Circuito PWM

Significado

La modulación por ancho de pulsos (MAP o PWM, siglas del inglés Pulse-Width Modulation) de una señal o fuente de energía es una técnica en la que se modifica el ciclo de trabajo de una señal periódica (una sinusoidal o una cuadrada, por ejemplo), ya sea para transmitir información a través de un canal de comunicaciones o para controlar la cantidad de energía que se envía a una carga.

El ciclo de trabajo de una señal periódica es el ancho relativo de su parte positiva en relación con el período. Expresado matemáticamente:

D es el ciclo de trabajo.t es el tiempo en que la función es positiva (ancho del pulso).T es el período de la función.

La Regulación por Ancho de Pulso de un motor de CC está basada en el hecho de que si se recorta la CC de alimentación en forma de una onda cuadrada, la energía que recibe el motor disminuirá de manera proporcional a la relación entre la parte alta (habilita corriente) y baja (cero corriente) del ciclo de la onda cuadrada. Controlando esta relación se logra variar la velocidad del motor de una manera bastante aceptable.

Operación

La construcción típica de un circuito PWM se lleva a cabo mediante un comparador con dos entradas y una salida. Una de las entradas se conecta a un oscilador de onda dientes de sierra, mientras que la otra queda disponible para la señal moduladora. En la salida la frecuencia es generalmente igual a la de la señal dientes de sierra, y el ciclo de trabajo está en función de la portadora.

Operación a frecuencia constante.La frecuencia de pulsación f (o periodo de pulsación T), se mantiene constante variando solo en el tiempo activo t1. El ancho de pulso se varia por lo que este tipo de controlador se conoce como PWM o controlador de modulación por ancho de pulso.

Operación a frecuencia variable.Varía la frecuencia de pulsación f. Ya sea el tiempo activo, ósea t1, o el tiempo inactivo t2, se mantiene constante. Esto se conoce como modulación por frecuencia. La frecuencia debe variar en un amplio rango para obtener todo el rango de voltaje.

Existe otro tipo de control referente al PWM, que es la modulación de un solo ancho de pulso en el cual existe un solo pulso por cada medio ciclo, el ancho del pulso se hace variar, a fin de controlar el voltaje de salida del inversor.

Diseños de circuitos

El circuito que se ve a continuación es un ejemplo de un control de Regulación de Ancho de Pulso (PWM, Pulse-Width-Modulated en inglés), que se podría adaptar al circuito del Puente H

Puente H: Circuito para controlar motores de corriente continua. El nombre se refiere a la posición en que quedan los transistores en el diagrama del circuito.

para controlar la velocidad y sentido de marcha de motores de CC. El primer circuito —con el MOSFET de potencia BUZ11— permite controlar motores medianos y grandes, hasta 10 A de corriente. El segundo circuito —con el transistor 2N2222A— es para motores pequeños, que produzcan una carga de hasta 800 mA.

El que sigue es un circuito genérico de generación de pulsos que se puede utilizar en aquellos lugares donde sea necesario un pulso digital de reloj no demasiado preciso. Cambiando los valores de R1 y R2 se ajusta la frecuencia básica. El potenciómetro regula el ancho de pulso.

A continuación el circuito básico y la fórmula para calcular los anchos de pulso generados por el integrado 555.

Aplicaciones

En la actualidad existen muchos circuitos integrados en los que se implementa la modulación PWM, además de otros muy particulares para lograr circuitos funcionales que puedan controlar fuentes conmutadas, controles de motores, controles de elementos termoeléctricos, choppers para sensores en ambientes ruidosos y algunas otras aplicaciones. Se distinguen por fabricar este tipo de integrados, compañías como Texas Instruments, National Semiconductor, Maxim.