O que é PWM, como medi-lo

Relacionados

PWM significa modulação de largura de pulso, que significa a natureza variável das larguras de pulso que podem ser geradas a partir de uma fonte específica, como um IC discreto, MCU ou um circuito transistorizado.

O que é PWM

Em termos simples, um processo PWM nada mais é do que ligar e desligar uma tensão de alimentação a uma taxa específica com diferentes relações de tempo ON/OFF, aqui o comprimento do interruptor ON da tensão pode ser maior, menor ou igual ao comprimento do interruptor OFF.

Por exemplo, um PWM pode consistir em uma tensão fixa para ligar e desligar na taxa de 2 segundos LIGADO 1 segundo DESLIGADO, 1 segundo LIGADO 2 segundos DESLIGADO ou 1 segundo LIGADO, 1 segundo DESLIGADO.

Quando esta taxa ON/OFF de uma tensão de alimentação é otimizada de forma diferente, dizemos que a tensão é modulada por PWM ou Largura de Pulso.

Todos vocês já devem estar familiarizados com a forma como um potencial DC constante aparece em um gráfico de tensão v/s tempo, conforme mostrado abaixo:

IMG 6243BDA60937E

Na imagem acima podemos ver uma linha reta no nível de 9V, isso é conseguido porque o nível de 9V não muda em relação ao tempo e, portanto, podemos testemunhar uma linha reta.

Agora, se este 9V for ligado e desligado a cada 1 segundo, o gráfico acima ficaria assim:

IMG 6243BDA64F284

Podemos ver claramente que agora a linha de 9V não é mais um classificador de linha reta na forma de blocos a cada 1 segundo, pois a linha de 9V é ligada e desligada a cada segundo alternadamente.

Os traços acima parecem blocos retangulares porque quando o 9V é ligado e desligado as operações são instantâneas, o que de repente faz o 9V ir para o nível zero e, de repente, para o nível 9V, formando assim as formas retangulares no gráfico.

A condição acima dá origem a uma tensão pulsante que tem dois parâmetros a serem medidos, a saber: a tensão de pico e a tensão média ou a tensão RMS.

Tensão de pico e média

Na primeira imagem, a tensão de pico é obviamente 9V, e a tensão média também é 9V, simplesmente porque a tensão é constante sem interrupções.

No entanto, na segunda imagem, embora a tensão seja LIGADA/DESLIGADA na taxa de 1 Hz (1 segundo LIGADA, 1 segundo DESLIGADA), o pico ainda será igual a 9V, pois o pico está sempre atingindo a marca de 9V durante os períodos LIGADOS. Mas a tensão média aqui não é 9V, e sim 4,5V porque o fazer e quebrar da tensão é feito a uma taxa de 50%.

Nas discussões de PWM, essa taxa ON/OFF é chamada de ciclo de trabalho do PWM, portanto, no caso acima, é um ciclo de trabalho de 50%.

Ao medir um PWM com um multímetro digital em uma faixa CC, você sempre obterá a leitura do valor médio no medidor.

Os novos aficionados muitas vezes se confundem com essa leitura e a consideram o valor máximo, o que é totalmente errado.

Conforme explicado acima, o valor de pico de um PWM será principalmente igual à tensão de alimentação fornecida ao circuito, enquanto a tensão média no medidor será a média dos períodos ON/OFF dos PWMs.

Mudando Mosfet com PWM

Portanto, se você estiver alternando um mosfet com um PWM e encontrar a tensão do portão, digamos, por exemplo, 3V, não entre em pânico, pois essa pode ser apenas a tensão média indicada pelo medidor, a tensão de pico pode ser tão alta quanto a alimentação do seu circuito Voltagem.

Portanto, pode-se esperar que o mosfet conduza bem e totalmente através desses valores de pico e a tensão média afetaria apenas seu período de condução, não a especificação de comutação do dispositivo.

Como discutimos nas seções anteriores, um PWM envolve fundamentalmente a variação das larguras de pulso, ou seja, os períodos ON e OFF da CC.

Digamos, por exemplo, que você queira uma saída PWM com um tempo ON 50% menor que o tempo ON.

Vamos supor que o tempo ON selecionado é 1/2 segundo então o tempo OFF seria igual a 1 segundo, o que daria origem a um ciclo de trabalho de 1/2 segundo ON e 1 segundo OFF, como pode ser visto no diagrama a seguir .

Analisando o ciclo de trabalho do PWM

IMG 6243BDA68993E

Neste exemplo, os PWMs são otimizados para produzir uma tensão de pico de 9V, mas uma tensão média de 3,15V, pois o tempo de LIGADO é de apenas 35% de um ciclo completo de LIGA/DESLIGA.

Um ciclo completo refere-se ao período de tempo que permite que o pulso dado complete seu tempo LIGADO completo e um tempo DESLIGADO.

Da mesma forma, pode-se pretender otimizar a largura de pulso de uma frequência com os seguintes dados:

IMG 6243BDA6CB715

Aqui o tempo LIGADO pode ser visto aumentado do que o tempo DESLIGADO em 65% em um ciclo completo, portanto, aqui o valor médio da tensão se torna 5,85V.

A tensão média discutida acima também é chamada de RMS ou valor da raiz quadrada média da tensão.

Como estes são todos pulsos retangulares ou quadrados, o RMS pode ser calculado simplesmente multiplicando a porcentagem do ciclo de trabalho pela tensão de pico.

Otimizando o PWM para simular a onda senoidal

Porém nos casos em que o PWM é otimizado para simular um pulso AC, o cálculo para o RMS torna-se um pouco complexo.

Tomemos o exemplo do PWM a seguir, que é otimizado para variar sua largura correspondente à amplitude variável ou ao nível de um sinal CA senoidal.

Você pode aprender mais sobre isso através de um dos meus artigos anteriores, onde expliquei como o IC 555 pode ser usado para gerar saída PWM equivalente de onda senoidal.

IMG 6243BDA717F15

Como podemos ver na imagem acima, a largura dos pulsos está mudando em relação ao nível instantâneo da onda senoidal. À medida que a onda senoidal tende a atingir o pico, a largura correspondente do pulso se torna mais ampla e vice-versa.

Usando SPWM

Isso indica que, como o nível de tensão da onda senoidal está mudando constantemente com o tempo, os PWMs também estão mudando com o tempo, variando constantemente suas larguras. Tal PWM também é referido como SPWM ou Sinewave Pulse Width Modulation.

Assim, no caso acima, os pulsos nunca são constantes, mas mudam suas larguras de maneira diferente com o tempo.

Isso torna o cálculo do valor médio ou RMS um pouco complexo e não podemos simplesmente multiplicar o ciclo de trabalho pela tensão de pico aqui para atingir o RMS.

Embora a fórmula real para derivar a expressão RMS seja bastante complexa, após derivações apropriadas, a implementação final fica bastante fácil.

Calculando a tensão RMS de um PWM

Assim, para calcular RMS de uma tensão PWM variável em resposta a uma onda senoidal, pode ser adquirido multiplicando 0,7 (constante) com a tensão de pico.

Então, para um pico de 9V, obtemos 9 x 0,7 = 6,3V, que é a tensão RMS ou o valor médio de um PWM de 9V pico a pico simulando uma onda senoidal.

Papel do PWM em Circuitos Eletrônicos?

Você descobrirá que o conceito PWM está essencialmente associado a
projetos de circuitos que têm indutores envolvidos especialmente as topologias buck boost, como inversores, SMPS, MPPT, circuitos de driver de LED etc.

Sem um indutor, um recurso PWM pode não ter valor real ou função em um determinado circuito, isso ocorre porque apenas um indutor tem o recurso inerente de transformar uma largura de pulso variável em uma quantidade equivalente de intensificado (impulsionado) ou reduzido (bucked) voltagem ou corrente, que se torna a ideia total e única de uma tecnologia PWM.

Usando PWM com indutores

Para entender como o PWM afeta a saída de um indutor em termos de tensão e corrente, primeiro seria importante aprender como um indutor se comporta sob a influência de uma tensão pulsante.

Em um dos meus posts anteriores eu expliquei sobre como funciona um circuito buck boost, este é um exemplo clássico para demonstrar como PWMs ou uma largura de pulso variável podem ser usados ​​para dimensionar uma saída do indutor.

É bem conhecido que por “natureza” um indutor sempre se opõe a uma aplicação repentina de tensão através dele e permite que ele passe somente após um certo período de tempo dependendo de suas especificações de enrolamento, e durante este processo ele armazena uma quantidade equivalente de energia em isto.

Agora, se no decorrer do processo acima a tensão for repentinamente desligada, o indutor novamente é incapaz de lidar com esse súbito desaparecimento da tensão aplicada e tenta equilibrá-la liberando a corrente armazenada nele.

Reação do indutor ao PWM

Assim, um indutor tentará se opor a um LIGAR de tensão armazenando corrente e tentar equalizar em resposta a um súbito DESLIGAR de tensão por “chutar” a energia armazenada de volta ao sistema.

Este kick back é chamado de back EMF de um indutor e o conteúdo dessa energia (tensão, corrente) dependerá das especificações do enrolamento do indutor.

Basicamente, o número de voltas decide se o EMF deve ser maior em tensão que a tensão de alimentação ou menor que a tensão de alimentação, e a espessura do fio decide a quantidade de corrente que o indutor pode renderizar.

Há outro aspecto no indutor acima, que é o tempo dos períodos de tensão ON/OFF.

É aí que o uso de um PWM se torna crucial.

Embora o número de voltas determine fundamentalmente os valores de saída para um determinado, eles também podem variar conforme desejado, alimentando um PWM otimizado intro um indutor.

Através de um PWM variável, podemos forçar um indutor a gerar/converter tensões e correntes em qualquer taxa desejada, seja como uma tensão aumentada (corrente reduzida), ou corrente aumentada (tensão reduzida) ou vice-versa.

Em algumas aplicações, um PWM pode ser usado mesmo sem um indutor, como para escurecer uma luz de LED, ou em circuitos temporizadores MCU, onde a saída pode ser otimizada para gerar tensões em diferentes interruptores, períodos de desligamento para controlar uma carga conforme suas especificações de trabalho pretendidas.

Hashtags: #PWM #como #medilo
 

FONTE


Nota: Este conteúdo foi traduzido do Inglês para português (auto)
Pode conter erros de tradução

Olá, se tiver algum erro de tradução (AUTO), falta de link para download etc…
Veja na FONTE até ser revisado o conteúdo.
Status (Ok Até agora)


Se tiver algum erro coloque nos comentários

Mas se gostou compartilhe!!!

Relacionados

Relacionados