PWM

La modulación por ancho de pulso es una técnica de control que conmuta rápidamente una señal de potencia entre los estados de encendido y apagado. La relación entre el tiempo de encendido y el tiempo total del ciclo determina el voltaje o la corriente promedio entregados a una carga. Una señal PWM que funciona a 100 kHz con un ciclo de trabajo del 75 por ciento, por ejemplo, pasa tres cuartas partes de cada ciclo energizada y una cuarta parte desenergizada, lo que produce una salida promedio del 75 por ciento del voltaje de suministro.

La frecuencia y el ciclo de trabajo son los dos parámetros críticos. La frecuencia debe ser lo suficientemente alta como para que la carga experimente un valor promedio constante en lugar de parpadeos; la mayoría de las aplicaciones industriales utilizan frecuencias entre 4 kHz y 20 kHz para mantenerse por encima del rango audible y minimizar las pérdidas por conmutación. El ciclo de trabajo, expresado como un porcentaje, es lo que el sistema de control varía para regular la entrega de potencia.

El control de velocidad de motores de CC es la aplicación más común: la variación del ciclo de trabajo cambia el voltaje promedio al devanado del motor sin grandes pérdidas resistivas. El control de brillo de LED utiliza el mismo principio; los ojos humanos integran el parpadeo de encendido y apagado en el brillo percibido. Las fuentes de alimentación y los amplificadores de audio Clase D dependen de PWM para lograr una alta eficiencia al mantener los dispositivos de conmutación completamente encendidos o completamente apagados, minimizando la disipación de calor durante las transiciones.

La técnica requiere un dispositivo de conmutación, típicamente un MOSFET o IGBT, capaz de ciclos rápidos de encendido y apagado con un mínimo desperdicio de energía. El circuito de control debe generar una señal de referencia (generalmente una onda de rampa o diente de sierra) y compararla con una señal de comando; donde el comando excede la rampa, el interruptor se cierra. Esta comparación produce naturalmente una salida PWM a medida que la frecuencia y el ciclo de trabajo siguen la entrada.

Los controladores PWM se encuentran en variadores de motor, controladores de LED, fuentes de alimentación conmutadas e inversores industriales. Su ventaja de eficiencia sobre los reguladores lineales y los reóstatos los hace esenciales para aplicaciones que requieren un control térmico estricto o funcionamiento con batería. El ruido de conmutación que generan requiere un filtrado cuidadoso y un diseño de PCB para evitar interferencias electromagnéticas.