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INDICE

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I. INTRODUCCION……………………………………………………………………… 2II. CONCEPTO…………………………………………………………………………….. 3III. FUNCIONAMIENTO BASICO DE UN PWM……………………………….. 4IV. REALIZACION DE UN MONTAJE……………………………………………… 5V. APLICACIONES……………………………………………………………………….. 9

A. En los motores………………………………………………………………….. 9 B. Como parte de un conversor ADC………………………………………… 10

VI. BIBLIOGRAFIA…………………………………………………………………………… 10

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I. INTRODUCCION:

La modulación de anchura de pulso, abreviada como PWM, es un método de transmitir la información sobre una serie de pulsos. Los datos que se están transmitiendo se codifican en la anchura de estos pulsos para controlar la cantidad de energía que es enviada a una carga. Es decir la modulación de anchura de pulso es una técnica para generar pulsos variables de la anchura para representar la amplitud de una señal análoga o de una onda de la entrada. Los usos populares de la modulación de anchura de pulso es en la entrega de energía, regulación del voltaje y amplificación y los efectos audio.

La modulación de anchura de pulso se utiliza para reducir la energía total entregada a una carga fuera dando por resultado la pérdida, que ocurre normalmente cuando una fuente de energía es limitada por un elemento resistente. El principio subyacente en el proceso entero es que la energía media entregada es directamente proporcional al ciclo de deber de la modulación. Si la tarifa de modulación es alta, es posible alisar hacia fuera el tren de pulso usando los filtros electrónicos pasivos y recuperar una forma análoga media de la onda.

Otro uso de PWM, según lo mencionado anterior, es los amplificadores de la clase D, sirviendo para una claridad audio mejor junto a su función básica - amplificación. El amplificador de la clase D produce un equivalente de PWM de la señal análoga de la entrada, que alternadamente es alimentada al altavoz ruidoso después de filtrar hacia fuera la onda de portador enviándola a través de una red conveniente del filtro. Los amplificadores de la clase D están creciendo en demanda debido a su eficacia, peso ligero, y costos mejores.

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MODULACION DE ANCHO DE PULSO (PWM)

II. Concepto:

La modulación por ancho de pulsos (también conocida como PWM, siglas en inglés de 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 senoidal 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: es el tiempo en que la función es positiva (ancho del pulso)

T: es el período de la función

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.

La principal desventaja que presentan los circuitos PWM es la posibilidad de que haya interferencias generadas por radiofrecuencia. Éstas pueden minimizarse ubicando el controlador cerca de la carga y realizando un filtrado de la fuente de alimentación.

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III. Funcionamiento básico de un PWM:

Con el propósito de obtener una señal de voltaje a la salida del inversor con la frecuencia deseada, se compara una señal de control senoidal a la frecuencia deseada con una señal de onda triangular. La frecuencia de la onda triangular corresponde a la frecuencia de interrupción del inversor y por lo general se mantiene constante. La frecuencia de la señal de control es conocida como la frecuencia modulante, mientras que la frecuencia de interrupción es conocida como frecuencia de acarreo. La señal de control se utiliza para modular la razón de servicio del interruptor. De lo anterior, se desprende que en la señal de salida es inevitable la presencia de armónicos y por tanto existen ciertas desviaciones de la señal de onda seno según nuestro interés. Los voltajes de salida que se obtienen dependen de la comparación de las señales y de la condición de los interruptores como se muestra a continuación:

cuando vcontrol > vtri y S1 está encendido, entonces vo= Vdc/2

cuando vcontrol < vtri y S2 está encendido, entonces vo= -Vdc/2

Para este inversor PWM no es posible obtener condiciones de encendido simultáneo en los interruptores S1 y S2 y su voltaje siempre oscilará entre Vdc/2 y -Vdc/2. El espectro de sus armónicas presenta las siguientes características:

El valor pico a la frecuencia fundamental es un múltiplo de Vdc/2, donde el factor de multiplicación es la razón de modulación de las amplitudes. Sin embargo, esto solo es cierto para ma < 1.0 tal como lo indica la siguiente ecuación:

b) Las armónicas se identifican como anchos de banda muy cerca y alrededor de la frecuencia de acarreo como los múltiplos de ésta, siempre y cuando se respete la condición ma < 1.0 como lo indican las siguientes tablas:

Donde el orden de la armónica se obtiene por:

h = j*mf ± k

h: orden la armónica deseada

j: tiempo al que ocurre la armónica

mf: razón de modulación de la frecuencia

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k: k-ésimo ancho de banda a izquierda y derecha. Es posible determinar la frecuencia armónica utilizando la fórmula a continuación:

fh = (j*mf ± k)* f1

f1: la frecuencia de la componente fundamental de la señal de voltaje.

c) La razón de modulación de la frecuencia debe tener un valor entero impar, puesto que las armónicas impares están presentes en la señal de salida y las armónicas pares desaparecen.

Las frecuencias de interrupción no pueden ser tan altas porque tienen el inconveniente de incrementar proporcionalmente las pérdidas por interrupción dentro del inversor. Esto se evita seleccionando frecuencias de interrupción por debajo de 6kHz o por arriba de 20KHz al rango audible. En las aplicaciones de 50 o 60Hz, donde se requieren frecuencia de salida en el inversor de 200Hz, se seleccionan razones de modulación menores que 9 para frecuencias de interrupción menores de 2kHz, mientras que valores mayores de 100 son típicos a frecuencias de interrupción por arriba de 20KHz.

Las relaciones entre la señal triangular y la señal de control dependen del valor correspondiente de mf. Si dicho valor es muy pequeño (mf < 21), se requiere la sincronización de las señales adoptando un entero impar para mf y pendientes de polaridad opuesta al coincidir en el cruce por el cero para ambas señales. Por otro lado, si el valor es grande (mf > 21), entonces debemos evitar emplear PWM asíncronos porque los subarmónicos de secuencia cero provocan grandes corrientes, a pesar de que su magnitud es pequeña.

IV. Realización de un montaje:

Mediante la constitución del PWM establecer el control sobre la luminosidad de un bombillo.

RESULTADOS El circuito utilizado para la realización de nuestro laboratorio es recomendable dividirlo en tres secciones, así se nos facilita la comprensión del circuito y su respectivo funcionamiento, además nos facilitará la corrección de errores.

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Primera parte La primera parte del circuito se establece en la salida de los diodos los cuales establecen una rectificación de la onda.

Segunda parte La segunda parte del circuito se establece en la salida del primer comparador En esta sección se pretende establecer los cruces por cero de la onda rectificada. Aquí el primer integrado comparador la entran dos señales: la primera es la que se obtiene del circuito rectificador de onda, una segunda que se obtiene de un divisor de tensión. El comparador permite pasar el voltaje con el que es alimentado mientras que el voltaje de la señal rectificad sea inferior al voltaje del divisor de tensión. Así cuando la señal rectificada se cruza por cero el comparador genera pulsos cuadrados de la amplitud con la cual es alimentada.

Tercera parte La tercera parte del circuito se establece en la salida del segundo comparador. En esta sección se pretende conseguir pulsos cuadrados en las partes donde fue cero la sección anterior o sea se invierte totalmente el proceso antes realizado, esta señal se utiliza para generar la señal de rampa mediante la comparación de dos señales.

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Cuarta parte La cuarta parte del circuito se establece en la salida del tercer comparador. Esta señal la logramos conseguir gracias al juego de dos elementos que son: El condensador y el transistor. Primero se debe establecer que el transistor se lo configura en estado de corte y saturación , así cuando la señal entrante en la base del transistor se encuentre en nivel alto la salida de este será 0V y descargara el condensador. Cuando la señal entrante se encuentra en su nivel bajo en la base del transistor la salida de este será 10 Vaprox y cargara el condensador logrando así la señal de rampa.

Salida del circuito Con presencia de Luz constante

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Con una variación Luz sobre la foto- Resistencia.

Montaje PWM

Montaje circuito de control

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V. 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, y algunas otras más.

A. En los motores:

La modulación por ancho de pulsos es una técnica utilizada para regular la velocidad de giro de los motores eléctricos de inducción o asíncronos. Mantiene el par motor constante y no supone un desaprovechamiento de la energía eléctrica. Se utiliza tanto en corriente continua como en alterna, como su nombre lo indica, al controlar: un momento alto (encendido o alimentado) y un momento bajo (apagado o desconectado), controlado normalmente por relevadores (baja frecuencia) o MOSFET o tiristores (alta frecuencia).

Otros sistemas para regular la velocidad modifican la tensión eléctrica, con lo que disminuye el par motor; o interponen una resistencia eléctrica, con lo que se pierde energía en forma de calor en esta resistencia.

Otra forma de regular el giro del motor es variando el tiempo entre pulsos de duración constante, lo que se llama modulación por frecuencia de pulsos.

En los motores de corriente alterna también se puede utilizar la variación de frecuencia.

La modulación por ancho de pulsos también se usa para controlar servomotores, los cuales modifican su posición de acuerdo al ancho del pulso enviado cada un cierto período que depende de cada servo motor. Esta información puede ser enviada utilizando un microprocesador como el Z80, o un microcontrolador (por ejemplo, un PIC 16F877A de la empresa Microchip).

B. Como parte de un conversor ADC:

Otra aplicación es enviar información de manera analógica. Es útil para comunicarse de forma analógica con sistemas digitales.

Para un sistema digital, es relativamente fácil medir cuánto dura una onda cuadrada. Sin embargo, si no se tiene un conversor analógico digital no se puede obtener información de un valor analógico, ya que sólo se puede detectar si hay

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una determinada tensión, 0 o 5 voltios por ejemplo (valores digitales de 0 y 1), con una cierta tolerancia, pero no puede medirse un valor analógico. Sin embargo, el PWM en conjunción con un oscilador digital, un contador y una puerta AND como puerta de paso, podrían fácilmente implementar un ADC.

VI. Bibliografía:

laboratoriopwm.pdf Juan Domínguez y Paulo Ramirez. http://usuarios.lycos.es/telmedios/

laboratoriopwm.pdf Gina Giraldo Andres Rubiano. http://telematica5.tripod.com/default.htm

www.buenastareas.com

Robert Boylestad – teoría de circuitos y dispositivos electronicos