পালস উইডথ মডুলেশন (PWM) এ ভোল্টেজ এবং ডিউটি সাইকেল কিভাবে সম্পর্কযুক্ত?

পালস ওয়াইডথ মডুলেশন (PWM) এ ভোল্টেজ এবং ডিউটি সাইকেলের সম্পর্ক

পালস ওয়াইডথ মডুলেশন (PWM) হল একটি প্রযুক্তি যা একটি সুইচিং সিগনালের ডিউটি সাইকেল নিয়ন্ত্রণ করে গড় আউটপুট ভোল্টেজ নিয়ন্ত্রণ করে। PWM মোটর নিয়ন্ত্রণ, পাওয়ার ম্যানেজমেন্ট এবং LED ডিমিং এর মতো অনেক প্রয়োগে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়। PWM সিস্টেম সঠিকভাবে ব্যবহার এবং ডিজাইন করার জন্য ভোল্টেজ এবং ডিউটি সাইকেলের মধ্যে সম্পর্ক বুঝা খুবই গুরুত্বপূর্ণ।

1. PWM-এর মৌলিক নীতি

• PWM সিগনাল: একটি PWM সিগনাল হল একটি নির্দিষ্ট ফ্রিকোয়েন্সির পর্যায়ক্রমিক বর্গাকার তরঙ্গ, যার প্রতিটি চক্রের মধ্যে উচ্চ (অন) এবং নিম্ন (অফ) স্তরের পরিমাণ পরিবর্তনশীল। এই পরিমাণকে ডিউটি সাইকেল বলা হয়।

• ডিউটি সাইকেল: ডিউটি সাইকেল হল সিগনাল উচ্চ (অন) থাকার সময় এবং PWM চক্রের মোট সময়ের অনুপাত। এটি সাধারণত শতাংশ বা 0 এবং 1 এর মধ্যে একটি ভগ্নাংশ হিসাবে প্রকাশ করা হয়। উদাহরণস্বরূপ, 50% ডিউটি সাইকেল বলতে বোঝায় সিগনাল চক্রের অর্ধেক সময় উচ্চ থাকে এবং অপর অর্ধেক সময় নিম্ন থাকে; 100% ডিউটি সাইকেল বলতে বোঝায় সিগনাল সবসময় উচ্চ থাকে; এবং 0% ডিউটি সাইকেল বলতে বোঝায় সিগনাল সবসময় নিম্ন থাকে।

• PWM ফ্রিকোয়েন্সি: PWM সিগনালের ফ্রিকোয়েন্সি প্রতিটি চক্রের সময়কাল নির্ধারণ করে। উচ্চ ফ্রিকোয়েন্সি ছোট চক্র তৈরি করে, এবং PWM সিগনাল দ্রুত পরিবর্তিত হয়।

2. PWM-এ ভোল্টেজ এবং ডিউটি সাইকেলের মধ্যে সম্পর্ক

• গড় ভোল্টেজ: PWM-এ, গড় আউটপুট ভোল্টেজ ডিউটি সাইকেলের সমানুপাতিক। যদি PWM সিগনালের পীক ভোল্টেজ   ${\mathrm{<br>\; }}_{}$Vmax হয়, তাহলে গড় আউটপুট ভোল্টেজ   ${\mathrm{<span\; style="font-family:\; arial,\; helvetica,\; sans-serif;\; font-size:\; 16px;">Vavg\; নিম্নলিখিত\; সূত্র\; ব্যবহার\; করে\; গণনা\; করা\; যায়:</span>\; }}_{}$

Vavg=D×Vmax

যেখানে:

• Vavg হল গড় আউটপুট ভোল্টেজ।

• D হল ডিউটি সাইকেল (0 ≤ D ≤ 1)।

• Vmax হল PWM সিগনালের পীক ভোল্টেজ (সাধারণত সাপ্লাই ভোল্টেজ)।

• ডিউটি সাইকেলের প্রভাব গড় ভোল্টেজের উপর:

• যখন ডিউটি সাইকেল 0%, তখন PWM সিগনাল সবসময় নিম্ন, এবং গড় আউটপুট ভোল্টেজ 0।

• যখন ডিউটি সাইকেল 100%, তখন PWM সিগনাল সবসময় উচ্চ, এবং গড় আউটপুট ভোল্টেজ পীক ভোল্টেজ Vmax এর সমান।

• যখন ডিউটি সাইকেল 0% এবং 100% এর মধ্যে, তখন গড় আউটপুট ভোল্টেজ পীক ভোল্টেজের একটি অংশ। উদাহরণস্বরূপ, 50% ডিউটি সাইকেল ফলে গড় আউটপুট ভোল্টেজ পীক ভোল্টেজের অর্ধেক হয়।

3. PWM-এর প্রয়োগের উদাহরণ

a. মোটর নিয়ন্ত্রণ

• মোটর নিয়ন্ত্রণে, PWM মোটরের গতিবেগ বা টর্ক নিয়ন্ত্রণ করতে ব্যবহৃত হয়। PWM সিগনালের ডিউটি সাইকেল পরিবর্তন করে, মোটরে প্রয়োগ করা গড় ভোল্টেজ নিয়ন্ত্রণ করা যায়, যার ফলে মোটরের আউটপুট পাওয়ার পরিবর্তিত হয়। উদাহরণস্বরূপ, ডিউটি সাইকেল কমানো ফলে গড় ভোল্টেজ কমে যায়, মোটর ধীর হয়, এবং ডিউটি সাইকেল বাড়ানো ফলে গড় ভোল্টেজ বাড়ে, মোটর দ্রুত হয়।

b. LED ডিমিং

• LED ডিমিং প্রয়োগে, PWM একটি LED-এর উজ্জ্বলতা নিয়ন্ত্রণ করতে ব্যবহৃত হয়। PWM সিগনালের ডিউটি সাইকেল পরিবর্তন করে, LED দিয়ে প্রবাহিত গড় বিদ্যুৎ প্রবাহ নিয়ন্ত্রণ করা যায়, যার ফলে তার উজ্জ্বলতা পরিবর্তিত হয়। উদাহরণস্বরূপ, 50% ডিউটি সাইকেল ফলে LED-এর উজ্জ্বলতা তার সর্বোচ্চ উজ্জ্বলতার অর্ধেক হয়, এবং 100% ডিউটি সাইকেল ফলে LED সম্পূর্ণ উজ্জ্বল হয়।

c. DC-DC কনভার্টার

• DC-DC কনভার্টার (যেমন বাক কনভার্টার বা বুস্ট কনভার্টার) এ, PWM আউটপুট ভোল্টেজ নিয়ন্ত্রণ করতে ব্যবহৃত হয়। PWM সিগনালের ডিউটি সাইকেল পরিবর্তন করে, সুইচিং ডিভাইসের অন-টাইম এবং অফ-টাইম নিয়ন্ত্রণ করা যায়, যার ফলে আউটপুট ভোল্টেজ পরিবর্তিত হয়। উদাহরণস্বরূপ, বাক কনভার্টারে, ডিউটি সাইকেল বাড়ানো ফলে আউটপুট ভোল্টেজ বাড়ে, এবং ডিউটি সাইকেল কমানো ফলে আউটপুট ভোল্টেজ কমে।

4. PWM-এর সুবিধাসমূহ

• উচ্চ দক্ষতা: PWM সুইচিং অপারেশন দিয়ে ভোল্টেজ নিয়ন্ত্রণ করে, যা রৈখিক নিয়ন্ত্রণ (যেমন, রেসিস্টিভ ভোল্টেজ ডিভাইডার ব্যবহার) থেকে কম শক্তি হার এবং উচ্চ দক্ষতা দেয়।

• নিখুঁত নিয়ন্ত্রণ: ডিউটি সাইকেল নিখুঁতভাবে পরিবর্তন করে, PWM আউটপুট ভোল্টেজ বা বিদ্যুৎ প্রবাহের উপর নিখুঁত নিয়ন্ত্রণ প্রদান করে।

• পরিবর্তনশীলতা: PWM সহজেই মোটর নিয়ন্ত্রণ, LED ডিমিং, পাওয়ার ম্যানেজমেন্ট এবং অন্যান্য বিভিন্ন প্রয়োগে অনুকূল হতে পারে।

5. PWM-এর সীমাবদ্ধতা

• ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক ইন্টারফেরেন্স (EMI): কারণ PWM সিগনালগুলি উচ্চ-ফ্রিকোয়েন্সি সুইচিং সিগনাল, তাই তারা বিশেষ করে উচ্চ ফ্রিকোয়েন্সিতে ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক ইন্টারফেরেন্স তৈরি করতে পারে। PWM সিস্টেম ডিজাইনে সঠিক ফিল্টারিং এবং স্ক্রিনিং প্রযুক্তি ব্যবহার করা উচিত।

• শব্দ: কিছু প্রয়োগে, PWM সিগনালগুলি বিশেষ করে অডিও উপকরণ বা মোটর ড্রাইভে শ্রুতিগোচর শব্দ তৈরি করতে পারে। এই সমস্যা একটি উপযুক্ত PWM ফ্রিকোয়েন্সি নির্বাচন করে কমানো যায়।

সারাংশ

পালস ওয়াইডথ মডুলেশন (PWM) এ, গড় আউটপুট ভোল্টেজ ডিউটি সাইকেলের সাথে সরাসরি সমানুপাতিক। ডিউটি সাইকেল নির্ধারণ করে প্রতিটি PWM চক্রের মধ্যে সিগনাল উচ্চ থাকার সময়ের অনুপাত, যা গড় আউটপুট ভোল্টেজের উপর প্রভাব ফেলে। ডিউটি সাইকেল পরিবর্তন করে, আউটপুট ভোল্টেজ বা বিদ্যুৎ প্রবাহ সুপারিশ করা যায় বিনা সাপ্লাই ভোল্টেজ পরিবর্তনে। PWM প্রযুক্তি মোটর নিয়ন্ত্রণ, LED ডিমিং, পাওয়ার ম্যানেজমেন্ট এবং অন্যান্য প্রয়োগে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়, যা উচ্চ দক্ষতা এবং নিখুঁত নিয়ন্ত্রণ প্রদান করে।