மோட்டார் கட்டுப்பாடு எளிதாக்கப்பட்டது: PWM சிக்னல் உருவாக்கத்திற்கான ஒரு முழுமையான வழிகாட்டி

பல்ஸ் வித் மாடுலேஷன் (PWM) என்பது உலகெங்கிலும் உள்ள மோட்டார் கட்டுப்பாட்டு பயன்பாடுகளில் பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படும் ஒரு சக்திவாய்ந்த நுட்பமாகும். அதன் பன்முகத்தன்மை, செயல்திறன் மற்றும் எளிதான செயலாக்கம் ஆகியவை நவீன உட்பொதிக்கப்பட்ட அமைப்புகள் மற்றும் பவர் எலக்ட்ரானிக்ஸின் மூலக்கல்லாக ஆக்கியுள்ளன. இந்த விரிவான வழிகாட்டி, PWM சிக்னல் உருவாக்கத்தைப் பற்றிய ஆழமான புரிதலை வழங்குவதை நோக்கமாகக் கொண்டுள்ளது, அதன் அடிப்படைக் கோட்பாடுகள், பல்வேறு செயலாக்க முறைகள், நடைமுறைக் கருத்துகள் மற்றும் சர்வதேச பொறியியல் திட்டங்களுக்குத் தொடர்புடைய மேம்பட்ட தலைப்புகளை உள்ளடக்கியது.

பல்ஸ் வித் மாடுலேஷன் (PWM) என்றால் என்ன?

PWM என்பது ஒரு உயர் அதிர்வெண்ணில் மின்சார விநியோகத்தை ஆன் மற்றும் ஆஃப் செய்வதன் மூலம் ஒரு மின்சார சுமைக்கு வழங்கப்படும் சராசரி சக்தியைக் கட்டுப்படுத்தும் ஒரு முறையாகும். "பல்ஸ் வித்" என்பது சிக்னல் 'ஆன்' நிலையில் (உயர் மின்னழுத்தம்) இருக்கும் நேரத்தைக் குறிக்கிறது, இது சுழற்சியின் மொத்த காலத்துடன் ஒப்பிடப்படுகிறது. சதவீதமாக வெளிப்படுத்தப்படும் இந்த விகிதம், டூட்டி சைக்கிள் என அழைக்கப்படுகிறது.

உதாரணமாக, 50% டூட்டி சைக்கிள் என்பது சிக்னல் பாதி காலத்திற்கு 'ஆன்' நிலையிலும் மற்ற பாதி காலத்திற்கு 'ஆஃப்' நிலையிலும் இருக்கும் என்பதாகும். அதிக டூட்டி சைக்கிள் சுமைக்கு அதிக சக்தியைக் கொடுக்கும், அதேசமயம் குறைந்த டூட்டி சைக்கிள் குறைந்த சக்தியைக் கொடுக்கும்.

ஒரு PWM சிக்னலின் முக்கிய அளவுருக்கள்

• அதிர்வெண்: PWM சிக்னல் அதன் சுழற்சியை மீண்டும் மீண்டும் செய்யும் விகிதம் (ஹெர்ட்ஸ் - Hz இல் அளவிடப்படுகிறது). அதிக அதிர்வெண்கள் பொதுவாக மென்மையான மோட்டார் செயல்பாட்டிற்கு வழிவகுக்கும், ஆனால் ஸ்விட்ச்சிங் இழப்புகளை அதிகரிக்கலாம்.
• டூட்டி சைக்கிள்: ஒவ்வொரு சுழற்சிக்குள்ளும் சிக்னல் 'ஆன்' நிலையில் இருக்கும் நேரத்தின் சதவீதம் (சதவீதம் அல்லது 0 மற்றும் 1 க்கு இடையில் ஒரு தசம மதிப்பாக வெளிப்படுத்தப்படுகிறது). இது நேரடியாக மோட்டாருக்குப் பயன்படுத்தப்படும் சராசரி மின்னழுத்தத்தைக் கட்டுப்படுத்துகிறது.
• ரெசல்யூஷன்: கிடைக்கும் தனித்தனி டூட்டி சைக்கிள் நிலைகளின் எண்ணிக்கை. அதிக ரெசல்யூஷன் மோட்டார் வேகம் மற்றும் டார்க் மீது சிறந்த கட்டுப்பாட்டை வழங்குகிறது. ரெசல்யூஷன் பெரும்பாலும் பிட்களில் வெளிப்படுத்தப்படுகிறது. உதாரணமாக, ஒரு 8-பிட் PWM 256 (2^8) சாத்தியமான டூட்டி சைக்கிள் மதிப்புகளைக் கொண்டுள்ளது.

மோட்டார் கட்டுப்பாட்டிற்கு PWM ஏன் பயன்படுத்த வேண்டும்?

பாரம்பரிய அனலாக் மோட்டார் கட்டுப்பாட்டு முறைகளை விட PWM பல நன்மைகளை வழங்குகிறது, இது பல பயன்பாடுகளில் விருப்பமான தேர்வாக அமைகிறது:

• செயல்திறன்: PWM ஆனது ஸ்விட்ச்சிங் முறையில் செயல்படுகிறது, இது ஸ்விட்ச்சிங் சாதனங்களில் (உதாரணமாக, MOSFETs, IGBTs) மின் இழப்பைக் குறைக்கிறது. இது நேரியல் மின்னழுத்த சீராக்கிகளுடன் ஒப்பிடும்போது அதிக ஆற்றல் செயல்திறனை விளைவிக்கிறது, அவை அதிகப்படியான சக்தியை வெப்பமாகச் சிதறடிக்கின்றன. பேட்டரி மூலம் இயங்கும் சாதனங்கள் அல்லது ஆற்றல் பாதுகாப்பு முக்கியமான பயன்பாடுகளில் இது குறிப்பாக முக்கியமானது.
• நுட்பமான கட்டுப்பாடு: டூட்டி சைக்கிளை மாற்றுவதன் மூலம், PWM மோட்டாருக்குப் பயன்படுத்தப்படும் சராசரி மின்னழுத்தத்தின் மீது துல்லியமான கட்டுப்பாட்டை அனுமதிக்கிறது, இது துல்லியமான வேகம் மற்றும் டார்க் ஒழுங்குமுறைக்கு உதவுகிறது.
• நெகிழ்வுத்தன்மை: PWM ஐ மைக்ரோகண்ட்ரோலர்கள், டிஜிட்டல் சிக்னல் செயலிகள் (DSPs), மற்றும் பிரத்யேக PWM கட்டுப்படுத்திகளைப் பயன்படுத்தி எளிதாக உருவாக்க முடியும். இது கணினி வடிவமைப்பில் நெகிழ்வுத்தன்மையை வழங்குகிறது மற்றும் மற்ற கட்டுப்பாட்டு அல்காரிதங்களுடன் ஒருங்கிணைக்க அனுமதிக்கிறது.
• குறைக்கப்பட்ட வெப்பச் சிதறல்: ஸ்விட்ச்சிங் சாதனங்கள் முழுமையாக ஆன் அல்லது முழுமையாக ஆஃப் நிலையில் இருப்பதால், நேரியல் கட்டுப்பாட்டு முறைகளுடன் ஒப்பிடும்போது வெப்பச் சிதறல் கணிசமாகக் குறைக்கப்படுகிறது. இது வெப்ப மேலாண்மையை எளிதாக்குகிறது மற்றும் பெரிய வெப்ப மூழ்கிகளின் (heat sinks) தேவையை குறைக்கிறது.

PWM சிக்னல்களை உருவாக்கும் முறைகள்

PWM சிக்னல்களை எளிய அனலாக் சுற்றுகள் முதல் அதிநவீன மைக்ரோகண்ட்ரோலர் அடிப்படையிலான தீர்வுகள் வரை பல்வேறு நுட்பங்களைப் பயன்படுத்தி உருவாக்கலாம். இங்கே சில பொதுவான முறைகள் உள்ளன:

1. அனலாக் PWM உருவாக்கம்

அனலாக் PWM உருவாக்கம் பொதுவாக ஒரு ஒப்பீட்டாளரைப் (comparator) பயன்படுத்தி ஒரு குறிப்பு மின்னழுத்தத்தை (விரும்பிய டூட்டி சைக்கிளைக் குறிக்கும்) ஒரு சாடூத் அல்லது முக்கோண அலைவடிவத்துடன் ஒப்பிடுவதை உள்ளடக்கியது. சாடூத் அலைவடிவம் குறிப்பு மின்னழுத்தத்தை மீறும் போது, ஒப்பீட்டாளர் வெளியீடு மாறுகிறது, இது PWM சிக்னலை உருவாக்குகிறது.

நன்மைகள்: உடனடியாகக் கிடைக்கும் கூறுகளைக் கொண்டு செயல்படுத்த எளிதானது. குறைபாடுகள்: வரையறுக்கப்பட்ட துல்லியம் மற்றும் நெகிழ்வுத்தன்மை. கூறுகளின் மாறுபாடுகள் மற்றும் வெப்பநிலை மாற்றத்தால் பாதிக்கப்படக்கூடியது. சிக்கலான கட்டுப்பாட்டு அல்காரிதங்களுக்குப் பொருத்தமற்றது.

உதாரணம்: ஒரு செயல்பாட்டு பெருக்கியை (op-amp) ஒப்பீட்டாளராகப் பயன்படுத்துதல், RC சுற்று மூலம் உருவாக்கப்பட்ட சாடூத் அலை மற்றும் டூட்டி சைக்கிளை அமைக்க ஒரு மாறி மின்னழுத்தப் பிரிப்பான் ஆகியவற்றைக் கொண்டது. இந்த முறை அடிப்படை மோட்டார் கட்டுப்பாட்டுச் சுற்றுகள் அல்லது கல்வி விளக்கக்காட்சிகளில் பெரும்பாலும் பயன்படுத்தப்படுகிறது.

2. மைக்ரோகண்ட்ரோலர் அடிப்படையிலான PWM உருவாக்கம்

நவீன மோட்டார் கட்டுப்பாட்டு அமைப்புகளில் PWM சிக்னல்களை உருவாக்குவதற்கான மிகவும் பொதுவான தளம் மைக்ரோகண்ட்ரோலர்கள் ஆகும். பெரும்பாலான மைக்ரோகண்ட்ரோலர்கள் உள்ளமைக்கப்பட்ட PWM மாட்யூல்களைக் (таймеры/கவுண்டர்கள்) கொண்டுள்ளன, அவை அதிர்வெண், டூட்டி சைக்கிள் மற்றும் ரெசல்யூஷன் மீது துல்லியமான கட்டுப்பாட்டுடன் PWM சிக்னல்களை உருவாக்க உள்ளமைக்கப்படலாம்.

நன்மைகள்: உயர் துல்லியம், நெகிழ்வுத்தன்மை மற்றும் நிரலாக்கத் திறன். சிக்கலான கட்டுப்பாட்டு அல்காரிதங்களைச் செயல்படுத்துவது மற்றும் பிற சாதனங்களுடன் ஒருங்கிணைப்பது எளிது. அதிர்வெண், டூட்டி சைக்கிள் மற்றும் ரெசல்யூஷனுக்கான பரந்த அளவிலான விருப்பங்கள். குறைந்தபட்ச வெளிப்புற கூறுகள் தேவை. குறைபாடுகள்: நிரலாக்கத் திறன்கள் மற்றும் மைக்ரோகண்ட்ரோலர் சாதனங்களைப் பற்றிய புரிதல் தேவை.

செயலாக்கப் படிகள்:

1. டைமர்/கவுண்டரை உள்ளமைத்தல்: மைக்ரோகண்ட்ரோலருக்குள் பொருத்தமான டைமர்/கவுண்டர் மாட்யூலைத் தேர்ந்தெடுத்து அதன் இயக்க பயன்முறையை (எ.கா., PWM பயன்முறை, ஒப்பீட்டு பயன்முறை) உள்ளமைக்கவும்.
2. PWM அதிர்வெண்ணை அமைத்தல்: விரும்பிய PWM அதிர்வெண்ணை அடைய தேவையான டைமர் பிரிஸ்கேலர் மற்றும் ஒப்பீட்டு மதிப்பைக் கணக்கிடுங்கள். இது மைக்ரோகண்ட்ரோலரின் கடிகார அதிர்வெண்ணைப் பொறுத்தது.
3. டூட்டி சைக்கிளை அமைத்தல்: விரும்பிய டூட்டி சைக்கிள் மதிப்பை பொருத்தமான ஒப்பீட்டுப் பதிவேட்டில் (compare register) எழுதவும். இந்த மதிப்பின் அடிப்படையில் மைக்ரோகண்ட்ரோலர் தானாகவே PWM சிக்னலை உருவாக்குகிறது.
4. PWM வெளியீட்டை இயக்குதல்: தொடர்புடைய மைக்ரோகண்ட்ரோலர் பின்னை ஒரு வெளியீடாக உள்ளமைத்து PWM வெளியீட்டுச் செயல்பாட்டை இயக்கவும்.

உதாரணம் (Arduino):

```arduino int motorPin = 9; // மோட்டார் டிரைவருடன் இணைக்கப்பட்ட டிஜிட்டல் பின் int speed = 150; // மோட்டார் வேகம் (0-255, 0-100% டூட்டி சைக்கிளுக்கு சமமானது) void setup() { pinMode(motorPin, OUTPUT); } void loop() { analogWrite(motorPin, speed); // குறிப்பிட்ட டூட்டி சைக்கிளுடன் PWM சிக்னலை உருவாக்கவும் delay(100); // 100ms க்கு வேகத்தை வைத்திருக்கவும் } ```

உதாரணம் (STM32):

இது STM32 HAL நூலகத்தைப் பயன்படுத்தி TIM (டைமர்) சாதனத்தை உள்ளமைப்பதை உள்ளடக்கியது.

```c // உதாரணம் TIM3 சேனல் 1 (PA6 பின்) இல் பயன்படுத்தப்படுவதாகக் கருதுகிறது TIM_HandleTypeDef htim3; //டைமரை உள்ளமைக்கவும் void MX_TIM3_Init(void) { TIM_ClockConfigTypeDef sClockSourceConfig = {0}; TIM_MasterConfigTypeDef sMasterConfig = {0}; TIM_OC_InitTypeDef sConfigOC = {0}; htim3.Instance = TIM3; htim3.Init.Prescaler = 71; // விரும்பிய அதிர்வெண்ணுக்கு பிரிஸ்கேலரை சரிசெய்யவும் htim3.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP; htim3.Init.Period = 999; // விரும்பிய அதிர்வெண்ணுக்கு காலத்தை சரிசெய்யவும் htim3.Init.ClockDivision = TIM_CLOCKDIVISION_DIV1; htim3.Init.AutoReloadPreload = TIM_AUTORELOAD_PRELOAD_DISABLE; HAL_TIM_Base_Init(&htim3); sClockSourceConfig.ClockSource = TIM_CLOCKSOURCE_INTERNAL; HAL_TIM_ConfigClockSource(&htim3, &sClockSourceConfig); HAL_TIM_PWM_Init(&htim3); sMasterConfig.MasterOutputTrigger = TIM_TRGO_RESET; sMasterConfig.MasterSlaveMode = TIM_MASTERSLAVEMODE_DISABLE; HAL_TIMEx_MasterConfigSynchronization(&htim3, &sMasterConfig); sConfigOC.OCMode = TIM_OCMODE_PWM1; sConfigOC.Pulse = 500; // டூட்டி சைக்கிளுக்கு பல்ஸை சரிசெய்யவும் (0-999) sConfigOC.OCPolarity = TIM_OCPOLARITY_HIGH; sConfigOC.OCFastMode = TIM_OCFAST_DISABLE; HAL_TIM_PWM_ConfigChannel(&htim3, &sConfigOC, TIM_CHANNEL_1); HAL_TIM_MspPostInit(&htim3); } //PWM ஐ தொடங்கவும் HAL_TIM_PWM_Start(&htim3, TIM_CHANNEL_1); ```

3. பிரத்யேக PWM கட்டுப்படுத்திகள்

பிரத்யேக PWM கட்டுப்படுத்தி ஐசிகள் (ICs) PWM சிக்னல்களை உருவாக்குவதற்கு ஒரு வசதியான மற்றும் பெரும்பாலும் அதிக செயல்திறன் மிக்க தீர்வை வழங்குகின்றன, குறிப்பாக உயர்-சக்தி மோட்டார் கட்டுப்பாட்டு பயன்பாடுகளில். இந்த ஐசிகள் பொதுவாக உள்ளமைக்கப்பட்ட பாதுகாப்பு அம்சங்களான அதிக மின்னோட்டம் மற்றும் அதிக மின்னழுத்த பாதுகாப்பு போன்றவற்றைக் கொண்டுள்ளன, மேலும் மேம்பட்ட கட்டுப்பாட்டு செயல்பாடுகளை வழங்கக்கூடும்.

நன்மைகள்: உயர் செயல்திறன், ஒருங்கிணைந்த பாதுகாப்பு அம்சங்கள், எளிமைப்படுத்தப்பட்ட வடிவமைப்பு, பெரும்பாலும் குறிப்பிட்ட மோட்டார் வகைகளுக்கு உகந்ததாக இருக்கும். குறைபாடுகள்: மைக்ரோகண்ட்ரோலர் அடிப்படையிலான தீர்வுகளுடன் ஒப்பிடும்போது குறைந்த நெகிழ்வுத்தன்மை, தனிப்பட்ட கூறுகளை விட அதிக செலவு.

உதாரணம்: டெக்சாஸ் இன்ஸ்ட்ரூமென்ட்ஸ் DRV8301 அல்லது DRV8305 கேட் டிரைவர் ஐசியைப் பயன்படுத்துதல், இது பல PWM சேனல்கள் மற்றும் மூன்று-கட்ட மோட்டார் கட்டுப்பாட்டு பயன்பாடுகளுக்காக பிரத்யேகமாக வடிவமைக்கப்பட்ட பாதுகாப்பு அம்சங்களை உள்ளடக்கியது. இந்த ஐசிகள் பொதுவாக ரோபாட்டிக்ஸ், ட்ரோன்கள் மற்றும் தொழில்துறை ஆட்டோமேஷனுக்கான பிரஷ்லெஸ் டிசி (BLDC) மோட்டார் டிரைவ்களில் பயன்படுத்தப்படுகின்றன.

PWM இன் மோட்டார் கட்டுப்பாட்டுப் பயன்பாடுகள்

PWM ஆனது பல்வேறு வகையான மோட்டார் கட்டுப்பாட்டுப் பயன்பாடுகளில் பயன்படுத்தப்படுகிறது, அவற்றுள்:

• DC மோட்டார் வேகக் கட்டுப்பாடு: DC மோட்டாருக்குப் பயன்படுத்தப்படும் PWM சிக்னலின் டூட்டி சைக்கிளை மாற்றுவதன் மூலம், அதன் வேகத்தை துல்லியமாகக் கட்டுப்படுத்த முடியும். இது ரோபாட்டிக்ஸ், மின்சார வாகனங்கள் மற்றும் நுகர்வோர் சாதனங்களில் பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படுகிறது.
• சர்வோ மோட்டார் கட்டுப்பாடு: சர்வோ மோட்டார்கள் தங்கள் நிலையை கட்டுப்படுத்த PWM சிக்னல்களைப் பயன்படுத்துகின்றன. பல்ஸ் வித் மோட்டார் ஷாஃப்ட்டின் கோண நிலையை தீர்மானிக்கிறது. சர்வோ மோட்டார்கள் ரோபாட்டிக்ஸ், மாதிரி விமானங்கள் மற்றும் தொழில்துறை ஆட்டோமேஷனில் பரவலாக உள்ளன.
• ஸ்டெப்பர் மோட்டார் கட்டுப்பாடு: ஸ்டெப்பர் மோட்டார்கள் பொதுவாக பிரத்யேக ஸ்டெப்பர் மோட்டார் டிரைவர்களைப் பயன்படுத்தி கட்டுப்படுத்தப்பட்டாலும், மோட்டார் வைண்டிங்ஸில் உள்ள மின்னோட்டத்தைக் கட்டுப்படுத்த PWM பயன்படுத்தப்படலாம், இது மைக்ரோஸ்டெப்பிங் மற்றும் மேம்பட்ட செயல்திறனை செயல்படுத்துகிறது.
• பிரஷ்லெஸ் DC (BLDC) மோட்டார் கட்டுப்பாடு: BLDC மோட்டார்களுக்கு மின்னணு கம்யூடேஷன் தேவைப்படுகிறது, இது பொதுவாக மைக்ரோகண்ட்ரோலர் அல்லது பிரத்யேக BLDC மோட்டார் கட்டுப்படுத்தியைப் பயன்படுத்தி அடையப்படுகிறது, இது மோட்டாரின் கட்ட மின்னோட்டங்களைக் கட்டுப்படுத்த PWM சிக்னல்களை உருவாக்குகிறது. BLDC மோட்டார்கள் மின்சார வாகனங்கள், ட்ரோன்கள் மற்றும் சக்தி கருவிகள் உள்ளிட்ட பல்வேறு பயன்பாடுகளில் பயன்படுத்தப்படுகின்றன.
• இன்வெர்ட்டர் கட்டுப்பாடு: இன்வெர்ட்டர்கள் DC மூலத்திலிருந்து AC அலைவடிவங்களை உருவாக்க PWM ஐப் பயன்படுத்துகின்றன. PWM சிக்னல்களுடன் பவர் டிரான்சிஸ்டர்களின் (எ.கா., MOSFETகள் அல்லது IGBTகள்) ஸ்விட்ச்சிங்கைக் கட்டுப்படுத்துவதன் மூலம், இன்வெர்ட்டர்கள் சரிசெய்யக்கூடிய அதிர்வெண் மற்றும் வீச்சுடன் சைனுசாய்டல் AC மின்னழுத்தத்தை உருவாக்க முடியும். இன்வெர்ட்டர்கள் புதுப்பிக்கத்தக்க எரிசக்தி அமைப்புகள், தடையற்ற மின்சாரம் (UPS) மற்றும் மோட்டார் டிரைவ்களில் பயன்படுத்தப்படுகின்றன.

மோட்டார் கட்டுப்பாட்டில் PWM சிக்னல் உருவாக்கத்திற்கான பரிசீலனைகள்

மோட்டார் கட்டுப்பாட்டிற்காக PWM ஐ செயல்படுத்தும் போது, செயல்திறனை மேம்படுத்தவும் நம்பகமான செயல்பாட்டை உறுதி செய்யவும் பல காரணிகளைக் கருத்தில் கொள்ள வேண்டும்:

1. PWM அதிர்வெண் தேர்வு

PWM அதிர்வெண்ணின் தேர்வு முக்கியமானது மற்றும் குறிப்பிட்ட மோட்டார் மற்றும் பயன்பாட்டைப் பொறுத்தது. அதிக அதிர்வெண்கள் பொதுவாக மென்மையான மோட்டார் செயல்பாடு மற்றும் குறைக்கப்பட்ட கேட்கக்கூடிய இரைச்சலை விளைவிக்கின்றன, ஆனால் பவர் டிரான்சிஸ்டர்களில் ஸ்விட்ச்சிங் இழப்புகளை அதிகரிக்கின்றன. குறைந்த அதிர்வெண்கள் ஸ்விட்ச்சிங் இழப்புகளைக் குறைக்கலாம், ஆனால் மோட்டார் அதிர்வுகள் மற்றும் கேட்கக்கூடிய இரைச்சலை ஏற்படுத்தக்கூடும்.

பொதுவான வழிகாட்டுதல்கள்:

• DC மோட்டார்கள்: 1 kHz முதல் 20 kHz வரையிலான அதிர்வெண்கள் பொதுவாகப் பயன்படுத்தப்படுகின்றன.
• சர்வோ மோட்டார்கள்: PWM அதிர்வெண் பொதுவாக சர்வோ மோட்டாரின் விவரக்குறிப்புகளால் தீர்மானிக்கப்படுகிறது (பெரும்பாலும் சுமார் 50 Hz).
• BLDC மோட்டார்கள்: ஸ்விட்ச்சிங் இழப்புகள் மற்றும் கேட்கக்கூடிய இரைச்சலைக் குறைக்க 10 kHz முதல் 50 kHz வரையிலான அதிர்வெண்கள் பெரும்பாலும் பயன்படுத்தப்படுகின்றன.

PWM அதிர்வெண்ணைத் தேர்ந்தெடுக்கும்போது மோட்டாரின் தூண்டல் (inductance) மற்றும் பவர் டிரான்சிஸ்டர்களின் ஸ்விட்ச்சிங் பண்புகளைக் கவனியுங்கள். அதிக தூண்டல் கொண்ட மோட்டார்களுக்கு அதிகப்படியான மின்னோட்ட சிற்றலைகளைத் தடுக்க குறைந்த அதிர்வெண்கள் தேவைப்படலாம். வேகமான ஸ்விட்ச்சிங் டிரான்சிஸ்டர்கள் ஸ்விட்ச்சிங் இழப்புகளில் குறிப்பிடத்தக்க அதிகரிப்பு இல்லாமல் அதிக அதிர்வெண்களை அனுமதிக்கின்றன.

2. டூட்டி சைக்கிள் ரெசல்யூஷன்

டூட்டி சைக்கிள் ரெசல்யூஷன் மோட்டார் வேகம் மற்றும் டார்க் மீதான கட்டுப்பாட்டின் நுணுக்கத்தை தீர்மானிக்கிறது. அதிக ரெசல்யூஷன், குறிப்பாக குறைந்த வேகத்தில், சிறந்த சரிசெய்தல்கள் மற்றும் மென்மையான செயல்பாட்டை அனுமதிக்கிறது. தேவையான ரெசல்யூஷன் பயன்பாட்டின் துல்லியத் தேவைகளைப் பொறுத்தது.

உதாரணம்: ஒரு 8-பிட் PWM 256 தனித்தனி டூட்டி சைக்கிள் நிலைகளை வழங்குகிறது, அதே நேரத்தில் ஒரு 10-பிட் PWM 1024 நிலைகளை வழங்குகிறது. துல்லியமான வேகக் கட்டுப்பாடு தேவைப்படும் பயன்பாடுகளுக்கு, அதிக ரெசல்யூஷன் கொண்ட PWM பொதுவாக விரும்பப்படுகிறது.

அதிக ரெசல்யூஷன் PWM மாட்யூல்களைக் கொண்ட மைக்ரோகண்ட்ரோலர்கள் (எ.கா., 12-பிட் அல்லது 16-பிட்) கோரும் மோட்டார் கட்டுப்பாட்டுப் பயன்பாடுகளில் சிறந்த செயல்திறனை வழங்குகின்றன.

3. டெட் டைம் செருகல்

H-பிரிட்ஜ் மோட்டார் டிரைவ்களில், ஒரு டிரான்சிஸ்டரை ஆஃப் செய்வதற்கும் எதிர் டிரான்சிஸ்டரை ஆன் செய்வதற்கும் இடையில் ஒரு குறுகிய தாமதத்தை (டெட் டைம்) செருகுவது அவசியம். இது ஷூட்-த்ரூ மின்னோட்டங்களைத் தடுக்கிறது, இது டிரான்சிஸ்டர்களை சேதப்படுத்தும். H-பிரிட்ஜின் ஒரே காலில் உள்ள இரண்டு டிரான்சிஸ்டர்களும் தற்காலிகமாக ஒரே நேரத்தில் ஆன் ஆகும்போது ஷூட்-த்ரூ ஏற்படுகிறது, இது மின்சாரம் முழுவதும் ஒரு ஷார்ட் சர்க்யூட்டை உருவாக்குகிறது.

டெட் டைம் கணக்கீடு: தேவையான டெட் டைம் டிரான்சிஸ்டர்களின் ஸ்விட்ச்சிங் வேகம் மற்றும் சுற்றில் உள்ள தவறான தூண்டலைப் பொறுத்தது. இது பொதுவாக சில நூறு நானோ விநாடிகள் முதல் சில மைக்ரோ விநாடிகள் வரை இருக்கும்.

பல மைக்ரோகண்ட்ரோலர் PWM மாட்யூல்கள் உள்ளமைக்கப்பட்ட டெட்-டைம் உருவாக்கும் அம்சங்களைக் கொண்டுள்ளன, இது H-பிரிட்ஜ் மோட்டார் டிரைவ்களின் செயலாக்கத்தை எளிதாக்குகிறது.

4. வடிகட்டுதல் மற்றும் EMI குறைப்பு

மின்னோட்டங்களின் விரைவான ஸ்விட்ச்சிங் காரணமாக PWM சிக்னல்கள் மின்காந்த குறுக்கீட்டை (EMI) உருவாக்கக்கூடும். EMI ஐக் குறைக்கவும் ஒட்டுமொத்த கணினி செயல்திறனை மேம்படுத்தவும் வடிகட்டுதல் நுட்பங்களைப் பயன்படுத்தலாம். பொதுவான வடிகட்டுதல் முறைகள் பின்வருமாறு:

• ஃபெரைட் மணிகள்: உயர் அதிர்வெண் இரைச்சலை அடக்க மோட்டார் பவர் லீட்களில் வைக்கப்படுகின்றன.
• மின்தேக்கிகள்: மின்சார விநியோகத்தை துண்டிக்கவும் மற்றும் மின்னழுத்த ஸ்பைக்குகளை வடிகட்டவும் பயன்படுத்தப்படுகின்றன.
• கவசமிடப்பட்ட கேபிள்கள்: மோட்டார் கேபிள்களிலிருந்து கதிர்வீச்சு உமிழ்வுகளைக் குறைக்கவும்.

EMI ஐக் குறைப்பதில் கவனமான PCB தளவமைப்பும் முக்கியமானது. அதிக மின்னோட்ட தடங்களை குறுகியதாகவும் அகலமாகவும் வைத்திருங்கள், மேலும் மின்னோட்டங்களுக்கு குறைந்த மின்மறுப்பு திரும்பும் பாதையை வழங்க தரைத் தளங்களைப் (ground planes) பயன்படுத்தவும்.

5. பின்னூட்டக் கட்டுப்பாடு

துல்லியமான மோட்டார் கட்டுப்பாட்டிற்கு, பின்னூட்டக் கட்டுப்பாட்டு நுட்பங்கள் பெரும்பாலும் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. பின்னூட்டக் கட்டுப்பாடு என்பது மோட்டாரின் வேகம், நிலை அல்லது மின்னோட்டத்தை அளவிடுவதையும், விரும்பிய செயல்திறனைப் பராமரிக்க அதற்கேற்ப PWM டூட்டி சைக்கிளை சரிசெய்வதையும் உள்ளடக்கியது. பொதுவான பின்னூட்டக் கட்டுப்பாட்டு அல்காரிதங்கள் பின்வருமாறு:

• PID கட்டுப்பாடு: விகிதாசார-ஒருங்கிணைந்த-வழித்தோன்றல் (PID) கட்டுப்பாடு என்பது பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படும் பின்னூட்டக் கட்டுப்பாட்டு அல்காரிதம் ஆகும், இது விரும்பிய மற்றும் உண்மையான மோட்டார் வேகம் அல்லது நிலைக்கு இடையிலான பிழையின் அடிப்படையில் PWM டூட்டி சைக்கிளை சரிசெய்கிறது.
• ஃபீல்ட்-ஓரியண்டட் கண்ட்ரோல் (FOC): FOC என்பது BLDC மற்றும் AC மோட்டார்களுக்குப் பயன்படுத்தப்படும் ஒரு மேம்பட்ட கட்டுப்பாட்டு நுட்பமாகும். இது மோட்டாரின் டார்க் மற்றும் ஃப்ளக்ஸை சுயாதீனமாகக் கட்டுப்படுத்துகிறது, இதன் விளைவாக உயர் செயல்திறன் மற்றும் டைனமிக் செயல்திறன் ஏற்படுகிறது.

பின்னூட்டக் கட்டுப்பாட்டைச் செயல்படுத்துவதற்கு பின்னூட்ட சிக்னல்களை அளவிட அனலாக்-டு-டிஜிட்டல் மாற்றி (ADC) திறன்களைக் கொண்ட ஒரு மைக்ரோகண்ட்ரோலர் மற்றும் கட்டுப்பாட்டு அல்காரிதங்களை நிகழ்நேரத்தில் செயல்படுத்த போதுமான செயலாக்க சக்தி தேவைப்படுகிறது.

மேம்பட்ட PWM நுட்பங்கள்

அடிப்படை PWM உருவாக்கத்திற்கு அப்பால், பல மேம்பட்ட நுட்பங்கள் மோட்டார் கட்டுப்பாட்டு செயல்திறனை மேலும் மேம்படுத்தலாம்:

1. ஸ்பேஸ் வெக்டர் PWM (SVPWM)

SVPWM என்பது மூன்று-கட்ட இன்வெர்ட்டர் டிரைவ்களில் பயன்படுத்தப்படும் ஒரு அதிநவீன PWM நுட்பமாகும். இது பாரம்பரிய சைனுசாய்டல் PWM உடன் ஒப்பிடும்போது மேம்பட்ட மின்னழுத்த பயன்பாடு மற்றும் குறைக்கப்பட்ட ஹார்மோனிக் சிதைவை வழங்குகிறது. SVPWM விரும்பிய வெளியீட்டு மின்னழுத்த வெக்டரைத் தொகுக்க இன்வெர்ட்டர் டிரான்சிஸ்டர்களுக்கான உகந்த ஸ்விட்ச்சிங் வரிசையைக் கணக்கிடுகிறது.

2. சிக்மா-டெல்டா மாடுலேஷன்

சிக்மா-டெல்டா மாடுலேஷன் என்பது உயர்-ரெசல்யூஷன் PWM சிக்னல்களை உருவாக்கப் பயன்படுத்தப்படும் ஒரு நுட்பமாகும். இது விரும்பிய சிக்னலை ஓவர்சாம்பிளிங் செய்வதையும், குவாண்டைசேஷன் இரைச்சலை வடிவமைக்க பின்னூட்ட வளையத்தைப் பயன்படுத்துவதையும் உள்ளடக்கியது, இதன் விளைவாக அதிக சிக்னல்-டு-இரைச்சல் விகிதத்துடன் ஒரு சிக்னல் உருவாகிறது. சிக்மா-டெல்டா மாடுலேஷன் பெரும்பாலும் ஆடியோ பெருக்கிகள் மற்றும் உயர்-துல்லிய மோட்டார் கட்டுப்பாட்டுப் பயன்பாடுகளில் பயன்படுத்தப்படுகிறது.

3. ரேண்டம் PWM

ரேண்டம் PWM ஆனது EMI ஸ்பெக்ட்ரத்தைப் பரப்புவதற்காக PWM அதிர்வெண் அல்லது டூட்டி சைக்கிளை தோராயமாக மாற்றுவதை உள்ளடக்கியது. இது உச்ச EMI அளவைக் குறைத்து, ஒட்டுமொத்த கணினி EMC (மின்காந்த இணக்கத்தன்மை) செயல்திறனை மேம்படுத்தும். ரேண்டம் PWM பெரும்பாலும் EMI ஒரு குறிப்பிடத்தக்க கவலையாக இருக்கும் பயன்பாடுகளில் பயன்படுத்தப்படுகிறது, அதாவது ஆட்டோமோட்டிவ் மற்றும் ஏரோஸ்பேஸ் பயன்பாடுகள்.

சர்வதேச தரநிலைகள் மற்றும் ஒழுங்குமுறைகள்

சர்வதேச சந்தைகளுக்கு மோட்டார் கட்டுப்பாட்டு அமைப்புகளை வடிவமைக்கும்போது, தொடர்புடைய தரநிலைகள் மற்றும் ஒழுங்குமுறைகளுக்கு இணங்குவது முக்கியம், அவை:

• IEC 61800: சரிசெய்யக்கூடிய வேக மின்சார சக்தி டிரைவ் அமைப்புகள்
• UL 508A: தொழில்துறை கட்டுப்பாட்டு பேனல்களுக்கான தரநிலை
• CE குறி: ஐரோப்பிய ஒன்றிய சுகாதாரம், பாதுகாப்பு மற்றும் சுற்றுச்சூழல் பாதுகாப்பு தரங்களுடன் இணக்கத்தைக் குறிக்கிறது.
• RoHS: அபாயகரமான பொருட்களின் கட்டுப்பாடு உத்தரவு
• REACH: இரசாயனங்களின் பதிவு, மதிப்பீடு, அங்கீகாரம் மற்றும் கட்டுப்பாடு

இந்த தரநிலைகள் பாதுகாப்பு, EMC, மற்றும் சுற்றுச்சூழல் இணக்கம் போன்ற அம்சங்களை உள்ளடக்கியது. இலக்கு சந்தைகளில் பொருந்தக்கூடிய தேவைகளுக்கு இணங்குவதை உறுதிசெய்ய ஒழுங்குமுறை நிபுணர்களுடன் கலந்தாலோசிக்கப் பரிந்துரைக்கப்படுகிறது.

உலகளாவிய எடுத்துக்காட்டுகள் மற்றும் வழக்கு ஆய்வுகள்

எடுத்துக்காட்டு 1: மின்சார வாகனம் (EV) மோட்டார் கட்டுப்பாடு

EV கள் இழுவை மோட்டாரின் வேகம் மற்றும் டார்க்கை நிர்வகிக்க PWM ஐ அடிப்படையாகக் கொண்ட அதிநவீன மோட்டார் கட்டுப்பாட்டு அமைப்புகளைப் பயன்படுத்துகின்றன. இந்த அமைப்புகள் பெரும்பாலும் செயல்திறன் மற்றும் செயல்திறனை அதிகரிக்க FOC அல்காரிதம்கள் மற்றும் மேம்பட்ட PWM நுட்பங்களை (எ.கா., SVPWM) பயன்படுத்துகின்றன. டெஸ்லா (அமெரிக்கா), BYD (சீனா), மற்றும் வோக்ஸ்வாகன் (ஜெர்மனி) போன்ற சர்வதேச நிறுவனங்கள் EV மோட்டார் கட்டுப்பாட்டுத் தொழில்நுட்பத்தில் முன்னணியில் உள்ளன.

எடுத்துக்காட்டு 2: தொழில்துறை ரோபாட்டிக்ஸ்

தொழில்துறை ரோபோக்கள் சிக்கலான பணிகளைச் செய்ய துல்லியமான மோட்டார் கட்டுப்பாட்டை நம்பியுள்ளன. சர்வோ மோட்டார்கள் மற்றும் BLDC மோட்டார்கள் பொதுவாகப் பயன்படுத்தப்படுகின்றன, அவற்றின் நிலை மற்றும் வேகத்தைக் கட்டுப்படுத்த PWM பயன்படுத்தப்படுகிறது. ABB (சுவிட்சர்லாந்து), Fanuc (ஜப்பான்), மற்றும் KUKA (ஜெர்மனி) போன்ற நிறுவனங்கள் தொழில்துறை ரோபோக்கள் மற்றும் மோட்டார் கட்டுப்பாட்டு அமைப்புகளின் முன்னணி உற்பத்தியாளர்களாகும்.

எடுத்துக்காட்டு 3: புதுப்பிக்கத்தக்க எரிசக்தி அமைப்புகள்

சூரிய சக்தி அமைப்புகள் மற்றும் காற்றாலைகளில் உள்ள இன்வெர்ட்டர்கள் DC சக்தியை AC சக்தியாக மாற்றி கட்டத்துடன் இணைக்க PWM ஐப் பயன்படுத்துகின்றன. மேம்பட்ட PWM நுட்பங்கள் ஹார்மோனிக் சிதைவைக் குறைக்கவும் மற்றும் ஆற்றல் செயல்திறனை அதிகரிக்கவும் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. SMA Solar Technology (ஜெர்மனி) மற்றும் Vestas (டென்மார்க்) ஆகியவை புதுப்பிக்கத்தக்க எரிசக்தித் துறையில் முக்கிய பங்கு வகிக்கின்றன, அதிநவீன இன்வெர்ட்டர் கட்டுப்பாட்டு அமைப்புகளை உருவாக்குகின்றன.

முடிவுரை

PWM சிக்னல் உருவாக்கம் நவீன மோட்டார் கட்டுப்பாட்டு அமைப்புகளில் ஒரு அடிப்படை நுட்பமாகும். இந்த வழிகாட்டி PWM இன் கோட்பாடுகள், பல்வேறு செயலாக்க முறைகள், நடைமுறைக் கருத்துகள் மற்றும் சர்வதேச பொறியியல் திட்டங்களுக்குத் தொடர்புடைய மேம்பட்ட தலைப்புகளை ஆராய்ந்துள்ளது. PWM இன் நுணுக்கங்களைப் புரிந்துகொண்டு, பயன்பாட்டுத் தேவைகளை கவனமாகக் கருத்தில் கொள்வதன் மூலம், பொறியாளர்கள் உலகெங்கிலும் உள்ள பல்வேறு பயன்பாடுகளுக்கு திறமையான, நம்பகமான மற்றும் உயர் செயல்திறன் கொண்ட மோட்டார் கட்டுப்பாட்டு அமைப்புகளை வடிவமைக்க முடியும். இது ஒரு எளிய DC மோட்டார் வேகக் கட்டுப்படுத்தியாக இருந்தாலும் சரி அல்லது ஒரு அதிநவீன BLDC மோட்டார் டிரைவாக இருந்தாலும் சரி, மோட்டார் கட்டுப்பாடு மற்றும் பவர் எலக்ட்ரானிக்ஸ் துறையில் பணிபுரியும் எந்தவொரு பொறியாளருக்கும் PWM இல் தேர்ச்சி பெறுவது அவசியம்.