PWM

Qu’est-ce que la PWM ?

PWM signifie “Pulse Width Modulation”, ou modulation de largeur d’impulsion. Cette technologie permet de générer des ondes d’impulsion de différentes largeurs. Les ondes d’impulsion sont des signaux numériques mais, en combinant plusieurs ondes d’impulsion, elles peuvent être converties en divers signaux pseudo-analogiques, y compris des ondes sinusoïdales.

La PWM est une technologie qui module la largeur de l’impulsion avec une période constante. Il existe également une technologie PFM qui module la fréquence avec une largeur d’impulsion constante, mais toutes deux sont utilisées pour la commutation entre l’excitation et la désexcitation.

Utilisations de la PWM

La PWM est généralement utilisée pour contrôler la tension des alimentations électriques et les cycles d’excitation/désexcitation des semi-conducteurs. En particulier, elle est souvent utilisée pour contrôler efficacement les moteurs à courant continu. En contrôlant le temps d’application de la tension au moteur, la tension de fonctionnement peut être contrôlée.

De plus, lors de la génération d’un courant alternatif modulé dans des circuits inverseurs, la MLI peut être utilisée pour générer des tensions d’impulsion de différentes largeurs, qui peuvent ensuite être synthétisées pour effectuer une conversion CC-CA. La MLI est utilisée non seulement dans les circuits d’onduleurs, mais aussi dans la commande d’alimentations à découpage et dans la gradation des LED sans affecter la couleur de la lumière.

Principe de la PWM

Les circuits MLI pour modulation de largeur d’impulsion utilisent des transistors pour générer des ondes d’impulsion de différentes largeurs en allumant et éteignant le circuit de manière répétée.

La PWM module la largeur d’impulsion sur une période fixe, ce qui permet de faire varier le rapport cyclique. Le rapport cyclique est la largeur d’impulsion divisée par la période, exprimée en “%” (pourcentage). Dans le contrôle de la tension, la tension de fonctionnement est le produit de la tension d’impulsion et du rapport cyclique, et un rapport cyclique de 100 % correspond à l’utilisation d’une alimentation en courant continu.

La régulation de tension par PWM se caractérise par le fait que l’alimentation est coupée pendant un certain temps, ce qui la rend plus économe en énergie que l’utilisation d’une alimentation en courant continu qui fonctionne en permanence. De plus, dans les circuits numériques tels que les microcontrôleurs, des signaux pseudo-analogiques peuvent être générés simplement en synthétisant des ondes d’impulsion. Cela permet de construire des circuits de conversion analogique constitués uniquement de circuits numériques sans utiliser de convertisseurs N/A.

Autres informations sur la PWM 

1. Contrôle

Lors de la commande dynamique de charges dans des circuits électroniques, outre la commande de la charge par une tension constante et la commande de la charge par un courant constant, il existe d’autres méthodes de commande de la charge par PWM.

Récemment, en raison des problèmes d’environnement et d’énergie, des méthodes plus efficaces sur le plan énergétique sont devenues la tendance. Les raisons de la faible efficacité des méthodes linéaires telles que la commande à tension constante et la commande à courant constant sont les suivantes :

• Une marge de plusieurs V est nécessaire pour la stabilisation.
• Lorsque la tension ou le courant est réduit, la composante réduite est consommée dans le circuit et devient une perte.

Par exemple, si une alimentation stabilisée avec une tension maximale de 10 V et une capacité de courant de 2 A est utilisée à 5 V 2 A, la puissance de perte consommée dans la section de puissance du circuit d’alimentation est (12 V – 5 V) x 2 A = 14 W si la tension d’entrée de la section de puissance est de 12 V. La puissance consommée dans la charge est de 5 V x 2 A = 10 W.

1,4 fois la puissance consommée par la charge est consommée comme perte dans le circuit. Outre le gaspillage de puissance, les composants utilisés sont également plus volumineux, ce qui augmente le coût, la taille et le poids.

D’autre part, la commande MLI ne modifie pas la tension de sortie mais fait varier la largeur d’impulsion en fonction de la sortie. Par exemple, avec une MLI à 10 V et un rapport de service de 50 %, la tension de commande apparente est de 5 V, il n’y a donc pas de perte théorique et le rendement réel est très élevé.

2. Rapport d’utilisation

Le terme rapport d’utilisation est souvent utilisé dans la commande par PWM. Il s’agit de la largeur d’impulsion/cycle, et dans une forme d’onde PWM avec un rapport de service de 50 %, H et L ont la même largeur.

La modification du rapport cyclique modifie la tension apparente. Par exemple, lorsque le rapport cyclique passe de 0 % à 25 %, à 50 %, à 75 % et à 100 % avec un MLI de 10 V, la tension apparente de la charge passe de 0 V à 2,5 V, à 5 V, à 7,5 V et à 10 V.

La fréquence de commutation du PWM peut être modérée et le rapport d’obligation peut être augmenté ou diminué de manière programmatique sur un microcontrôleur, en utilisant les broches d’E/S du microcontrôleur, Il est possible de créer des signaux analogiques arbitraires jusqu’au niveau du signal numérique.

Dans ce cas, un LPF approprié doit être inséré aux bornes d’E/S pour supprimer la composante de fréquence de commutation PWM et ses composantes harmoniques.

3. Bruit dans la commande MLI

Comme mentionné ci-dessus, la commande PWM est souvent utilisée pour contrôler le fonctionnement des moteurs et pour augmenter l’efficacité des onduleurs. Toutefois, le bruit causé par la commande PWM dérange les utilisateurs : comme la commande PWM est contrôlée par l’activation/désactivation rapide des transistors, y compris le rapport d’obligation, elle génère du bruit à différents niveaux.

Cette fréquence est d’environ 30-40 MHz, ce qui entraîne non seulement des problèmes de bruit pour les personnes environnantes et l’environnement, mais affecte également les radios AM et les capteurs qui utilisent des bandes de basse fréquence comme bruit. C’est pourquoi il est souvent nécessaire de prendre des mesures contre le bruit. Les mesures spécifiques comprennent, dans le cas d’un équipement à onduleur, le recouvrement de l’équipement par un boîtier, le raccourcissement du câble d’alimentation et l’insertion de filtres anti-bruit tels que des ferrites ou des selfs LC.

Avec la commande PWM, il est parfois possible pour l’utilisateur de modifier cette fréquence de commutation, c’est donc une autre option à essayer. L’abaissement de la fréquence de la porteuse de commutation réduit le bruit de commutation global mais augmente généralement le bruit du moteur.

Il existe des exemples de produits pour lesquels le bruit généré par le moteur est réduit par l’utilisation d’une méthode de modulation. Celle-ci distribue activement la fréquence de la porteuse de commutation des basses aux hautes fréquences.