Modulación de ancho de pulso (PWM). Regulador de voltaje constante PWM que usa lógica simple Con regulador de modulación de ancho de pulso

El principio de PWM: modulación de ancho de pulso es cambiar el ancho del pulso manteniendo una frecuencia de repetición de pulso constante. La amplitud de los pulsos permanece sin cambios.

El control de ancho de pulso se utiliza cuando es necesario regular la potencia suministrada a la carga. Por ejemplo, en circuitos de control de motores eléctricos de corriente continua, en convertidores de impulsos, para ajustar el brillo de lámparas LED, pantallas de monitores LCD, pantallas de teléfonos inteligentes y tabletas, etc.

La mayoría de las fuentes de alimentación secundarias para dispositivos electrónicos se construyen actualmente sobre la base de convertidores de pulsos, la modulación de ancho de pulso también se utiliza en amplificadores de baja frecuencia (audio) clase D, máquinas de soldar, cargadores de baterías de automóviles, inversores, etc. aumentar la eficiencia (Eficiencia) de las fuentes de alimentación secundarias en comparación con la baja eficiencia de los dispositivos analógicos.

La modulación por ancho de pulso puede ser analógica o digital.

Modulación de ancho de pulso analógico

Como se mencionó anteriormente, la frecuencia de la señal y su amplitud con PWM son siempre constantes. Uno de los parámetros más importantes de la señal PWM es el ciclo de trabajo, igual a la relación de la duración del pulso. t al periodo del pulso t. D = t/T . Entonces, si tenemos una señal PWM con una duración de pulso de 300 μs y un período de pulso de 1000 μs, el ciclo de trabajo será 300/1000 = 0,3. El factor de llenado también se expresa como porcentaje, para lo cual el factor de llenado se multiplica por 100%. Usando el ejemplo anterior, el factor de llenado porcentual es 0,3 x 100% = 30%.

El ciclo de trabajo del pulso es la relación entre el período del pulso y su duración, es decir el recíproco del factor de relleno. S = T/t .

La frecuencia de la señal se define como el recíproco del período del pulso y representa el número de pulsos completos en 1 segundo. Para el ejemplo anterior, con un período de 1000 µs = 0,001 s, la frecuencia es F= 1/0,001 – 1000 (Hz).

El significado de PWM es regular el valor de voltaje promedio cambiando el ciclo de trabajo. El valor de voltaje promedio es igual al producto del ciclo de trabajo y la amplitud del voltaje. Entonces, con un ciclo de trabajo de 0,3 y una amplitud de voltaje de 12 V, el valor promedio de voltaje será 0,3 x 12 = 3,6 (V). Cuando el ciclo de trabajo cambia dentro del rango teóricamente posible de 0% a 100%, el voltaje cambiará de 0 a 12 V, es decir La modulación de ancho de pulso le permite ajustar el voltaje en el rango de 0 a la amplitud de la señal. Esto es lo que se utiliza para regular la velocidad de rotación de un motor DC o el brillo de una lámpara.

La señal PWM es generada por un microcontrolador o circuito analógico. Esta señal normalmente controla una carga de alta potencia conectada a una fuente de energía a través de un circuito de conmutación de transistor de efecto de campo o bipolar. En el modo de conmutación, el dispositivo semiconductor está abierto o cerrado y se elimina el estado intermedio. En ambos casos, se disipa una potencia térmica insignificante en el interruptor. Dado que esta potencia es igual al producto de la corriente a través del interruptor y la caída de voltaje a través de él, en el primer caso la corriente a través del interruptor es cercana a cero, y en el segundo, el voltaje.

En los estados de transición, hay un voltaje significativo en el interruptor con el paso de una corriente significativa, es decir La potencia térmica disipada también es significativa. Por tanto, como clave, es necesario utilizar dispositivos semiconductores de baja inercia con tiempos de conmutación rápidos, del orden de decenas de nanosegundos.

Si el circuito clave controla el LED, entonces, a una frecuencia de señal baja, el LED parpadeará al mismo tiempo que cambia el voltaje de la señal PWM. En frecuencias de señal superiores a 50 Hz, los parpadeos se fusionan debido a la inercia de la visión humana. El brillo general del LED comienza a depender del factor de relleno: cuanto menor sea el factor de relleno, más débil brilla el LED.

Al controlar la velocidad de rotación de un motor de CC mediante PWM, la frecuencia de PWM debe ser muy alta y estar más allá del rango de frecuencias de audio audibles, es decir, exceda los 15-20 kHz; de lo contrario, el motor “sonará”, emitiendo un chirrido irritante para los oídos a una frecuencia PWM. La estabilidad del motor también depende de la frecuencia. Una señal PWM de baja frecuencia con un ciclo de trabajo bajo provocará un funcionamiento inestable del motor e incluso una posible parada del motor.

Por tanto, al controlar un motor, es deseable aumentar la frecuencia de la señal PWM, pero incluso aquí existe un límite determinado por las propiedades inerciales del interruptor semiconductor. Si la llave cambia con retrasos, el circuito de control comenzará a funcionar con errores. Para evitar pérdidas de energía y lograr una alta eficiencia de un convertidor de pulsos, el interruptor semiconductor debe tener alta velocidad y baja resistencia a la conductividad.

La señal de la salida PWM también se puede promediar utilizando un filtro de paso bajo simple. A veces puedes prescindir de él, ya que tiene cierta inductancia eléctrica e inercia mecánica. El suavizado de las señales PWM se produce naturalmente cuando la frecuencia PWM excede el tiempo de respuesta del dispositivo controlado.

PWM se puede implementar utilizando dos entradas, una de las cuales se alimenta con una señal periódica en forma de diente de sierra o triangular de un generador auxiliar y la otra con una señal de control modulante. La duración de la parte positiva del pulso PWM está determinada por el tiempo durante el cual el nivel de la señal de control suministrada a una entrada del comparador excede el nivel de la señal del generador auxiliar suministrada a la otra entrada del comparador.

Cuando el voltaje del generador auxiliar es mayor que el voltaje de la señal de control, la salida del comparador tendrá una parte negativa del pulso.

El ciclo de trabajo de las señales rectangulares periódicas en la salida del comparador y, por tanto, el voltaje promedio del regulador, depende del nivel de la señal moduladora y la frecuencia está determinada por la frecuencia de la señal del generador auxiliar.

Modulación de ancho de pulso digital

Existe un tipo de PWM llamado PWM digital. En este caso, el período de la señal se llena con subpulsos rectangulares y se regula el número de subpulsos en el período, lo que determina el valor promedio de la señal para el período.

En el PWM digital, los subpulsos (o “unos”) que llenan el período pueden aparecer en cualquier parte del período. El valor medio de la tensión durante un período está determinado únicamente por su número, mientras que los subimpulsos pueden sucederse uno tras otro y fusionarse. Los subimpulsos separados provocan un modo de funcionamiento más estricto de la llave.

Como fuente de señal PWM digital, puede utilizar un puerto COM de computadora con una señal de salida de 10 bits. Teniendo en cuenta 8 bits de información y 2 bits de inicio/parada, la señal del puerto COM contiene de 1 a 9 "unos", lo que le permite regular el voltaje dentro del rango del 10-90% del voltaje de suministro en pasos del 10%. .

Por ejemplo);

una resistencia con un valor nominal de 190...240 Ohmios (aquí hay un excelente conjunto de resistencias con los valores más comunes);

Computadora personal con entorno de desarrollo Arduino IDE.

Instrucciones para usar PWM en Arduino

1 información general sobre la modulación de ancho de pulso

Los pines digitales de Arduino solo pueden generar dos valores: 0 lógico (BAJO) y 1 lógico (ALTO). Por eso son digitales. Pero Arduino tiene pines "especiales", que están designados PWM. A veces se indican con una línea ondulada "~" o están rodeadas por un círculo o se distinguen de otras formas. PWM significa Modulación de ancho de pulso o modulación de ancho de pulso, PWM.

Una señal modulada por ancho de pulso es una señal de pulso de frecuencia constante, pero variable. ciclo de trabajo(la relación entre la duración del pulso y su período de repetición). Debido a que la mayoría de los procesos físicos en la naturaleza tienen inercia, las caídas repentinas de voltaje de 1 a 0 se suavizarán, adquiriendo un valor promedio. Al configurar el ciclo de trabajo, puede cambiar el voltaje promedio en la salida PWM.

Si el ciclo de trabajo es del 100%, entonces la salida digital del Arduino siempre tendrá un voltaje lógico de “1” o 5 voltios. Si configura el ciclo de trabajo al 50%, la mitad del tiempo la salida será "1" lógico y la otra mitad - "0" lógico, y el voltaje promedio será de 2,5 voltios. Etcétera.

En el programa, el ciclo de trabajo no se especifica como un porcentaje, sino como un número del 0 al 255. Por ejemplo, el comando escritura analógica(10, 64) le indicará al microcontrolador que envíe una señal con un ciclo de trabajo del 25% a la salida digital PWM No. 10.

Los pines Arduino con función de modulación de ancho de pulso funcionan a una frecuencia de aproximadamente 500 Hz. Esto significa que el período de repetición del pulso es de aproximadamente 2 milisegundos, lo que se mide mediante los trazos verticales verdes en la figura.

¡Resulta que podemos simular una señal analógica en una salida digital! Interesante, ¿no?

¿Cómo podemos utilizar PWM? ¡Muchas aplicaciones! Por ejemplo, controlar el brillo de un LED, la velocidad de rotación del motor, la corriente del transistor, el sonido de un emisor piezoeléctrico, etc...

2 Diagrama para demostración. Modulación de ancho de pulso en Arduino

Veamos el ejemplo más básico: controlar el brillo de un LED mediante PWM. Armemos un esquema clásico.

3 Ejemplo de boceto con PWM

Abramos el boceto "Fade" de los ejemplos: Muestras de archivos 01. Desvanecimiento básico.

Cambiémoslo un poco y carguémoslo en la memoria de Arduino.

intledPin = 3; // declaramos un pin que controla el brillo del LED int = 0; // variable para configurar el brillo int fadeAmount = 5; // paso de cambio de brillo configuración nula() ( pinMode(ledPin, SALIDA); } bucle vacío() ( analogWrite(ledPin, brillo); // establece el brillo en el brillo del pin ledPin += fadeAmount; // cambia el valor de brillo /* al alcanzar los límites 0 o 255, cambia la dirección del cambio de brillo */ if (brillo == 0 || brillo == 255) ( fadeAmount = -fadeAmount; // cambia el signo de el paso) retraso(30); // retraso para una mayor visibilidad del efecto }

4 Control de brillo LED usando PWM y Arduino

Conectar la alimentación. El LED aumenta gradualmente el brillo y luego lo disminuye suavemente. Simulamos una señal analógica en la salida digital utilizando modulación de ancho de pulso.

Mire el video adjunto, que muestra claramente el cambio en el brillo del LED; en el osciloscopio conectado puede ver cómo cambia la señal del Arduino.

Veamos qué es PWM o PWM. Y también, ¿cuál es la diferencia entre PWM y WIDTH? El algoritmo de modulación de ancho de pulso se utiliza para cambiar suavemente la energía a la carga proveniente de la fuente de energía. Por ejemplo, para regular la velocidad de rotación del eje del motor; suavidad de los cambios en el brillo de la iluminación o la luz de fondo. Un área amplia y separada de aplicación de PWM son las fuentes de alimentación conmutadas y los inversores autónomos.

Para alimentar una carga, a menudo es necesario cambiar el voltaje suministrado desde la fuente de alimentación. En principio, se pueden distinguir dos métodos de regulación de voltaje: lineal y pulsado.

Un ejemplo del método lineal sería. En este caso, una parte importante de la potencia se pierde a través de la resistencia. Cuanto mayor es la diferencia de voltaje entre la fuente de energía y el consumidor, mayor es la pérdida de energía, que simplemente "quema" la resistencia y se convierte en calor. Por lo tanto, es racional utilizar el método de control lineal solo cuando existe una pequeña diferencia entre los voltajes de entrada y salida. De lo contrario, la eficiencia de la fuente de alimentación en su conjunto será muy baja.

En la tecnología de convertidores moderna se utiliza principalmente el control de potencia por impulsos en la carga. Una de las formas de implementar la regulación del pulso es modulación de ancho de pulso PWM . En la literatura inglesa PWM – modulación de ancho de pulso .

Principio de control de impulsos

Los elementos principales de cualquier tipo de regulador de potencia de conmutación son los interruptores semiconductores: transistores o tiristores. En su forma más simple, el circuito de una fuente de alimentación conmutada es el siguiente. Fuente de voltaje constante UIP llave k conectado a la carga norte. Llave A cambia a una determinada frecuencia y permanece encendido durante un determinado período de tiempo. Para simplificar el diagrama, no represento otros elementos necesarios en él. En este contexto sólo nos interesa el funcionamiento de la llave A.

Para comprender el principio de PWM, utilizaremos el siguiente gráfico. Dividamos el eje del tiempo en intervalos iguales, llamados periodo T. Ahora, por ejemplo, cerraremos la clave durante la mitad del período. k. Cuando la llave está cerrada, a la carga. norte El voltaje se suministra desde la fuente de alimentación Uip. La segunda parte del medio ciclo de la llave está en estado cerrado. Y el consumidor se quedará sin electricidad.

El tiempo durante el cual la llave está cerrada se llama tiempo de pulso t . Y la duración de la clave abierta se llama tiempo de pausa tп . Si mide el voltaje a través de la carga, será igual a la mitad UIP.

El voltaje promedio a través de la carga se puede expresar mediante la siguiente relación:

Uav.n = Uip ti/T.

Relación de tiempo de pulso t y al periodo t llamado ciclo de trabajo D . Y su recíproco se llama ciclo de trabajo :

S = 1/D = T/ti.

En la práctica, es más conveniente utilizar el factor de relleno, que a menudo se expresa como porcentaje. Cuando el transistor está completamente abierto durante todo el tiempo, el ciclo de trabajo D es igual a uno o 100%.

Si D = 50%, entonces esto significa que la mitad del tiempo durante el período el transistor está en estado abierto y la otra mitad en estado cerrado. En este caso, la forma de la señal se llama onda cuadrada.
Por lo tanto, al cambiar el coeficiente D de 0 a la unidad o al 100%, puede cambiar el valor de Uav.n de 0 a Uip:

Uav.n = Uip∙D.

Y en consecuencia regular la cantidad de energía suministrada:

Pav.n = Pip∙D.

En la literatura occidental, prácticamente no existe distinción entre los conceptos de regulación de ancho de pulso de WID y modulación de ancho de pulso de PWM. Sin embargo, todavía tenemos una diferencia entre ellos.

Hoy en día, muchos microcircuitos, especialmente los utilizados en convertidores CC-CC, implementan el principio WID. Pero al mismo tiempo se les llama controladores PWM. Por tanto, ahora prácticamente no existe diferencia de nombre entre estos dos métodos.

En cualquier caso, para formar una determinada duración del impulso suministrado a la base del transistor y abrir este último, se utilizan fuentes de tensión de referencia y ajuste, así como un comparador.
Consideremos un circuito simplificado en el que la batería GB alimenta al consumidor Rн de forma pulsada a través del transistor VT. Diré de inmediato que en este circuito específicamente no utilicé los elementos necesarios para el funcionamiento del circuito: un condensador, un inductor y un diodo. Esto se hace para simplificar la comprensión del funcionamiento del PWM, y no de todo el convertidor.

En pocas palabras, un comparador tiene tres terminales: dos entradas y una salida. El comparador funciona de la siguiente manera. Si el valor de voltaje en el pin de entrada “+” (entrada no inversora) es mayor que en la entrada “-” (entrada inversora), entonces la salida del comparador será una señal de alto nivel. De lo contrario, nivel bajo.

En nuestro caso, es la señal de alto nivel la que abre el transistor VT. Consideremos cómo se forma la duración del tiempo de pulso ti requerida. Para ello utilizaremos el siguiente gráfico.

Con WID, se suministra una señal en diente de sierra de una frecuencia determinada a una entrada del comparador. También se le llama soporte. La segunda entrada recibe una tensión de referencia, que se compara con la tensión de referencia. Como resultado de la comparación, se forma un impulso de la duración adecuada en la salida del comparador.

Si hay una señal de referencia en la entrada no inversora del comparador, primero habrá una pausa y luego un pulso. Si se aplica una señal maestra a la entrada no inversora, primero habrá un pulso y luego una pausa.

Por lo tanto, al cambiar el valor de la señal especificada, es posible cambiar el ciclo de trabajo y, en consecuencia, el voltaje promedio en la carga.

Se esfuerzan por maximizar la frecuencia de la señal de referencia para reducir los parámetros de los choques y condensadores (no se muestran en el diagrama). Esto último conduce a una reducción del peso y de las dimensiones de la fuente de alimentación conmutada.

PWM – modulación de ancho de pulso

PWM se utiliza principalmente para generar una señal sinusoidal. PWM se utiliza a menudo para controlar el funcionamiento de un convertidor inversor. El inversor está diseñado para convertir energía CC en energía CA.

Consideremos el esquema más simple.

En un momento dado, se abre un par de transistores VT1 y VT3. Se crea un camino para el flujo de corriente desde la batería GB a través de la carga inductiva activa RнLн. En el momento siguiente, VT1 y VT3 están bloqueados y los transistores diagonalmente opuestos VT2 y VT4 están abiertos. Ahora la corriente fluye desde la batería a través de RnLn en la dirección opuesta. Por tanto, la corriente a través de la carga cambia de dirección y, por tanto, es variable. Como puede ver, la corriente de carga no es sinusoidal. Por lo tanto, se utiliza PWM para obtener una forma de onda de corriente sinusoidal.

Hay varios tipos de PWM: unipolar, bipolar, unidireccional, bidireccional. Aquí no nos detendremos en cada tipo específico, pero consideraremos el enfoque general.

Se utiliza una sinusoide como señal moduladora y una señal triangular como señal de referencia. Como resultado de la comparación de estas señales, se forman las duraciones de los pulsos y las pausas (gráfico inferior), que controlan el funcionamiento de los transistores VT1...VT4.

Tenga en cuenta que la amplitud del voltaje a través de la carga siempre es igual a la amplitud de la fuente de alimentación. El período de repetición del pulso tampoco cambia. Sólo cambia la amplitud del impulso de apertura. Por lo tanto, cuando se conecta una carga, la corriente que fluye a través de ella tendrá una forma sinusoidal (que se muestra con la línea de puntos en el gráfico inferior).

Entonces, la principal diferencia entre WIDTH y PWM es que con el control de ancho de pulso, los tiempos de pulso y pausa permanecen constantes. Y con la modulación por ancho de pulso, la duración de los pulsos y las pausas cambia, lo que permite realizar una señal de salida de una forma determinada.

Los LED se utilizan en casi toda la tecnología que nos rodea. Es cierto que a veces es necesario ajustar su brillo (por ejemplo, en linternas o monitores). La salida más sencilla en esta situación parece ser cambiar la cantidad de corriente que pasa a través del LED. Pero eso no es cierto. El LED es un componente bastante sensible. Cambiar constantemente la cantidad de corriente puede acortar significativamente su vida o incluso romperla. También es necesario tener en cuenta que no se puede utilizar una resistencia limitadora, ya que en ella se acumulará el exceso de energía. Esto es inaceptable cuando se utilizan baterías. Otro problema con este enfoque es que el color de la luz cambiará.

Hay dos opciones:

• Regulación PWM
• Cosa análoga

Estos métodos controlan la corriente que fluye a través del LED, pero existen ciertas diferencias entre ellos.
El control analógico cambia el nivel de corriente que pasa a través de los LED. Y PWM regula la frecuencia del suministro de corriente.

Regulación PWM

Una salida a esta situación puede ser utilizar la modulación por ancho de pulso (PWM). Con este sistema, los LED reciben la corriente requerida y el brillo se ajusta mediante una fuente de alimentación de alta frecuencia. Es decir, la frecuencia del período de alimentación cambia el brillo de los LED.
La indudable ventaja del sistema PWM es mantener la productividad del LED. La eficiencia será de alrededor del 90%.

Tipos de regulación PWM

• Dos hilos. A menudo se utiliza en sistemas de iluminación de automóviles. La fuente de alimentación del convertidor debe tener un circuito que genere una señal PWM en la salida DC.
• Dispositivo de derivación. Para hacer que el período de encendido/apagado del convertidor utilice un componente en derivación que proporcione una ruta para la corriente de salida distinta al LED.

Parámetros de pulso para PWM

La frecuencia de repetición del pulso no cambia, por lo que no hay requisitos para determinar el brillo de la luz. En este caso, sólo cambia la anchura o el tiempo del pulso positivo.

Frecuencia de pulso

Incluso teniendo en cuenta el hecho de que no hay quejas especiales sobre la frecuencia, existen valores límite. Están determinados por la sensibilidad del ojo humano al parpadeo. Por ejemplo, en una película, los fotogramas deben parpadear a 24 fotogramas por segundo para que nuestros ojos la perciban como una imagen en movimiento.
Para que la luz parpadeante se perciba como luz uniforme, la frecuencia debe ser de al menos 200 Hz. No hay restricciones para los indicadores superiores, pero no hay forma de bajarlos.

¿Cómo funciona un regulador PWM?

Se utiliza una etapa clave de transistor para controlar directamente los LED. Normalmente utilizan transistores que pueden acumular grandes cantidades de energía.
Esto es necesario cuando se utilizan tiras de LED o LED de alta potencia.
Para cantidades pequeñas o baja potencia, es suficiente el uso de transistores bipolares. También puede conectar LED directamente a los microcircuitos.

generadores pwm

En un sistema PWM, se puede utilizar como oscilador maestro un microcontrolador o un circuito compuesto por circuitos de baja integración.
También es posible crear un regulador a partir de microcircuitos diseñados para conmutar fuentes de alimentación, chips lógicos K561 o un temporizador integrado NE565.
Los artesanos incluso utilizan un amplificador operacional para estos fines. Para hacer esto, se ensambla un generador que se puede ajustar.
Uno de los circuitos más utilizados se basa en el temporizador 555. Es esencialmente un generador de onda cuadrada normal. La frecuencia está regulada por el condensador C1. en la salida el condensador debe tener un voltaje alto (lo mismo ocurre con la conexión a la fuente de alimentación positiva). Y se carga cuando hay bajo voltaje en la salida. Este momento da lugar a pulsos de diferentes anchuras.
Otro circuito popular es el PWM basado en el chip UC3843. en este caso, el circuito de conmutación se ha cambiado hacia la simplificación. Para controlar el ancho del pulso, se utiliza un voltaje de control de polaridad positiva. En este caso, la salida produce la señal de pulso PWM deseada.
El voltaje de regulación actúa sobre la salida de la siguiente manera: a medida que disminuye, el ancho aumenta.

¿Por qué PWM?

• La principal ventaja de este sistema es su facilidad. Los patrones de uso son muy simples y fáciles de implementar.
• El sistema de control PWM proporciona una amplia gama de ajustes de brillo. Si hablamos de monitores, es posible utilizar retroiluminación CCFL, pero en este caso el brillo solo se puede reducir a la mitad, ya que la retroiluminación CCFL exige mucho la cantidad de corriente y voltaje.
• Con PWM, puede mantener la corriente a un nivel constante, lo que significa que los LED no se dañarán y la temperatura del color no cambiará.

Desventajas de usar PWM

• Con el tiempo, el parpadeo de la imagen puede volverse bastante notorio, especialmente con poco brillo o con el movimiento de los ojos.
• Bajo luz brillante constante (como la luz del sol), la imagen puede volverse borrosa.

PWM o PWM (modulación por ancho de pulso, en inglés) es una forma de controlar el suministro de energía a la carga. El control consiste en cambiar la duración del pulso a una frecuencia de repetición de pulso constante. La modulación por ancho de pulso puede ser analógica, digital, binaria o ternaria.

El uso de la modulación de ancho de pulso permite aumentar la eficiencia de los convertidores eléctricos, especialmente los convertidores de pulsos, que hoy forman la base de las fuentes de alimentación secundarias para diversos dispositivos electrónicos. Los convertidores de pulso de retorno y avance de ciclo único, push-pull y medio puente, así como los de puente, se controlan hoy con la participación de PWM, esto también se aplica a los convertidores resonantes.

La modulación de ancho de pulso le permite ajustar el brillo de la luz de fondo de las pantallas de cristal líquido de teléfonos celulares, teléfonos inteligentes y computadoras portátiles. PWM se implementa en inversores de automóviles, cargadores, etc. Cualquier cargador hoy en día utiliza PWM en su funcionamiento.

Los transistores bipolares y de efecto de campo que funcionan en modo de conmutación se utilizan como elementos de conmutación en los convertidores de alta frecuencia modernos. Esto significa que parte del período el transistor está completamente abierto y parte del período está completamente cerrado.

Y como en estados transitorios que duran sólo decenas de nanosegundos la potencia liberada en el interruptor es pequeña en comparación con la potencia conmutada, la potencia media liberada en forma de calor en el interruptor resulta finalmente insignificante. En este caso, en el estado cerrado, la resistencia del transistor como interruptor es muy pequeña y la caída de voltaje a través de él se acerca a cero.

En estado abierto, la conductividad del transistor es cercana a cero y prácticamente no fluye corriente a través de él. Esto permite crear convertidores compactos con alta eficiencia, es decir, con bajas pérdidas térmicas. Y los convertidores resonantes con conmutación a corriente cero ZCS (conmutación de corriente cero) permiten reducir estas pérdidas al mínimo.

En los generadores PWM de tipo analógico, la señal de control es generada por un comparador analógico cuando, por ejemplo, se suministra una señal triangular o en diente de sierra a la entrada inversora del comparador y una señal continua moduladora a la entrada no inversora.

Se obtienen los pulsos de salida, su frecuencia de repetición es igual a la frecuencia de la sierra (o señal triangular), y la duración de la parte positiva del pulso está asociada con el tiempo durante el cual el nivel de la señal constante moduladora suministrada al La entrada no inversora del comparador es mayor que el nivel de la señal de la sierra, que se suministra a la entrada inversora. Cuando el voltaje de la sierra es mayor que la señal moduladora, la salida tendrá una parte negativa del pulso.

Si la sierra se alimenta a la entrada no inversora del comparador y la señal moduladora se suministra a la entrada inversora, entonces los pulsos rectangulares de salida tendrán un valor positivo cuando el voltaje de la sierra sea mayor que el valor de la señal moduladora suministrada. a la entrada inversora, y negativo cuando el voltaje de la sierra es menor que la señal moduladora. Un ejemplo de generación PWM analógica es el microcircuito TL494, que se utiliza ampliamente en la actualidad en la construcción de fuentes de alimentación conmutadas.

El PWM digital se utiliza en tecnología digital binaria. Los pulsos de salida también toman solo uno de dos valores (encendido o apagado) y el nivel de salida promedio se acerca al nivel deseado. Aquí la señal en diente de sierra se obtiene utilizando un contador de N bits.

Los dispositivos digitales con PWM también funcionan a una frecuencia constante, que necesariamente excede el tiempo de respuesta del dispositivo controlado; este enfoque se llama sobremuestreo. Entre los flancos del reloj, la salida PWM digital permanece estable, ya sea alta o baja, dependiendo del estado actual de la salida del comparador digital, que compara los niveles de señal en el contador y el digital aproximado.

La salida se sincroniza como una secuencia de pulsos con los estados 1 y 0; cada estado del reloj puede cambiar o no al opuesto. La frecuencia de los pulsos es proporcional al nivel de la señal que se aproxima, y ​​las unidades que se suceden pueden formar un pulso más amplio y más largo.

Los pulsos resultantes de ancho variable serán un múltiplo del período del reloj y la frecuencia será igual a 1/2NT, donde T es el período del reloj, N es el número de ciclos del reloj. Aquí se puede lograr una frecuencia más baja en relación con la frecuencia del reloj. El circuito de generación digital descrito es una modulación PCM codificada por impulsos, PWM, de un bit o de dos niveles.

Esta modulación codificada por pulsos de dos niveles es esencialmente una serie de pulsos con una frecuencia de 1/T y un ancho de T o 0. El sobremuestreo se utiliza para promediar durante un período de tiempo mayor. Se puede lograr una PWM de alta calidad utilizando modulación de densidad de pulso de un bit, también llamada modulación de frecuencia de pulso.

Con la modulación digital por ancho de pulso, los subpulsos rectangulares que llenan un período pueden caer en cualquier lugar del período, y entonces solo su número afecta el valor promedio de la señal durante el período. Entonces, si divide el período en 8 partes, las combinaciones de pulsos 11001100, 11110000, 11000101, 10101010, etc. darán el mismo valor promedio para el período; sin embargo, las unidades separadas hacen que el modo de funcionamiento del transistor clave sea más pesado.

Las luminarias de la electrónica, hablando de PWM, dan la siguiente analogía con la mecánica. Si utiliza un motor para hacer girar un volante pesado, dado que el motor se puede encender o apagar, el volante girará y continuará girando, o se detendrá debido a la fricción cuando se apague el motor.

Pero si el motor se enciende durante unos segundos por minuto, entonces la rotación del volante se mantendrá, por inercia, a una determinada velocidad. Y cuanto más tiempo esté encendido el motor, mayor será la velocidad a la que girará el volante. Lo mismo ocurre con PWM, la señal de encendido y apagado (0 y 1) llega a la salida y, como resultado, se logra el valor promedio. Al integrar el voltaje del pulso en el tiempo, obtenemos el área bajo los pulsos, y el efecto en el cuerpo de trabajo será idéntico al trabajo con un valor de voltaje promedio.

Así funcionan los convertidores, donde las conmutaciones se producen miles de veces por segundo y las frecuencias alcanzan varios megahercios. Los controladores PWM especiales se utilizan ampliamente para controlar balastos de lámparas de bajo consumo, fuentes de alimentación, etc.

La relación entre la duración total del período del pulso y el tiempo de encendido (la parte positiva del pulso) se denomina ciclo de trabajo del pulso. Entonces, si el tiempo de encendido es de 10 μs y el período dura 100 μs, entonces a una frecuencia de 10 kHz el ciclo de trabajo será igual a 10 y escriben que S = 10. El ciclo de trabajo inverso se llama el ciclo de trabajo por pulsos, en inglés Duty Cycle, o abreviado como DC.

Entonces, para el ejemplo dado, DC = 0,1, ya que 10/100 = 0,1. Con la modulación de ancho de pulso, al ajustar el ciclo de trabajo del pulso, es decir, al variar la CC, se logra el valor promedio requerido en la salida de un dispositivo electrónico u otro dispositivo eléctrico, como un motor.