PWM کیا ہے - پلس چوڑائی ماڈیولیشن

ماڈیولیشن ایک غیر لکیری برقی عمل ہے جس میں ایک سگنل (کیرئیر) کے پیرامیٹرز کو دوسرے سگنل (ماڈیولنگ، معلومات) کے ذریعے تبدیل کیا جاتا ہے۔ تعدد، طول و عرض، اور فیز ماڈیولیشن کو مواصلاتی انجینئرنگ میں بڑے پیمانے پر استعمال کیا جاتا ہے۔ پاور الیکٹرانکس اور مائیکرو پروسیسر ٹیکنالوجی میں پلس چوڑائی ماڈیولیشن بڑے پیمانے پر ہے۔

PWM کیا ہے (پلس چوڑائی ماڈیولیشن)

نبض کی چوڑائی کی ماڈیولیشن میں اصل سگنل کا طول و عرض، تعدد اور مرحلہ غیر تبدیل شدہ رہتا ہے۔ انفارمیشن سگنل کے اثر و رسوخ کے تحت مستطیل نبض کی مدت (چوڑائی) کو تبدیل کیا جاسکتا ہے۔ انگریزی تکنیکی ادب میں اسے مخفف PWM - pulse-width modulation سے ظاہر کیا جاتا ہے۔

PWM کے کام کرنے والے اصول

پلس چوڑائی ماڈیولڈ سگنل دو طریقوں سے بنتا ہے:

• ینالاگ
• ڈیجیٹل

ینالاگ PWM سگنل جنریشن کا طریقہ الٹتے وقت آری ٹوتھ یا مثلث کیریئر سگنل کا استعمال کرتا ہے۔ موازنہ کرنے والے کا ان پٹاور معلوماتی سگنل موازنہ کرنے والے کے غیر الٹنے والے ان پٹ کو بھیجا جاتا ہے۔ اگر کیریئر کی فوری سطح ماڈیولنگ سگنل سے زیادہ ہے، تو موازنہ کرنے والا آؤٹ پٹ صفر ہے، اگر کم ہے - ایک۔آؤٹ پٹ ایک مجرد سگنل ہے جس کی فریکوئنسی کیریئر مثلث یا آری ٹوتھ کی تعدد سے مطابقت رکھتی ہے، اور پلس کی لمبائی ماڈیولنگ وولٹیج کی سطح کے متناسب ہے۔

ایک مثال کے طور پر، ایک لکیری بڑھتے ہوئے سگنل کے ذریعے ایک مثلث سگنل کی نبض کی چوڑائی کی ماڈلن کو دکھایا گیا ہے۔ آؤٹ پٹ دالوں کی مدت آؤٹ پٹ سگنل کی سطح کے متناسب ہے۔

اینالاگ PWM کنٹرولرز آف دی شیلف انٹیگریٹڈ سرکٹس کے طور پر بھی دستیاب ہیں جو ایک موازنہ اور کیریئر جنریشن سرکٹری پر مشتمل ہیں۔ بیرونی فریکوئنسی انکوڈر عناصر کو جوڑنے اور معلوماتی سگنل فراہم کرنے کے لیے ان پٹ موجود ہیں۔ آؤٹ پٹ سے، ایک سگنل لیا جاتا ہے جو طاقتور بیرونی سوئچز کو کنٹرول کرتا ہے۔ آراء کے لیے ان پٹ بھی ہیں - ان کی ضرورت مقررہ ریگولیشن پیرامیٹرز کو برقرار رکھنے کے لیے ہے۔ یہ، مثال کے طور پر، TL494 چپ ہے۔ ایسے معاملات میں جہاں صارف کی طاقت نسبتاً کم ہے، PWM کنٹرولرز بلٹ ان کیز کے ساتھ دستیاب ہیں۔ 3 ایم پی ایس تک کرنٹ کے لیے LM2596 چپ کا اندرونی سوئچ ڈیزائن کیا گیا ہے۔

ڈیجیٹل طریقہ خصوصی چپس یا مائکرو پروسیسرز کا استعمال کرتے ہوئے انجام دیا جاتا ہے۔ نبض کی لمبائی اندرونی پروگرام کے ذریعہ کنٹرول کی جاتی ہے۔ بہت سے مائیکرو کنٹرولرز، بشمول مقبول PIC اور AVR، ہارڈ ویئر PWM کے نفاذ کے لیے ایک ماڈیول آن بورڈ رکھتے ہیں۔ PWM سگنل حاصل کرنے کے لیے ماڈیول کو چالو کرنا اور اس کے آپریٹنگ پیرامیٹرز کو سیٹ کرنا ضروری ہے۔ اگر ایسا کوئی ماڈیول نہیں ہے، تو آپ PWM کو خالصتاً سافٹ ویئر کے طریقے سے ترتیب دے سکتے ہیں، یہ مشکل نہیں ہے۔ یہ طریقہ زیادہ امکانات دیتا ہے اور آؤٹ پٹ کے لچکدار استعمال کی وجہ سے زیادہ آزادی دیتا ہے، لیکن اس میں کنٹرولر کے زیادہ وسائل شامل ہیں۔

PWM سگنل کی خصوصیات

PWM سگنل کی اہم خصوصیات یہ ہیں:

• طول و عرض (U)؛
• تعدد (f)؛
• ڈیوٹی سائیکل (S) یا فل فیکٹر D۔

وولٹ میں طول و عرض لوڈ پر منحصر ہے. اسے صارف کی برائے نام سپلائی وولٹیج فراہم کرنا چاہیے۔

نبض کی چوڑائی ماڈیولڈ سگنل کی فریکوئنسی کا انتخاب درج ذیل غور و فکر سے کیا جاتا ہے:

1. فریکوئنسی جتنی زیادہ ہوگی، ریگولیشن کی درستگی اتنی ہی زیادہ ہوگی۔
2. فریکوئنسی آلہ کے رسپانس ٹائم سے کم نہیں ہونی چاہیے، جسے PWM کنٹرول کرتا ہے، بصورت دیگر ریگولیٹڈ پیرامیٹر کی دھڑکنیں نمایاں ہوں گی۔
3. فریکوئنسی جتنی زیادہ ہوگی، سوئچنگ کے نقصانات اتنے ہی زیادہ ہوں گے۔ یہ اس حقیقت کی وجہ سے ہے کہ کلید کو تبدیل کرنے کا وقت محدود ہے۔ بند حالت میں، پورا سپلائی وولٹیج کلیدی عنصر پر پڑتا ہے، لیکن تقریباً کوئی کرنٹ نہیں ہوتا ہے۔ کھلی حالت میں، مکمل لوڈ کرنٹ کلید کے ذریعے بہتا ہے، لیکن وولٹیج ڈراپ چھوٹا ہے کیونکہ پاس تھرو ریزسٹنس چند اوہم ہے۔ دونوں صورتوں میں، بجلی کی کھپت نہ ہونے کے برابر ہے۔ ایک حالت سے دوسری حالت میں منتقلی تیز ہے، لیکن فوری نہیں۔ کھلے بند ہونے کے عمل کے دوران جزوی طور پر کھلے عنصر پر ایک بڑا وولٹیج گرتا ہے اور اسی وقت اس میں سے ایک اہم کرنٹ بہتا ہے۔ اس وقت بجلی کی کھپت اعلی اقدار تک پہنچ جاتی ہے۔ یہ مدت مختصر ہے، کلید کے پاس کافی گرم ہونے کا وقت نہیں ہے۔ لیکن جیسے جیسے تعدد میں اضافہ ہوتا ہے، فی یونٹ وقت کے اس طرح کے مزید وقفے ہوتے ہیں اور گرمی کا نقصان بڑھ جاتا ہے۔ لہذا، چابیاں کی تعمیر کے لئے تیزی سے کام کرنے والے عناصر کا استعمال کرنا ضروری ہے.
4. کنٹرول کرتے وقت ایک موٹر کی فریکوئنسی کو انسان کے لیے قابل سماعت حد سے آگے لے جانا چاہیے - 25 kHz اور اس سے اوپر۔ کیونکہ کم PWM تعدد پر، ناخوشگوار سیٹی بجتی ہے۔

یہ تقاضے اکثر ایک دوسرے سے متصادم ہوتے ہیں، اس لیے بعض صورتوں میں تعدد کا انتخاب سمجھوتہ کی تلاش ہے۔

ماڈیولیشن کی شدت ڈیوٹی سائیکل کی طرف سے خصوصیات ہے. چونکہ نبض کی تکرار کی شرح مستقل ہے، اس لیے مدت کا دورانیہ بھی مستقل ہے (T=1/f)۔ ایک مدت نبض اور وقفے پر مشتمل ہوتی ہے، جس کا دورانیہ بالترتیب ہوتا ہے۔_imp اور T_توقفجہاں ٹی_imp+t_توقف=ٹی۔ تناسب نبض کی مدت اور مدت کا تناسب ہے - S=t_imp/ٹیلیکن عملی طور پر یہ معکوس قدر کو استعمال کرنا زیادہ آسان ثابت ہوا - فل فیکٹر: D=1/S=T/t_imp. فل فیکٹر کو فیصد کے طور پر ظاہر کرنا اور بھی آسان ہے۔

PWM اور PWM میں کیا فرق ہے؟

غیر ملکی تکنیکی ادب میں، پلس چوڑائی ماڈیولیشن اور پلس چوڑائی کنٹرول (PWM) کے درمیان کوئی فرق نہیں ہے۔ روسی ماہرین ان تصورات میں فرق کرنے کی کوشش کر رہے ہیں۔ درحقیقت، PWM ایک قسم کی ماڈیولیشن ہے، یعنی دوسرے، ماڈیولنگ سگنل کی کارروائی کے تحت کیریئر سگنل میں تبدیلی۔ کیریئر سگنل معلومات کے کیریئر کے طور پر کام کرتا ہے، اور ماڈیولنگ سگنل اس معلومات کو سیٹ کرتا ہے۔ اور پلس چوڑائی کنٹرول PWM کے ذریعہ لوڈ موڈ کا ضابطہ ہے۔

PWM کی وجوہات اور درخواستیں۔

پلس چوڑائی ماڈیولیشن کا اصول اس میں استعمال ہوتا ہے۔ طاقتور انڈکشن موٹرز کے لیے سپیڈ کنٹرولرز. اس صورت میں، ایڈجسٹ ایبل فریکوئنسی (سنگل فیز یا تھری فیز) کا ایک ماڈیولنگ سگنل کم طاقت والے سائن ویو جنریٹر کے ذریعے تشکیل دیا جاتا ہے اور اسے ینالاگ طریقے سے کیریئر پر سپرپوز کیا جاتا ہے۔ آؤٹ پٹ ایک PWM سگنل ہے، جو پاور ڈیمانڈ کیز کو کھلایا جاتا ہے۔ پھر آپ دالوں کے نتیجے میں ترتیب کو کم پاس فلٹر کے ذریعے منتقل کر سکتے ہیں، جیسے کہ ایک سادہ RC-چین، اور اصل سائنوسائڈ کو الگ کر سکتے ہیں۔ یا آپ اس کے بغیر بھی کر سکتے ہیں - موٹر کی جڑت کی وجہ سے فلٹرنگ قدرتی طور پر ہو گی۔ ظاہر ہے، کیریئر فریکوئنسی جتنی زیادہ ہوگی، آؤٹ پٹ سگنل کی شکل اصل سائنوسائڈ کے قریب ہوگی۔

ایک فطری سوال پیدا ہوتا ہے - آپ آسکیلیٹر سگنل کو ایک ساتھ کیوں نہیں بڑھا سکتے، مثال کے طور پر، ہائی پاور ٹرانجسٹر کا استعمال کرتے ہوئے? کیونکہ ریگولیٹنگ عنصر، لکیری موڈ میں کام کرتا ہے، لوڈ اور سوئچ کے درمیان طاقت کو دوبارہ تقسیم کرے گا۔ اس کا مطلب ہے کہ کلیدی عنصر پر بہت زیادہ طاقت ضائع ہوتی ہے۔ اگر، دوسری طرف، ایک طاقتور ریگولیٹنگ عنصر کلیدی موڈ میں کام کرتا ہے (ٹرائنیسٹر، ٹرائیکس، آر جی بی ٹی ٹرانزسٹر)، طاقت وقت کے ساتھ تقسیم ہوتی ہے۔نقصانات بہت کم ہوں گے اور کارکردگی بہت زیادہ ہوگی۔

ڈیجیٹل ٹیکنالوجی میں پلس چوڑائی کنٹرول کا کوئی خاص متبادل نہیں ہے۔ وہاں سگنل کا طول و عرض مستقل ہے، اور وولٹیج اور کرنٹ کو تبدیل کرنے کا واحد طریقہ پلس چوڑائی والے کیریئر کو ماڈیول کرنا ہے اور پھر اس کا اوسط کرنا ہے۔ لہذا، PWM ان اشیاء پر وولٹیج اور کرنٹ کو ریگولیٹ کرنے کے لیے استعمال کیا جاتا ہے جو پلس سگنل کو اوسط کر سکتے ہیں۔ اوسط مختلف طریقوں سے ہوتا ہے:

1. لوڈ جڑتا کی طرف سے. اس طرح، تھرمو الیکٹرک ہیٹروں اور تاپدیپت لیمپوں کی حرارتی جڑتا کنٹرول اشیاء کو دالوں کے درمیان وقفے میں نمایاں طور پر ٹھنڈا نہیں ہونے دیتا ہے۔
2. ادراک کی جڑت کی وجہ سے۔ ایل ای ڈی کے پاس نبض سے نبض تک مدھم ہونے کا وقت ہوتا ہے، لیکن انسانی آنکھ اسے محسوس نہیں کرتی اور اسے مختلف شدت کے ساتھ ایک مستقل چمک کے طور پر سمجھتی ہے۔ ایل ای ڈی مانیٹر کا چمک کنٹرول اس اصول پر مبنی ہے۔ لیکن کئی سو ہرٹز کی فریکوئنسی کے ساتھ ناقابل تصور جھپکنا اب بھی موجود ہے اور آنکھوں کی تھکاوٹ کا سبب بنتا ہے۔
3. مکینیکل جڑتا کی وجہ سے۔ یہ پراپرٹی ڈی سی کلیکٹر موٹرز کو کنٹرول کرنے کے لیے استعمال ہوتی ہے۔ اگر کنٹرول فریکوئنسی کو صحیح طریقے سے منتخب کیا جاتا ہے، تو موٹر کے پاس ڈیڈ ٹائم وقفے میں رکنے کا وقت نہیں ہوتا ہے۔

لہذا، PWM استعمال کیا جاتا ہے جہاں وولٹیج یا کرنٹ کی اوسط قدر فیصلہ کن کردار ادا کرتی ہے۔ ذکر کردہ عام معاملات کے علاوہ، PWM طریقہ ویلڈنگ مشینوں اور بیٹری چارجرز وغیرہ میں اوسط کرنٹ کو کنٹرول کرتا ہے۔

اگر قدرتی اوسط ممکن نہیں ہے تو، بہت سے معاملات میں یہ کردار پہلے سے ذکر کردہ کم پاس فلٹر (ایل پی ایفRC-چین کی شکل میں۔ عملی مقاصد کے لیے یہ کافی ہے، لیکن یہ سمجھنا چاہیے کہ LPF کے ساتھ PWM سے اصل سگنل کو مسخ کیے بغیر الگ کرنا ناممکن ہے۔ سب کے بعد، PWM سپیکٹرم میں ہارمونکس کی ایک لامحدود بڑی تعداد ہے، جو لامحالہ فلٹر بینڈوتھ میں داخل ہو جائے گی۔لہذا، بحال شدہ سینوسائڈ کی شکل کے بارے میں کوئی وہم نہ کریں۔

RGB LED کا PWM کنٹرول بہت موثر اور موثر ہے۔ اس ڈیوائس میں تین p-n جنکشن ہیں - سرخ، نیلا، سبز۔ ہر چینل کی چمک کو الگ الگ تبدیل کرکے، آپ تقریباً کسی بھی رنگ کی ایل ای ڈی گلو (خالص سفید کے علاوہ) حاصل کر سکتے ہیں۔ PWM کے ساتھ ہلکے اثرات پیدا کرنے کے امکانات لامتناہی ہیں۔

ڈیجیٹل پلس چوڑائی ماڈیولڈ سگنل کا سب سے عام استعمال لوڈ کے ذریعے بہنے والے اوسط کرنٹ یا وولٹیج کو کنٹرول کرنا ہے۔ لیکن اس قسم کی ماڈیولیشن کا غیر معیاری استعمال بھی ممکن ہے۔ یہ سب ڈیزائنر کی تخیل پر منحصر ہے.

متعلقہ مضامین: