todo lo que necesitas saber sobre pwm pulse with modulation

Descubre todo lo que necesitas saber sobre la técnica de modulación PWM

Si el mundo de la electrónica te llama la atención, es probable que estés familiarizado con la técnica conocida como modulación por ancho de pulso (PWM). Sin embargo, ¿comprendes realmente su funcionamiento y su significado? En esta publicación, te proporcionaremos una completa explicación sobre qué es y cómo opera el PWM, incluyendo sus diversas aplicaciones en distintos dispositivos electrónicos. No dejes de leer para conocer todos los detalles al respecto.

El funcionamiento de la modulación por ancho de pulso PWM

La técnica de modulación PWM (Pulse Width Modulation) es un recurso muy utilizado en el ámbito de la electrónica para regular la cantidad de energía suministrada a un componente o circuito. En pocas palabras, es una forma de manipular la energía que recibe un dispositivo al alterar la duración de los pulsos de una señal.

Este método se ha convertido en un pilar fundamental en aplicaciones como motores eléctricos, sistemas de iluminación LED y control de velocidad de ventiladores. Para ello, se produce una señal de alta frecuencia, llamada señal de portadora, y se modifica la duración de sus pulsos para regular la energía que recibe el dispositivo.

La frecuencia de la señal de portadora debe ser notablemente superior a la de la señal de control, con el fin de que el dispositivo pueda responder eficazmente ante posibles cambios en la señal de control. Por ejemplo, si se está controlando un motor eléctrico con una señal de control de 50 Hz, la señal de portadora deberá tener una frecuencia de varios kilohercios o incluso megahercios.

Descifrando el Funcionamiento de la Señal PWM

Variación de tiempo en una señal eléctrica

Cuando queremos controlar la cantidad de energía que se transmite a un dispositivo eléctrico, podemos recurrir a una técnica que consiste en alterar la duración de una señal eléctrica con el objetivo de mantener constante su voltaje y su frecuencia.

Imaginemos que tenemos una señal cuadrada, que cuenta con dos estados posibles: alto (ON) o bajo (OFF). Esta señal tiene un periodo, que determina el tiempo que tarda en completar un ciclo, y una frecuencia, medida en hercios (Hz).

Ahora bien, dentro de cada ciclo, la señal puede mantenerse más tiempo en estado alto o en estado bajo. A esta variación se le conoce como ciclo de trabajo o "duty cycle", que se expresa en porcentaje.

Por ejemplo, si la señal se encuentra en estado alto el 50% del tiempo y en estado bajo el otro 50%, el ciclo de trabajo es del 50%. Si por el contrario, está el 75% del tiempo en estado alto y el 25% en estado bajo, el ciclo de trabajo sería del 75%, y así sucesivamente.

Mediante esta técnica, podemos controlar la cantidad de energía que se transmite a dispositivos como motores, LEDs o altavoces, manteniendo constante su voltaje y frecuencia. ¡Una forma muy útil de regular el funcionamiento de nuestros dispositivos eléctricos!

Atributos de una señal de Modulación por Ancho de Pulso

Tómate un momento para reflexionar sobre cómo estos tres parámetros influyen en el movimiento del ventilador y visualiza cómo cambiaría su movimiento al variarlos.

Observa cómo el Ciclo de Trabajo altera el "voltaje equivalente" de salida (para una entrada fija de X Voltios). Si la entrada es de 5V y el ciclo de trabajo es del 50%, el voltaje equivalente será de 2.5V, sin importar si la frecuencia es de 4Hz o de 25Khz (ya sea que yo maneje el interruptor o lo haga Superman 6250 veces más rápido).

Si solamente enciendo y apago el interruptor cuatro veces por segundo (un ciclo de 0.25 segundos), el ventilador se moverá de forma más "a tirones" en comparación a si lo hago 25000 veces por segundo.

Qué señal PWM necesitamos

Ahora que hemos analizado los principales parámetros de una señal PWM, podemos determinar con mayor precisión cómo debe ser la señal deseada para controlar la velocidad del motor en una Raspberry Pi, por ejemplo.

No tiene sentido reducir la señal. Si aplicamos una restricción de 3.3V, limitamos la velocidad máxima a la que el ventilador puede girar y además reduce su desempeño (disminuye el par motor y la eficiencia energética). Para ajustar la velocidad, ya tenemos el ciclo de trabajo. Si nos interesa, podemos establecer un límite máximo (por ejemplo, que nunca supere el 80% de ciclo de trabajo).

El ciclo de trabajo es el responsable de regular la velocidad del ventilador, por lo tanto, buscamos que tenga el mayor rango posible. ¿Debería ser variable entre 0 y 100%? Probablemente no.

La utilidad del PWM explicada

El PWM es una señal ampliamente utilizada en la electrónica. Como bien sabemos, mediante esta técnica, se puede cambiar el ancho de los pulsos en función del ciclo de trabajo. Sin embargo, hay algo más importante que necesitamos conocer: ¿para qué sirve exactamente la modulación de ancho de pulso en la práctica?

Al cambiar el duty cycle de una señal PWM, también cambiamos su tensión media, lo que resulta en una variación en la efectividad del dispositivo que la recibe. Por ejemplo, cuando una señal media de tensión atraviesa ciertos componentes electrónicos, puede modificar su comportamiento significativamente. Este es el caso de dispositivos como LED, motores de corriente continua, ventiladores, altavoces y zumbadores, que pueden funcionar con diferentes intensidades dependiendo de la señal PWM que les llegue.

Un ejemplo claro de uso de PWM es el control del brillo de un LED. Al variar la señal PWM que lo alimenta, se puede ajustar el nivel de luz emitida por el LED, permitiendo crear distintos efectos luminosos y aplicaciones prácticas en dispositivos electrónicos. Además, el uso de PWM es muy eficiente en términos de consumo de energía, lo que lo convierte en una técnica muy útil en la industria electrónica.

Generación de una señal PWM método para su creación

Considerar el uso de un microcontrolador

Si optamos por utilizar un microcontrolador, nos enfrentamos a dos escenarios posibles: que no haya una librería disponible que nos permita generar señales PWM o que sí exista una.

  • En el primer caso, podemos crear la señal PWM utilizando un temporizador integrado en el microcontrolador.
  • Por otro lado, podemos recurrir a una alternativa conocida y confiable: el clásico Arduino.

Arduino nos ofrece la posibilidad de generar señales de modulación de ancho de pulso mediante el método analogWrite().

Por ejemplo, podemos leer una señal analógica, convertirla en una señal de 0 a 255 y enviarla a la salida PWM utilizando el siguiente código:

analogRead(sensor), //lectura de la señal

map(sensor, 0, 1023, 0, 255), //conversión a señal PWM

analogWrite(puerto, señal), //envío de la señal a la salida PWM

Finalmente, una tercera opción es emplear el clásico y eficiente 555 para generar señales PWM.

Con este componente, podemos seguir un esquema similar al siguiente:

555

/ ___________ Carga

RC

___

V GND

Qué es el PWM

El PWM (Modulación por Ancho de Pulso) es una técnica empleada para regular la cantidad de energía que se suministra a un dispositivo eléctrico. Consiste en variar la duración de un pulso de corriente eléctrica, lo que permite ajustar la cantidad de energía enviada al dispositivo. Básicamente, el PWM altera la relación entre el tiempo de señal en alto y el tiempo de señal en bajo.

Esta técnica se aplica principalmente en sistemas de control de motores, reguladores de voltaje, sistemas de iluminación, y en general, en cualquier sistema que necesite regular la cantidad de energía que se envía a un dispositivo.

Aplicaciones del PWM Cuál es su propósito

El PWM es una técnica ampliamente utilizada en múltiples áreas de la electrónica. Por ejemplo, en sistemas de control de motores, el PWM permite regular la velocidad del motor. Al variar la duración de los pulsos de la señal portadora, es posible controlar la cantidad de energía que se transmite al motor, y por consiguiente, su velocidad.

Asimismo, en sistemas de iluminación, el PWM se emplea para controlar la intensidad de la luz. Al modificar la anchura de los pulsos de la señal portadora, se puede regular la cantidad de energía que se envía a la fuente de luz, y por ende, su intensidad.

En términos generales, el PWM se aplica en cualquier sistema que requiera controlar la cantidad de energía que se suministra a un dispositivo eléctrico. Su versatilidad lo convierte en una herramienta esencial en el ámbito de la electrónica.

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