¿Qué es la PWM?
La modulación por anchura de pulsos (PWM) es una técnica utilizada para generar señales digitales mediante la modulación de la duración de los pulsos en un período de tiempo constante. A través de la combinación de múltiples pulsos, es posible generar señales pseudoanalógicas, incluyendo ondas sinusoidales.
PWM es una tecnología que modula la anchura del pulso con un periodo constante. También existe una tecnología PFM que modula la frecuencia con un ancho de pulso constante, pero ambas se utilizan para conmutar entre energizado y desenergizado.
Usos de la PWM
La tecnología de modulación por anchura de pulsos (PWM) se utiliza ampliamente en el control de la tensión de fuentes de alimentación y en el control de ciclos de encendido y apagado de semiconductores. En particular, es comúnmente utilizada para controlar de manera eficiente los motores de corriente continua. Controlando el tiempo de aplicación de tensión al motor, se puede controlar la tensión de funcionamiento.
Además, al generar corriente alterna modulada en circuitos inversores, el PWM se puede utilizar para generar tensiones de impulso con varias anchuras, que luego se pueden sintetizar para realizar la conversión CC-CA. Además, el PWM no sólo se utiliza en circuitos inversores, sino también en el control de fuentes de alimentación conmutadas y en la atenuación de LED sin afectar al color de la luz.
Principio de la PWM
La modulación de ancho de pulso (PWM) se utiliza para generar ondas de pulso con diferentes anchuras mediante el encendido y apagado repetido de un circuito utilizando transistores.
El PWM ajusta la anchura del pulso durante un período fijo, lo que resulta en una variación en el ciclo de trabajo. El ciclo de trabajo se calcula dividiendo la anchura del pulso por el período y se expresa en forma de porcentaje. En el control de tensión, la tensión de salida se obtiene multiplicando la tensión del pulso por el ciclo de trabajo. Un ciclo de trabajo del 100% es equivalente a utilizar una fuente de alimentación de corriente continua.
El control de tensión mediante PWM se destaca por la desconexión periódica de la fuente de alimentación, lo que lo hace más eficiente energéticamente en comparación con el uso constante de una fuente de alimentación de corriente continua. Además, en circuitos digitales como los microcontroladores, es posible generar señales pseudoanalógicas mediante la síntesis de ondas de pulso, lo que permite construir circuitos de conversión analógica utilizando únicamente componentes digitales sin necesidad de convertidores D/A.
Más Información sobre PMW
1. Control
Cuando se controlan dinámicamente cargas en circuitos electrónicos, además de controlar la carga con una tensión constante y la carga con una corriente constante, existen otros métodos para controlar la carga con PWM.
Recientemente, debido a problemas medioambientales y energéticos, se han puesto de moda métodos más eficientes desde el punto de vista energético. Las razones de la baja eficiencia de los métodos lineales, como el control de tensión constante y el control de corriente constante, son las siguientes:
- Se necesita un margen de varios V para la estabilización.
- Cuando se reduce la tensión o la corriente, el componente reducido se consume en el circuito y se convierte en una pérdida.
Por ejemplo, si se utiliza una fuente de alimentación estabilizada con una tensión máxima de 10 V y una capacidad de corriente de 2 A a 5 V 2 A, la pérdida de potencia consumida en la sección de potencia del circuito de alimentación es de (12 V – 5 V) x 2 A = 14 W si la tensión de entrada de la sección de potencia es de 12 V. La potencia consumida en la carga es de 5 V x 2 A = 10 W.
1,4 veces la potencia consumida por la carga se consume como pérdida en el circuito. Además de ser un derroche de potencia, los componentes utilizados también son mayores, lo que aumenta el coste, el tamaño y el peso.
Por otro lado, el control PWM no cambia la tensión de salida, sino que varía la anchura del pulso en función de la salida. Por ejemplo, con PWM a 10 V y una relación de trabajo del 50%, la tensión de accionamiento aparente es de 5 V, por lo que no hay pérdida teórica y la eficiencia real es muy alta.
2. Relación de Trabajo
El término relación de trabajo se utiliza a menudo en el control PWM. En una forma de onda PWM con una relación de trabajo del 50%, H y L tienen la misma anchura.
Al cambiar la relación de trabajo cambia la tensión aparente. Por ejemplo, cuando se cambia la relación de trabajo de 0% a 25% a 50% a 75% a 100% con un PWM de 10 V, la tensión aparente de la carga cambia de 0 V a 2,5 V a 5 V a 7,5 V a 10 V.
La frecuencia de conmutación del PWM puede moderarse y la relación de trabajo puede aumentarse o reducirse mediante programación en un microcontrolador, utilizando los pines de E/S del microcontrolador, Es posible crear señales analógicas arbitrarias hasta el nivel de la señal digital.
En este caso, debe insertarse un LPF adecuado en los terminales de E/S para eliminar el componente de frecuencia de conmutación PWM y sus componentes armónicos.
3. Ruido en el Control PWM
Como se ha mencionado anteriormente, el control PWM se utiliza a menudo para controlar el funcionamiento de los motores y para aumentar la eficiencia de los variadores, pero una cuestión que preocupa a los usuarios es el problema del ruido causado por el control PWM: como el PWM se controla mediante el encendido/apagado rápido de los transistores, incluida la relación de trabajo, genera ruido a varias Esto genera ruido a varias frecuencias de conmutación.
Esta frecuencia es de aproximadamente 30-40 MHz, lo que no sólo causa problemas de ruido para las personas y el entorno, sino que también afecta a las radios AM y a los sensores que utilizan bandas de baja frecuencia como ruido. Por lo tanto, a menudo se requiere algún tipo de contramedida contra el ruido. Las medidas específicas incluyen, en el caso de equipos inversores, cubrir el equipo con una carcasa, acortar el cable de alimentación e insertar filtros de ruido como ferritas o choques LC.
Con el control PWM, a veces es posible que el usuario cambie esta frecuencia de conmutación, por lo que es otra opción a probar. Bajar la frecuencia portadora de conmutación reduce el ruido de conmutación global en sí, pero generalmente aumenta el ruido del motor.
Existen ejemplos de productos en los que el ruido generado específicamente por el motor se reduce empleando un método de modulación que distribuye activamente la frecuencia portadora de conmutación de bajas a altas frecuencias.