Técnica PWM en electrónica Todo lo que necesitas saber y cómo funciona

¡Saludos a todos los apasionados de la tecnología! El día de hoy, nos enfocaremos en un método que probablemente hayan oído, pero puede que no comprendan completamente. Nos referimos a la técnica de PWM, o lo que es igual a Modulación por Ancho de Pulso. Y no, no es relacionada al ejercicio físico, ni tampoco al yoga (aunque mantenerse en forma siempre es importante). En este artículo, les explicaremos todo lo que deben saber acerca de esta estrategia, desde su definición hasta su implementación práctica. Así que estén listos para aprender y sumergirse en el fascinante mundo de la electrónica. ¡Empecemos!

Domina el funcionamiento del PWM en la electrónica con estos conocimientos fundamentales

La modulación por ancho de pulso (PWM) es una técnica utilizada en electrónica para regular la energía suministrada a un componente. A través de esta tecnología, se varía el tiempo de duración de un pulso de señal eléctrica, entre un período de encendido y uno de apagado. Este ciclo de trabajo o duty cycle determina la relación entre el tiempo de activación y el tiempo total del pulso, permitiendo un control preciso de la cantidad de energía entregada al componente.

El PWM se emplea en diversas aplicaciones, como el control de la velocidad de motores eléctricos, el ajuste del brillo en luces LED o la carga de baterías, entre otras. Su eficiencia radica en su capacidad para regular la energía con una mayor precisión en comparación con otros métodos.

Proporción de tiempo activo Entendiendo el Ciclo de Trabajo

La modulación de ancho de pulso implica alterar los tiempos de activación y desactivación, conocidos como Ton y Toff. Al modificar el valor de un PWM, en realidad se están modificando estos tiempos.

Uno de los aspectos clave de una señal PWM es su ciclo de trabajo, también conocido como Duty Cycle en inglés, ya que es el que varía en un PWM.

El ciclo de trabajo representa la relación entre el tiempo de activación y el periodo o duración total del PWM.

Generación de una señal PWM Cómo crearla de forma efectiva

Si quieres utilizar un microcontrolador, tienes dos opciones: que no haya una librería disponible para ello o que sí la haya. En caso de que no exista, puedes crear un PWM usando un temporizador del microcontrolador.

Otra alternativa podría ser utilizar el popular Arduino para generar la señal de modulación de ancho de pulso. En Arduino, esto se logra mediante el uso del método analogWrite(). Un ejemplo de esto sería leer una señal de entrada analógica, convertirla a una señal de 0 a 255 y enviarla a la salida PWM.

Por último, una tercera posibilidad sería utilizar el clásico e infalible 555. Con este componente, podemos generar una señal PWM siguiendo un esquema como el siguiente:

Propiedades de una señal de modulación por ancho de pulso

¿Cómo influyen tres parámetros en el movimiento del ventilador?

Tómate unos segundos para reflexionar acerca de cómo cada uno de estos tres parámetros afecta la forma en que se mueve el ventilador. ¿Y si los modificamos? ¿Cómo cambiaría el movimiento?

El Ciclo de Trabajo y el "voltaje equivalente"

Es importante tener en cuenta que el Ciclo de Trabajo tiene un impacto directo en el "voltaje equivalente" de salida (para una entrada de X Voltios). Por ejemplo, si la entrada es de 5V y el ciclo de trabajo es del 50%, el voltaje equivalente será de 2.5V, independientemente de la frecuencia utilizada (ya sea de 4Hz o 25Khz). Es como si fuera un interruptor: si lo manejas tú o lo hace Superman, el resultado final siempre será el mismo.

La frecuencia y el movimiento del ventilador

Si tan solo conectamos y desconectamos el interruptor cuatro veces por segundo (con un ciclo de 0.25 segundos), el ventilador se moverá de forma más brusca que si lo hacemos 25000 veces por segundo. La velocidad y la suavidad del movimiento difieren drásticamente en estas dos situaciones.

Variar estos parámetros

Teniendo en cuenta lo anterior, es evidente que modificar los parámetros puede tener un gran impacto en el movimiento del ventilador. ¿Qué sucederá si cambiamos la frecuencia o el ciclo de trabajo? ¿Se moverá más rápido o más lento? ¿Con más o menos suavidad? Prueba y observa por ti mismo cómo afectan estos cambios.

De la elección de la frecuencia consejos clave

Al tratar con motores DC grandes, es importante tener en cuenta algunos aspectos. En primer lugar, es fundamental que los pulsos sean lo suficientemente rápidos para que el sistema mecánico del motor pueda funcionar correctamente.

Además de lo mencionado, es importante tener en cuenta que las vibraciones o ruidos pueden ser percibidos si utilizamos una frecuencia mayor a 20kHz. En este sentido, si nos mantenemos dentro de la frecuencia audible, podremos evitar molestias al utilizar el motor.

Otro factor a considerar es la corriente media de las bobinas internas. Dado que estas bobinas presentan resistencia finita, se genera una corriente alterna adicional que no es útil para el movimiento del motor, sino que produce pérdidas resistivas.

Por último, es importante mencionar que los interruptores reales requieren un pequeño periodo de tiempo para cambiar de estado. Por ejemplo, si el tiempo de transición de un interruptor es de 1 µs, esto puede generar cambios en las pérdidas del motor.

Explorando el uso de PWM en la vida real herramientas de medición y recapitulación

La técnica de modulación PWM es ampliamente utilizada en diversas aplicaciones, principalmente para ajustar el brillo de LEDs, controlar servomotores y motores, y para generar sonidos y melodías en altavoces o zumbadores al variar la frecuencia.

Es posible visualizar los pulsos u ondas cuadradas generadas por esta técnica al conectar la salida en un osciloscopio, donde se puede modificar el duty cycle y observar su efecto en la pantalla.

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