इनवर्टर, कन्वर्टर्स, एसएमपीएस सर्किट और स्पीड कंट्रोलर…. इन सभी सर्किटों में एक बात कॉमन है कि इसके अंदर कई इलेक्ट्रॉनिक स्विच होते हैं। ये स्विच कुछ भी नहीं हैं लेकिन पावर इलेक्ट्रॉनिक डिवाइस जैसे MOSFET, IGBT, TRIAC आदि हैं। ऐसे पावर इलेक्ट्रॉनिक स्विच को नियंत्रित करने के लिए हम आमतौर पर PWM सिग्नल (पल्स चौड़ाई मॉडुलन) नामक किसी चीज का उपयोग करते हैं। इसके अलावा, PWM सिग्नल का उपयोग सर्वो मोटरों को चलाने के लिए और अन्य सरल कार्यों के लिए भी किया जाता है जैसे कि एक एलईडी की चमक को नियंत्रित करना।
हमारे पिछले लेख में हमने ADC के बारे में सीखा, जबकि ADC का उपयोग माइक्रोकंट्रोलर जैसे डिजिटल उपकरण द्वारा एनालॉग सिग्नल को पढ़ने के लिए किया जाता है। पीडब्लूएम को इसके ठीक विपरीत माना जा सकता है, पीडब्लूएम का उपयोग माइक्रोकंट्रोलर जैसे डिजिटल डिवाइस से एनालॉग सिग्नल का उत्पादन करने के लिए किया जाता है । इस लेख में हम पीडब्लूएम, पीडब्लूएम सिग्नल और इससे जुड़े कुछ मापदंडों के बारे में जानेंगे, ताकि हम अपने डिजाइनों में इनका उपयोग करने के लिए आश्वस्त हों।
PWM (पल्स चौड़ाई मॉडुलन) क्या है?
पीडब्लूएम पल्स चौड़ाई मॉडुलन के लिए खड़ा है; हम बाद में इस तरह के नाम के कारण पर विचार करेंगे। लेकिन, अब पीडब्लूएम को एक प्रकार के संकेत के रूप में समझें, जिसे डिजिटल आईसी जैसे कि माइक्रोकंट्रोलर या 555 टाइमर से उत्पादित किया जा सकता है। इस प्रकार उत्पादित सिग्नल में दालों की एक ट्रेन होगी और ये दालें एक वर्ग तरंग के रूप में होंगी। यही है, किसी भी समय पर लहर या तो ऊंची होगी या कम होगी। समझने में आसानी के लिए आइए हम 5V PWM सिग्नल पर विचार करते हैं, इस स्थिति में PWM सिग्नल 5V (हाई) या ग्राउंड लेवल 0V (कम) पर होगा। जिस अवधि पर सिग्नल अधिक रहते हैं, उसे " समय पर " कहा जाता है और जिस अवधि पर सिग्नल कम रहता है उसे " ऑफ टाइम " कहा जाता है ।
पीडब्लूएम सिग्नल के लिए हमें इससे जुड़े दो महत्वपूर्ण मापदंडों को देखने की जरूरत है, एक पीडब्लूएम शुल्क चक्र है और दूसरा पीडब्लूएम आवृत्ति है।
PWM का कर्तव्य चक्र
जैसा कि पहले बताया गया था, एक PWM सिग्नल एक विशेष समय के लिए रहता है और फिर बाकी अवधि के लिए बंद रहता है। यह पीडब्लूएम सिग्नल को विशेष और अधिक उपयोगी बनाता है, हम यह निर्धारित कर सकते हैं कि पीडब्लूएम सिग्नल के कर्तव्य चक्र को नियंत्रित करके इसे कितने समय तक रहना चाहिए।
समय का प्रतिशत जिसमें PWM सिग्नल उच्च रहता है (समय पर) को कर्तव्य चक्र कहा जाता है। यदि सिग्नल हमेशा चालू रहता है तो यह 100% शुल्क चक्र में होता है और यदि यह हमेशा बंद रहता है तो यह 0% शुल्क चक्र है। कर्तव्य चक्र की गणना करने के सूत्र नीचे दिखाए गए हैं।
ड्यूटी साइकिल = समय चालू करें / (समय चालू करें + बंद समय चालू करें)
निम्न छवि 50% कर्तव्य चक्र के साथ PWM सिग्नल का प्रतिनिधित्व करती है। जैसा कि आप देख सकते हैं, एक संपूर्ण समय अवधि (समय + बंद समय) पर विचार करते हुए PWM संकेत समय अवधि के केवल 50% पर रहता है।
आवृत्ति = 1 / समय अवधि समय अवधि = समय + बंद समय
आम तौर पर माइक्रोकंट्रोलर द्वारा उत्पन्न पीडब्लूएम सिग्नल लगभग 500 हर्ट्ज होगा, इस तरह की उच्च आवृत्तियों का उपयोग इनवर्टर या कन्वर्टर्स जैसे उच्च गति स्विचिंग उपकरणों में किया जाएगा। लेकिन सभी अनुप्रयोगों को उच्च आवृत्ति की आवश्यकता नहीं होती है। उदाहरण के लिए एक इमदादी मोटर को नियंत्रित करने के लिए हमें 50 हर्ट्ज आवृत्ति के साथ पीडब्लूएम संकेतों का उत्पादन करने की आवश्यकता होती है, इसलिए सभी माइक्रोकंट्रोलर के लिए पीडब्लूएम सिग्नल की आवृत्ति भी प्रोग्राम द्वारा नियंत्रित होती है।
पीडब्लूएम पर कुछ आम तौर पर उठने वाले सवाल
पीडब्ल्यूएम सिग्नल के ड्यूटी चक्र और फ्रीक्वेंसी के बीच अंतर क्या है?
पीडब्ल्यूएम संकेतों के कर्तव्य चक्र और आवृत्ति अक्सर भ्रमित होती हैं। जैसा कि हम जानते हैं कि पीडब्लूएम सिग्नल एक विशेष और समय के साथ एक वर्ग तरंग है। इस का योग समय पर और समय एक समय अवधि के रूप में कहा जाता है। एक समय अवधि के व्युत्क्रम को आवृत्ति कहा जाता है। पीडब्लूएम सिग्नल एक समय की अवधि में रहना चाहिए, जबकि पीडब्लूएम का कर्तव्य चक्र द्वारा तय किया जाता है।
इसे सरल बनाने के लिए, PWM सिग्नल को कितनी तेजी से चालू और बंद करना चाहिए, इसका फैसला PWM सिग्नल की आवृत्ति से किया जाता है और उस गति में PWM सिग्नल को कितने समय तक चालू रहना चाहिए, यह PWM सिग्नल के कर्तव्य चक्र से तय होता है ।
PWM सिग्नल को एनालॉग वोल्टेज में कैसे बदलें?
डीसी मोटर की गति को नियंत्रित करने या एलईडी की चमक को समायोजित करने जैसे सरल अनुप्रयोगों के लिए हमें पीडब्लूएम संकेतों को एनालॉग वोल्टेज में बदलने की आवश्यकता है। यह आरसी फिल्टर का उपयोग करके आसानी से किया जा सकता है और आमतौर पर इसका उपयोग किया जाता है जहां डीएसी सुविधा की आवश्यकता होती है। उसी के लिए सर्किट नीचे दिखाया गया है
ऊपर दिखाए गए ग्राफ़ में, पीले रंग का एक पीडब्लूएम सिग्नल है और नीला रंग एक आउटपुट एनालॉग वोल्टेज है। रोकनेवाला आर 1 और कैपेसिटर सी 1 के मूल्य की गणना पीडब्लूएम सिग्नल की आवृत्ति के आधार पर की जा सकती है लेकिन आम तौर पर 5.7K या 10K अवरोधक और 0.1u या 1u कैपेसिटर का उपयोग किया जाता है।
PWM सिग्नल के आउटपुट वोल्टेज की गणना कैसे करें?
पीडब्लूएम सिग्नल के आउटपुट वोल्टेज को एनालॉग में परिवर्तित करने के बाद यह ड्यूटी चक्र का प्रतिशत होगा। उदाहरण के लिए यदि ऑपरेटिंग वोल्टेज 5 वी है तो पीडब्लूएम सिग्नल भी उच्च होने पर 5 वी होगा। 100% शुल्क चक्र के लिए ऐसे मामले में आउटपुट वोल्टेज 50V शुल्क चक्र के लिए 5V होगा यह 2.5V होगा।
आउटपुट वोल्टेज = कर्तव्य चक्र (%) * 5
उदाहरण:
हमने पहले अपनी कई परियोजनाओं में विभिन्न माइक्रोकंट्रोलर के साथ PWM का उपयोग किया है:
- ATmega32 के साथ पल्स चौड़ाई मॉडुलन
- Arduino Uno के साथ PWM
- PIC माइक्रोकंट्रोलर का उपयोग करके PWM उत्पन्न करना
- रास्पबेरी पाई PWM ट्यूटोरियल
- रास्पबेरी पाई के साथ सर्वो मोटर नियंत्रण
- पल्स चौड़ाई मॉड्यूलेशन (PWM) MSP430G2 का उपयोग कर
- पल्स चौड़ाई मॉड्यूलेशन (PWM) STM32F103C8 में
- रास्पबेरी पाई के साथ सर्वो मोटर नियंत्रण
- रास्पबेरी पाई के साथ डीसी मोटर नियंत्रण
- 1 वाट एलईडी डिमर
- पीडब्लूएम का उपयोग करके अरुडिनो आधारित एलईडी डिमर
आगे पीडब्लूएम से संबंधित सभी परियोजनाओं को यहां देखें।