การมอดูเลตความกว้างพัลส์ (PWM) เป็นเทคนิคการควบคุมกำลังที่ปรับเอาต์พุตที่มีประสิทธิผลของสัญญาณอิเล็กทรอนิกส์โดยการสลับอย่างรวดเร็วที่ความถี่คงที่ ด้วยการปรับอัตราส่วนของเวลา "การนำไฟฟ้า" ต่อรอบทั้งหมด แหล่งสัญญาณดิจิทัลสามารถจำลองระดับแรงดันไฟฟ้าแอนะล็อกที่เปลี่ยนแปลงอยู่ตลอดเวลา จึงเป็นการควบคุมพลังงานเฉลี่ยที่จ่ายให้กับโหลด
พูดอย่างกว้างๆ เทคโนโลยีการมอดูเลตหมายถึงการเปลี่ยนรูปคลื่นไฟฟ้าหรือการเข้ารหัสข้อมูลให้เป็นรูปแบบคลื่นไฟฟ้าเพื่อมีอิทธิพลต่อพฤติกรรมของวงจรหรือระบบ ในผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้งานจริง นี่หมายถึงการกำหนดรูปร่างของสัญญาณเพื่อให้สามารถส่งข้อมูลหรือจัดการขนาดของแรงดันหรือกระแสที่ไปถึงอุปกรณ์ได้ หลักการนี้ถูกนำไปใช้อย่างกว้างขวางในมอเตอร์ไดรฟ์ การหรี่แสง ระบบเครื่องเสียง ตลอดจนวงจรการแปลงพลังงานหรือการชาร์จแบตเตอรี่
แม้ว่า PWM, การปรับแอมพลิจูด (AM) และการปรับความถี่ (FM) จะเป็นกลยุทธ์หลักในการควบคุมการรับรู้สัญญาณของแอมพลิจูดหรือความถี่ แต่บทความนี้จะกล่าวถึง PWM โดยเฉพาะ
ความรู้พื้นฐานเกี่ยวกับ PWM - รอบการทำงานและความถี่ในการสลับ
ดังที่ได้กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ PWM จะสร้างรูปคลื่นโดยการปรับแรงดันและกระแสที่มีประสิทธิภาพที่ส่งไปยังโหลด ซึ่งสามารถทำได้โดยการขับเคลื่อนอุปกรณ์สวิตชิ่งอย่างรวดเร็ว (โดยปกติจะเป็นทรานซิสเตอร์) เพื่อสลับระหว่างสถานะเปิดเต็มที่และปิดสนิท โดยการเปลี่ยนเวลาค้างของอุปกรณ์สวิตชิ่งในแต่ละสถานะ ระบบจะเข้ารหัสข้อมูลผ่านระยะเวลาสัมพัทธ์ของช่วงเวลาระดับสูงและระดับต่ำ
ในความเป็นจริง PWM จำกัดพลังงานไฟฟ้าสุทธิโดยการเปลี่ยนเวลาที่อุปกรณ์ต้องใช้เพื่อรับแรงดันไฟฟ้าเต็มในแต่ละรอบการสลับ การเพิ่ม 'เวลาการนำไฟฟ้า' จะเพิ่มแรงดันไฟฟ้าเอาท์พุตเฉลี่ย ในขณะที่การลด 'เวลาการนำไฟฟ้า' จะทำให้ระดับแรงดันไฟฟ้าที่มีประสิทธิภาพของโหลดลดลง ลักษณะการทำงานนี้สามารถอธิบายได้ด้วยพารามิเตอร์หลัก 2 ตัว ได้แก่ รอบการทำงานและความถี่ในการสลับ
รอบหน้าที่แสดงถึงสัดส่วนของเวลาที่สัญญาณอยู่ในสถานะใช้งานหรือระดับสูงภายในวงจรรูปคลื่นที่สมบูรณ์ โดยปกติอัตราส่วนนี้จะแสดงเป็นเปอร์เซ็นต์ (%) ซึ่งระบุระยะเวลาที่เอาท์พุตยังคงอยู่ในสถานะเปิด (มีประสิทธิภาพ) ในแต่ละรอบ ตัวอย่างเช่น หากรูปคลื่นดิจิทัลรักษาระดับสูงไว้ 3 มิลลิวินาทีและระดับต่ำเป็นเวลา 1 มิลลิวินาที ระยะเวลารวมคือ 4 มิลลิวินาที รอบการทำงานคือ 75% และความถี่สวิตชิ่งที่สอดคล้องกันคือ 250 Hz
เนื่องจากรอบการทำงานจะกำหนดระยะเวลาของแต่ละส่วนที่ได้รับพลังงานพัลส์โดยตรง การปรับเปลี่ยนรอบการทำงานจะสามารถควบคุมกำลังที่มีประสิทธิผลที่ส่งไปยังโหลดได้โดยการเปลี่ยนอัตราส่วนของเวลาระดับสูงเป็นเวลาระดับต่ำโดยไม่ต้องเปลี่ยนแรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายไฟจริง ในหลายระบบ แรงดันไฟฟ้าและความถี่เป็นพารามิเตอร์คงที่ และรอบการทำงานเป็นตัวแปรควบคุมหลักที่ปรับได้ ในการใช้งาน เช่น องค์ประกอบความร้อนที่ขับเคลื่อนด้วย PWM การตรวจสอบรอบการทำงานยังสามารถใช้เป็นตัวบ่งชี้ที่เชื่อถือได้ในการกำหนดระดับพลังงานที่คาดหวังจากระบบ
ความถี่ในการสลับจะอธิบายจำนวนครั้งที่เหตุการณ์เกิดซ้ำภายในระยะเวลาที่กำหนด ในที่นี้หมายถึงจำนวนรอบ "เปิด-ปิด" ที่ทำต่อวินาทีโดยอุปกรณ์สวิตชิ่งที่ขับเคลื่อนสัญญาณ PWM ความถี่นี้วัดเป็นเฮิรตซ์ (Hz) และแสดงถึงความเร็วรอบของระดับพลังงานตลอดรอบการทำงานทั้งหมด
เพื่อให้มั่นใจถึงประสิทธิภาพที่คาดหวังของโหลด จำเป็นต้องเลือกความถี่การสลับ PWM ที่เหมาะสม หากความถี่ที่ตั้งไว้สำหรับการใช้งานเฉพาะสูงเกินไป ส่วนประกอบทางกล เช่น รีเลย์หรือแอคชูเอเตอร์บางประเภท อาจไม่สามารถเปลี่ยนความเร็วได้อย่างรวดเร็ว ส่งผลให้เกิดความล้มเหลวก่อนเวลาอันควร ในทางตรงกันข้าม ความถี่ในการสลับต่ำอาจมีผลเสีย เช่น เสียง การสั่นสะเทือน หรือความไม่เสถียรของอุปกรณ์ควบคุม ตัวอย่างเช่น แม้ว่าความถี่ที่ค่อนข้างต่ำจะเป็นที่ยอมรับสำหรับการขับเคลื่อนมอเตอร์ แต่โหลดโซลิดสเตต เช่น LED มักจะต้องการความถี่สวิตชิ่งที่สูงขึ้นอย่างมากเพื่อให้ทำงานได้อย่างราบรื่นโดยไม่มีการสั่นไหว