Pulse Width Modulation (Darbe genişlik modülasyonu )
PWM üretilecek olan darbelerin, genişliklerini kontrol ederek, çıkışta üretilmek istenen analog elektriksel değerin veya sinyalin elde edilmesi tekniğidir.
Üretilen kare dalga darbe sinyallerinin genişliklerinin oratalaması, çıkışta üretilecek olan analog değerin elde edilmesini sağlar.
PWM’in en önemli avantajlarından birisi sayılsal’dan analog’a dönüştürme işlemini oldukça basit bir yapı ile sağlamasıdır.
Burada darbe genişlik sinyali değiştiğinde, lambanın ışık şiddeti de değişecektir. PWM ile üretilebilecek olan çeşitli oranlar aşağıda verilmiştir. Bu sayede mikro denetleyici tarafından kontrol edilen basit bir analog sistem elde edilmiş olur.
Elbette üretilen siyalin frekansıda göz ardı edilmemelidir. Çok düşük bir frekans ile üretilen darbe sinyalleri ve bunlarla kontrol edilen bir lambada, lambanın yanma ve sönme zamanları hissedilebilecektir. Bu durum size ışığın şiddetinin değişikliğinden daha çok, titreme şeklinde görünecektir.
Bunu engellemek için anahtarlama frekansı yükseltilmelidir. Genellikle uygulamalarda, 1kHz – 200kHz arasındaki frekanslarda çalışılır. LCD flouresan devrelerinde frekans yüksektir ve titreme hissedilemez.
PWM Tekniğinin Prensipleri
PWM tekniğinin temeli kare dalga üretmekte yatıyor. Bu kare dalga da genellikle referans olarak aldığı dalganın ortalaması kadar büyüklüğe sahip oluyor. Bunun yanı sıra sistemdeki dalganın büyüklüğü ise görev döngüsünün büyüklüğü ile doğru orantılıdır.
PWM dalgasını elde etme yöntemlerinden bazıları
Delta: Delta modülasyonlu PWM sinyali, integral alıcı ve limitleyici devre yapıları ile elde edilir. İntegral sonucunun limitlere değmesi “off”, diğer durumlarda “on” durumu oluştuğu için kare dalga oluşur.
Sigma – Delta: Bu modülasyonda ise çıkış sinyali, referans alınan sinyalden çıkartılır. Böylece hata sinyali elde edilmiş olur. Hata sinyalinin integralinin sonucuna göre eğer limite değiyorsa “off”, değmiyorsa “on” durumu oluşturularak kare dalga elde edilir.
Boşluk – Vektör: 3 fazlı AC uygulamalar için algoritma kullanılarak kare dalga elde edilir.
Direkt Tork Kontrol (DTC): AC motorlarda kullanılmak üzere geliştirilen bir PWM tekniğidir. Delta modülasyon tekniğinden üretilmiştir. Motora gönderilen sinyal belirli bir filtreden geçirilir ve motorun torku ile manyetik akı kontrol altında tutulur.
Zaman Bölücü: Özellikle mikroişlemcilerin PWM çıkışları tarafından kullanılırlar. Değişken görev döngüsüne sahip devrelerde de kullanılabilirler.
PWM Uygulama Alanları
Haberleşme Sistemleri:
Telekomünikasyon sistemlerinde sinyallerin önemi çok büyük ve bu sinyallerin kontrol edilmesi ve modülasyon tekniğine uygun olması gibi kabiliyetler de çok önemli. “0” ve “1”lerden oluşan lojik haberleşme devrelerinde kare dalga ve PWM en sık kullanılan 2 unsur olarak görülüyor.
Güç Aktarımı ve Elektrik Makineleri:
Güç kontrolü ve aktarılan güç miktarının ayarlanması da elektrik-elektronik dünyasında önemli unsurların başında geliyor. Yüksek frekanslı devrelerde PWM sinyal kontrolü sayesinde bu durum gerçekleşebiliyor.
Çeşitli devre yapılarına göre MOSFET veya IGBT kullanılabilirken giriş gücünü ayarlamak için de Varyak kullanılabiliyor. Ancak bazı devrelerde ise bu elemanlar istenilen fonksiyonu yerine getiremediğinde PWM kontrolüne başvuruluyor. Özellikle motor devir kontrolü için PWM tekniği sık sık karşımıza çıkıyor.
Voltaj Regülatör Devreleri:
Voltaj regülatör devrelerinde de PWM tekniğine başvurulabilir. Uygun görev döngüsüne anahtarlama yaparak voltajı kesme ve düzenleme işlemleri ile regüle edebilen PWM tekniği sonucunda bir takım elektronik gürültü oluşuyor. Ancak LC filtre ile bu durumu aşmak mümkün.
Ses Efektleri ve Yükselticiler:
Osilatörler ile birlikte bazı ses efektlerini elde etmek için PWM tekniği kullanılabiliyor. Aynı zamanda yükseltici devrelerinde ve amfilerde kontrol amacıyla da PWM tekniğine başvuru yapılabiliyor.
Diğer Elektriksel Alanlar:
Güneş enerji sistemlerinde ve rüzgar enerjisi sistemlerinde kullanılan mikro inverterlerin dizaynları PWM tekniğine uygun olarak gerçekleştirilir. Aynı zamanda PWM sinyali FET tipi transistörlere iletilir. Ayrıca PWM tekniği robotik devrelerde ve servo motor devrelerinde yine kontrol amacıyla kullanılabilir.
