya 4-20 mA şeklinde bir analog değeri kabul edecektir. Arduino gibi mikrodenetleyiciler, PWM sinyalleri sağlamak için dijital çıkışlarını kullanır, sadece tam görev döngüsü aralığını temsil eden 0 ile 255 arasında bir argümanla bir çıkış komutu yazar.
PWM Nerelerde Kullanılır?
PWM, elektrik ve elektronik sektöründe birçok farklı uygulamada kullanılmaktadır. Telekomünikasyon, güç, voltaj düzenleyiciler, ses üreticileri ve yükselteçler gibi uygulamalardaki kullanımları bunlardan yalnızca bazılarıdır. PWM kullanım alanları göz atalım.
1. DC Motor Hız Kontrolü İçin PWM
DC motor hızı ve yönü, uygulanan voltaj tarafından belirlenir. Voltajın polaritesini değiştirin veya tersine çevirdiğinizde, motor benzer şekilde yanıt verecektir. Voltaj, elektrik devresi içindeki seri direnci yükselterek değiştirilebilir, bu da motordan geçen akımı düşürür. Voltajdaki bu değişiklik seri dirençler, potansiyometreler veya reostalar tarafından gerçekleştirilebilir. Bu cihazlar, voltajdaki küçük değişiklikler için etkili olabilirken, akım düştükçe motorun gücü ve torku azalır. Ek olarak, bu cihazlardan kaynaklanan önemli direnç, elektrik sistemi içindeki diğer cihazlara zarar verebilecek çok fazla ısı üretebilir.
Voltajı değiştirmenin daha etkili bir yolu, PWM denetleyicisi kullanmaktır. Bu cihazlar, cihazın nominal voltajını kullanarak %0-100 görev döngüsüne dönüştürülmüş bir analog giriş kullanır. Bazen bu cihazlar sabit bir giriş voltajına sahip olur, ancak kullanıcının motor için uygun olan voltajı kullanarak motoru sürmek için bir yardımcı devre sağlamasına izin veren bir katı hal rölesini çalıştırır. PWM sinyalinin motorlar için etkili olmasının nedeni, motorun dönme ataletidir. Sinyal azaldığında, motor hala dönüyor ve voltaj sıfırdayken saniyenin o kesri için tork sağlamak için yeterli atalete sahip. Bu konuda ufak bir uyarıda bulunalım. Frekans çok düşükse, motor fiziksel olarak darbe voltajını yakalamaya başladığında dalgalanıyor gibi görünecektir.
2. Pil Şarjı İçin Kullanılan PWM
Elektrikli araçların popüler hale gelmesiyle birlikte şarj istasyonlarıyla ilgili teknoloji de ilerliyor. Güneş panelleri, elektrik faturalarını düşürmenin bir yolu olarak popüler bir trend haline geliyor. Pil kapasitesi dolmaya başladığında, pile iletilen gücün azaltılması gerekir. PWM kontrolörü kullanılarak, sağlanan güç miktarı doğru bir şekilde kontrol edilebilir.
Şarj cihazı voltajının düşürülmesi sorunlu olacaktır, çünkü akü voltajı sonunda küçük damlama şarjının gerektirdiğinden daha yüksek olacaktır ve akü boşalmaya başlayacaktır.
3. 3 Fazlı Uygulamalar İçin VFD’de Kullanılan PWM
Değişken frekanslı sürücü, 3 fazlı AC motorları kontrol etmek için kullanılan bir cihazdır. VFD, motorun hızını kontrol etmek için değişen frekanslarda sabit bir AC voltaj genliği üretecektir. VFD’nin içinde, AC dalga biçimini yeniden oluşturan bir PWM sinyali oluşturmak için bir dizi yüksek güçlü transistör kullanılarak gelen voltaj AC’den DC’ye ve ardından tekrar AC’ye dönüştürülür.
Bu uygulama, DC motor kontrolünden biraz farklıdır, çünkü görev döngüsü doğrudan motora uygulanan sabit bir eşdeğer gücü dikte etmez, bunun yerine uygulanan voltajın kutupları gerçek sinüs dalgası alternatif tarzında ne kadar hızlı değiştireceğini kontrol etmek için kullanılır.
PWM Üreten Cihazlar
Piyasada PWM sinyali üretebilen veya minimum girişle PWM sinyali kullanan cihazları çalıştırabilen birçok cihaz vardır. Endüstriyel uygulamalar için, hızı ayarlamak için bir kadran veya analog girişi olan bağımsız cihazlar vardır. Kurulum için sadece güç ve motor sağlamanız gerekir, diğer her şey muhafazanın içinde bulunur.
Bazı PLC üreticileri, PWM çıkışları olarak yapılandırılabilen çıkışlara sahiptir, ancak röle çıkışlarının PWM çıkışlarını destekleyecek hıza veya hizmet ömrüne sahip olmadığını unutmayın. Bu çıkışlar, genellikle büyük yükleri doğrudan çalıştıramazlar, ancak katı hal rölelerini çalıştırabilirler.
Çoğu mikrodenetleyici, yalnızca bir görev döngüsü gerektiren amplifikasyon için transistörleri veya katı hal rölelerini sürmek için 3.3-12 voltluk bir çıkış sağlayan dahili işlevlerle programlanabilen birden fazla PWM çıkışı içerir.
