ما هو العاكس PWM

عُدلت محولات عرض النبض عاكس “PWM” الإصدارات القديمة من العواكس ولديها مجموعة واسعة من التطبيقات، وعملياً يتم استخدام هذه في دوائر إلكترونيات الطاقة، والمحولات القائمة على تقنية “PWM” تمتلك “MOSFETs” في مرحلة تبديل الإخراج، كما تمتلك معظم المحولات المتوفرة في الوقت الحاضر تقنية “PWM” هذه وقادرة على إنتاج جهد تيار متردد بأحجام وترددات متفاوتة.

تعريف العاكس PWM:

العاكس “PWM”: هو العاكس الذي تعتمد وظيفته على تقنية تعديل عرض النبضة باسم محولات “PWM” وهذه قادرة على الحفاظ على الفولتية الناتجة مثل الفولتية المقدرة اعتماداً على البلد بغض النظر عن نوع الحمل المتصل، كما يمكن تحقيق ذلك عن طريق تغيير عرض تردد التبديل عند المذبذب.

وهناك العديد من دوائر الحماية والتحكم في هذه الأنواع من العاكسات، كما إنّ تطبيق تقنية “PWM” في المحولات يجعلها مناسبة ومثالية للأحمال المتميزة المتصلة.

• “PWM” هي اختصار لـ “Pulse width modulation”.

مخطط دائرة العاكس PWM:

هناك العديد من الدوائر المستخدمة في محولات “PWM”، ومنها:

أولاً: شحن البطارية الحالية الاستشعار الدائرة:

الغرض من هذه الدائرة هو استشعار التيار المستخدم في شحن البطارية والحفاظ عليها بالقيمة المقدرة حيث من المهم تجنب التقلبات لحماية العمر الافتراضي للبطاريات.

ثانياً: دائرة استشعار جهد البطارية:

تُستخدم هذه الدائرة لاستشعار الجهد المطلوب لشحن البطارية عند نفادها والبدء في الشحن الهزيل للبطارية بمجرد شحنها بالكامل.

ثالثاً: دائرة استشعار التيار المتردد:

تعرف هذه الدائرة توافر أنابيب التيار المتردد، وإذا كان متوفراً فسيكون العاكس في حالة شحن وفي حالة عدم وجود التيار الكهربائي، وسيكون العاكس في وضع البطارية.

رابعاً: دائرة البداية الناعمة:

يتم استعماله لتأخير الشحن لمدة “8 ثوانٍ” إلى “10 ثوانٍ” بعد استئناف الطاقة، وهذا لحماية الدوائر المتكاملة من “MOSFET” من التيارات العالية، كما يُشار إلى هذا أيضاً باسم التأخير الرئيسي.

خامساً: تغيير على الدائرة:

بناءً على توفر التيار الكهربائي، تقوم هذه الدائرة بتبديل تشغيل العاكس بين البطارية وأوضاع الشحن.

سادساً: اغلاق الدائرة:

تهدف هذه الدائرة إلى مراقبة العاكس عن كثب وإغلاقه عند حدوث أي خلل.

سابعاً: دائرة تحكم “PWM”:

لتنظيم الجهد عند الناتج، يتم استعمال وحدة التحكم هذه، والدائرة بحاجة لأداء عمليات “PWM” مدمجة في الدوائر المتكاملة وهذه موجودة في هذه الدائرة.

ثامناً: دائرة شحن البطارية:

يتم التحكم في عملية شحن البطارية في العاكس بواسطة هذه الدائرة، والناتج عن دائرة الاستشعار للأنابيب ودوائر الاستشعار الخاصة بالبطارية هو مدخلات هذه الدائرة.

تاسعاً: منطقة المذبذب:

تم دمج هذه الدائرة مع “IC” لـ “PWM”، كما يتم استخدامه لتوليد ترددات التبديل.

• “IC” هي اختصار لـ “Integrated circuit”.

عاشراً: منطقة السائق:

يتم تشغيل ناتج العاكس بواسطة هذه الدائرة بناءً على إشارة التبديل للتردد المتولد، كما إنّه مشابه لدائرة المضخم.

الحادي عشر: قسم الإنتاج:

يشتمل قسم الإخراج هذا على محول تصعيد ويستخدم لدفع الحمل.

مبدأ عمل العاكس PWM:

يتضمن تصميم العاكس طوبولوجيا مختلفة لدوائر الطاقة وطرق التحكم في الجهد، والجزء الأكثر تركيزاً من العاكس هو شكل الموجة المتولد عند الناتج، ولغرض ترشيح محاثات شكل الموجة والمكثفات المستخدمة، ومن أجل تقليل التوافقيات من الإنتاج يتم استخدام مرشحات تمرير منخفض.

إذا كان العاكس يمتلك قيمة ثابتة لترددات الناتج، يتم استخدام مرشحات الرنين، وبالنسبة للترددات القابلة للتعديل عند الناتج، يتم تعيين المرشحات فوق القيمة القصوى للتردد الأساسي، كما تغير تقنية “PWM” وخصائص الموجة المربعة، والنبضات المستخدمة للتبديل يتم تعديلها وتنظيمها قبل تزويدها بالحمل المتصل، وعندما لا تكون هناك حاجة للتحكم في الجهد يتم استخدام عرض ثابت للنبض.

لتصميم العاكس يتم استخدام العديد من طبولوجيا دوائر الطاقة وطرق التحكم في الجهد، وأهم جانب في تقنية العاكس هو شكل الموجة الناتج، ولتصفية شكل الموجة أي موجة مربعة وموجة شبه جيبية أو موجة جيبية يتم استخدام المكثفات والمحثات، كما تستخدم مرشحات تمرير منخفض لتقليل المكونات التوافقية.

يمكن استخدام مرشح الرنين إذا كان للعاكس تردد ناتج ثابت، وإذا كان للعاكس تردد ناتج قابل للتعديل فيجب ضبط المرشح على مستوى أعلى من الحد الأقصى للتردد الأساسي، كما تُستخدم مقومات التغذية الراجعة لنزف تيار ذروة الحمل الاستقرائي عند إيقاف تشغيل المفتاح، ووفقاً لتحليل فورييه تحتوي الموجة المربعة على مدروجات فردية مثل التوافقيات الثالثة والخامسة والسابعة وما إلى ذلك فقط إذا كانت مضادة للتماثل أي حوالي “180 درجة”.

وإذا كان شكل الموجة يحتوي على درجات معينة من العرض والارتفاعات، فسيتم إلغاء التوافقيات الإضافية، وإذا تم إدخال خطوة جهد صفري بين الأجزاء الموجبة والسالبة من الموجة المربعة، فيمكن التخلص من التناسقات التي يمكن القسمة على ثلاثة، كما يجب أن يكون عرض النبضة “1/3″ من الفترة لكل خطوة موجبة وسالبة و”1/6” من الفترة لكل خطوة من خطوات الجهد الصفري، وهذا يترك على التناسقات الخامسة والسابعة والحادية عشرة والثالثة عشر وما إلى ذلك.

تهدف تقنية تعديل عرض النبض إلى تغيير خصائص الموجة المربعة، ونبضات التحويل يتم تعديلها وتنظيمها قبل تزويدها بالحمل، وعندما لا يتطلب العاكس التحكم في الجهد يمكن استخدام عرض النبض الثابت.

أنواع وأشكال موجات العاكس PWM:

تتكون تقنية “PWM” في العاكس من إشارتين، وإشارة واحدة للإشارة والأخرى ستكون الناقل، كما يمكن توليد النبضة المطلوبة لتبديل وضع العاكس من خلال المقارنة بين هاتين الإشارتين، وهناك العديد من تقنيات “PWM”.

أولاً: تعديل عرض النبض المفرد “SPWM”:

يكون لكل نصف دورة هناك نبضة واحدة متوفرة للتحكم في التقنية، حيث ستكون إشارة الموجة المربعة للإشارة وستكون الموجة المثلثية هي الموجة الحاملة، كما ستكون نبضة البوابة الناتجة من خلال مقارنة الموجة الحاملة والإشارات المرجعية، والتناسقات الأعلى هي العيب الرئيسي لهذه التقنية.

ملاحظة:“SPWM” هي اختصار لـ “Single Pulse Width Modulation”.

ثانياً: تعديل عرض النبضات المتعددة “MPWM”:

تُستخدم تقنية “MPWM” للتغلب على عيب “SPWM”، وبدلاً من نبضة واحدة يتم استعمال نبضات متعددة لكل نصف دورة للجهد عند الناتج، كما يتم التحكم في التردد عند الناتج عن طريق التحكم في تردد الموجة الحاملة.

ملاحظة:“MPWM” هي اختصار لـ “Multiple Pulse Width Modulation”.

ثالثاً: تعديل عرض النبض الجيبي:

عديل عرض النبض الجيبي: هو نوع من تقنية “PWM” بدلاً من الموجة المربعة يتم استخدام موجة جيبية كمرجع وسيكون الناقل موجة مثلثة، حيث ستكون الموجة الجيبية هي الناتج ويتم التحكم في قيمة “RMS” للجهد بواسطة مؤشر التعديل.

رابعاً: تعديل عرض النبض الجيبي المعدل:

يتم تطبيق الموجة الحاملة لأول وآخر فاصل “60 درجة لكل نصف دورة”، كما تم تقديم هذا التعديل لتحسين الخصائص التوافقية، ويقلل الخسارة بسبب التبديل ويزيد المكون الأساسي.

تطبيقات العاكس PWM:

يتم استخدام محولات “PWM” الأكثر شيوعاً في محركات التيار المتردد السريعة، حيث تعتمد سرعة المحرك على التباين في تردد الجهد المطبق، كما يمكن التحكم بشكل كبير في الدوائر في إلكترونيات الطاقة باستخدام إشارات “PWM”، ولتوليد الإشارات في شكل تماثلي من الأجهزة الرقمية مثل الميكروكنترولر، فإنّ تقنية “PWM” مفيدة، وعلاوةً على ذلك هناك العديد من التطبيقات التي تستخدم فيها تقنية “PWM” في دوائر مختلفة.