Que es el PWM y como funciona

La modulación por ancho de pulsos (inglés Pulse width Modulation PWM) de una señal es una técnica en la que se modifica el ciclo de trabajo de una señal periódica, para controlar la cantidad de energía que se envía a una carga. Tiene muchas aplicaciones, aunque una de las más populares es la de controlar el brillo o intensidad de los LED o de un motor DC o circuitos de control.

Ventajas: El principal beneficio de la atenuación PWM a analógica es su funcionamiento de bajo ruido, debido a que la corriente del LED siempre es continua en la salida, es esencialmente libre de ruido. Por tanto, la ventaja es una mayor eficiencia, se necesita menos disipación de calor y una mayor potencia de salida para el mismo tipo de componente regulador.

En el controlador de atenuación PWM a analógico, los niveles de brillo más bajos siempre obligan a las pérdidas de conducción más bajas.

Desventajas:  Relativamente más caro. El parpadeo se percibe en la visión periférica si el controlador se ejecuta a una frecuencia inferior a 100 Hz
Efecto estroboscópico evidente en entornos de movimiento rápido cuando la frecuencia del controlador es baja.
Problemas de interferencia electromagnética (EMI) debido a la subida-caída de la corriente en la atenuación de PWM.
Los problemas de rendimiento surgen cuando el controlador se monta de forma remota desde la fuente de luz.

Si el ciclo de trabajo es del 25% se pasa el 25% de su periodo arriba y el 75% abajo. El periodo es lo que dura la onda sin repetirse. Por eso se va repitiendo con el tiempo porque el periodo se repite durante todo el tiempo. El periodo es la suma de la parte alta y baja una vez, cuando vuelve a subir ya es otro periodo y la onda vuelve a empezar otra vez. Fijarse que el ancho de la onda, su altura, siempre es la misma. De 0 a 5 Voltios. Lo único que varía es el tiempo que está en ON/OFF.

Este tipo de señales son de tipo cuadrada o sinusoidales en las cuales se les cambia el ancho relativo respecto al período de la misma, el resultado de este cambio es llamado ciclo de trabajo y sus unidades están representadas en términos de porcentaje. Matemáticamente se tiene que:

D = ciclo de trabajo
Pi= tiempo en que la señal es positiva
T = Período

Para emular una señal analógica se cambia el ciclo de trabajo (duty cicle en inglés) de tal manera que el valor promedio de la señal sea el voltaje aproximado que se desea obtener, pudiendo entonces enviar voltajes entre 0[V] y el máximo que soporte el dispositivo PWM utilizado.

Idea Básica de un PWM para Led con el 555

En este proyecto, vemos un atenuador-dimmer PWM para LED o para un motor DC que utiliza el IC 555 Timer.

El principio fundamental de este circuito es generar una señal PWM de modulación de ancho de pulso con la ayuda del viejo y confiable 555 Timer IC y variar la potencia que se entrega a los LED y, por lo tanto, lograr el efecto de la atenuación del LED. En este circuito, la técnica PWM se usa para regular los LED.

Se utiliza una fuente de 12 Vcc para alimentar todo el circuito y los LED. El timmer 555 se utiliza para generar una señal PWM con la ayuda de algunos componentes pasivos. La señal PWM generada se aplica a un grupo de LED y según el ciclo de trabajo de la señal PWM, la intensidad de los LED puede variar de 0 al 100%.

Diagrama de pines del 555: El pin 8, es Vcc, se utiliza para proporcionar la tensión de alimentación principal al IC. El voltaje de operación puede variar de 3v a 15V. Los pines 2, 6 y 7 son los pines de disparo, umbral y descarga.

El pin 4 es el de reset (reinicio) y se usa para reiniciar el IC. La salida del IC puede tomarse desde el pin de salida, (pin 3). El pin 5 es de control. El 555 puede funcionar en tres modos diferentes de operación: Astable, Monostable y Bistable. Tiene características como temporizador de micro segundos hasta horas, los ciclos de trabajo son ajustables y la capacidad de trabajo en varios niveles de voltaje. Tiene una amplia gama de aplicaciones como atenuadores de lámparas, control de motores.

En este proyecto, el 555 está configurado para funcionar en modo multivibrador Astable. La resistencia de 1KΩ, el potenciómetro de 100KΩ, el condensador de 0.1μF conectados a los pines 2, 6 y 7 juegan un papel importante.

Sobre la base de los tiempos de carga-descarga del condensador, se genera una señal PWM en el Pin 3 de SALIDA del 555 se conecta al led a través del transistor Mosfet (IRF540 o IRF640) y una resistencia de 330Ω.

 

Corriente de salida del driver que se debe conectar a la salida del controlador PWM

Lo primero que necesitamos saber es la corriente que el driver debe entregar para los leds.

Debido a que generalmente los leds están conectados en serie, la corriente que pasa por cada uno de ellos es la misma. Si los leds que conectamos son iguales entre si, nos sirve saber la potencia de uno de los leds y la tensión de umbral del mismo y con estos datos aplicamos la siguiente formula :

formula_corriente_potencia

En la fórmula, es la corriente que pasará por nuestro led y que corresponde a la corriente de salida de nuestro driver. Pled es la potencia de uno de los leds y Vled es la tensión del mismo. Por ejemplo, la corriente correcta para un led de 3 watt y 3,7V de tensión será de Iled= 3w/3,7V = 0,81A.

Como podemos observar, hasta ahora no se ha hablado de cuantos leds puedo conectar. El motivo es que para calcular la resistencia en una conexión de leds en serie no es necesario saber la cantidad, solamente sirve saber la corriente. ¿Entonces que determina la cantidad de leds que puedo conectar? Simplemente depende de la tensión de alimentación. Esta debería ser de 2,5V por encima de la suma de las tensiones de cada leds. Por ejemplo si conectáramos 3 leds de 3,7V en serie, la tensión de alimentación del circuito debería ser de por lo menos: V = 2,5V + ( 3 * 3,7V) = 13,6V.  Este es el valor mínimo que permite que un driver regule la corriente correctamente.

Nota: solo con un sistema PWM no es suficiente, los leds fallan porque no se controla la corriente que circula por ellos.

Los Led iluminan con una intensidad proporcional a la corriente y no a la tensión. El LED es como el nombre lo indica, un diodo, lo que significa que por debajo de cierta tensión no fluye electricidad, apenas se alcanza la tensión mínima requerida fluye la corriente y el LED se ilumina.
Otro efecto del que hay que ser muy consciente cuando se utilizan LEDs es que si se calientan disminuye su resistencia interna, fluye mas corriente, se calienta mas y así esa avalancha destruye el LED con tal rapidez que es casi imposible reaccionar para frenar ese proceso.

 

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