إدارة الطاقة

وصف

وحدة التحكم PWM (وحدة التحكم في تعديل عرض النبض) هي دائرة متكاملة (IC) تستخدم لتوليد إشارة موجة مربعة مع دورة عمل متغيرة والتحكم في خرج الطاقة عن طريق ضبط عرض النبضة. المبدأ الأساسي هو ضبط متوسط ​​الجهد أو التيار عن طريق تغيير وقت التشغيل (دورة العمل) لجهاز التبديل، ويستخدم على نطاق واسع في إدارة الطاقة، ومحرك السيارات، وتعتيم LED وغيرها من المجالات.

الميزات الرئيسية:

تعديل دورة العمل: نسبة زمن التوصيل (طن) إلى الفترة (T) لنبض الخرج (D = Ton/T).
تردد قابل للتعديل: يمكن أن يكون تردد إشارة PWM ثابتًا أو قابلاً للبرمجة (على سبيل المثال، 20 كيلو هرتز إلى 1 ميجا هرتز).
أوضاع التحكم: وضع الجهد، الوضع الحالي، التحكم الرقمي، إلخ.
ميزات الحماية: حماية التيار الزائد (OCP)، حماية الجهد الزائد (OVP)، قفل الجهد المنخفض (UVLO)، إلخ.

2. تصنيف وحدات تحكم PWM

يمكن تصنيف وحدات التحكم PWM وفقًا للطوبولوجيا ووضع التحكم وسيناريو التطبيق:
(1) عن طريق الطوبولوجيا
باك (التنحي): يستخدم لتحويل DC-DC التنحي.
Boost: لتحويل دفعة DC-DC.
Buck-Boost: يمكن أن يكون جهد الإدخال أعلى/أقل من جهد الخرج.
Flyback: لإمدادات الطاقة المعزولة.
نصف جسر/جسر كامل: لمحركات المحركات عالية الطاقة.
(2) عن طريق وضع التحكم
وضع الجهد: اضبط دورة العمل عن طريق جهد التغذية المرتدة (استجابة بسيطة ولكنها بطيئة).
الوضع الحالي: كشف في وقت واحد عن تيار المحث وجهد الإخراج (استجابة ديناميكية سريعة، مضاد قوي للتدخل).
التحكم الرقمي: بمرونة عالية من خلال برمجة MCU أو DSP (مثل سلسلة TI's 2000).
(3) عن طريق التكامل
وحدة تحكم PWM نقية: تتطلب MOSFET خارجيًا ومحثًا (مثل SG3525).
PWM IC مع مفتاح متكامل: مفتاح طاقة مدمج (مثل TPS5430).

3 تطبيقات أساسية لوحدات تحكم PWM

تُستخدم وحدات تحكم PWM على نطاق واسع في السيناريوهات التي تتطلب تحويلًا فعالاً للطاقة أو تحكمًا دقيقًا:
(1) تحويل مصدر الطاقة (SMPS)
محولات DC-DC: باك، بوست، وغيرها من الطبولوجيا التي توفر جهدًا ثابتًا للأجهزة الإلكترونية.
على سبيل المثال: مصدر طاقة وحدة المعالجة المركزية (CPU) على اللوحة الأم للكمبيوتر المحمول (وحدات تحكم Buck متعددة الأطوار مثل 95858).
مصدر طاقة AC-DC: مثل الشاحن والمحول (جهاز التحكم flyback).
(2) محرك السيارات
تنظيم سرعة محرك التيار المستمر: يمكنك التحكم في السرعة عن طريق ضبط دورة عمل PWM.
 مثال: وحدة التحكم في السيارة الكهربائية.
محرك متدرج/مؤازر: تحكم دقيق في الموضع وعزم الدوران.
(3) يعتم الصمام
برنامج تشغيل الإضاءة الخلفية: اضبط سطوع LED.
الإضاءة الذكية: تعتيم PWM يتجنب تغير اللون.
(4) مكبرات الصوت من الفئة D
قم بتحويل الإشارة الصوتية إلى موجة PWM لتشغيل مكبر الصوت.
(5) أنظمة الطاقة الجديدة
وحدة تحكم MPPT الشمسية: تعمل على تحسين إخراج اللوحة الكهروضوئية.
إدارة شحن البطارية: شحن التيار المستمر/الجهد المستمر.

4. النقاط الرئيسية لاختيار وحدات تحكم PWM

عند اختيار وحدة تحكم PWM، ينبغي النظر في المعلمات التالية:

5 ملاحظات

مشكلات EMI: قد يُحدث PWM عالي التردد ضوضاء ويحتاج إلى تحسين تخطيط PCB (تقصير حلقة التبديل).
الوقت الميت: بالنسبة لمحركات الأقراص نصف الجسر/الجسر الكامل، قم بتكوين الوقت الميت لمنع الاتصال المباشر بين الأنابيب العلوية والسفلية.
تحسين الكفاءة: حدد التصحيح المتزامن أو الدوائر المتكاملة منخفضة المقاومة (RDS(on)) MOSFET.

ملخص

تعد وحدات التحكم PWM جوهر أنظمة إلكترونيات الطاقة، مما يتيح تحويل الطاقة بكفاءة والتحكم الدقيق عن طريق ضبط دورات العمل بمرونة. يجب أن يأخذ الاختيار في الاعتبار الهيكل ومتطلبات الطاقة وتعقيد التحكم، بالإضافة إلى التكلفة والموثوقية.