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PWM – Pulse Width Modulation

PWM (Pulse-width modulation / modulação por largura de pulso) é uma técnica utilizada para permitir o controle da energia fornecida a equipamentos elétricos, como servomotores e dispositivos de iluminação. Também pode ser usada para codificar mensagens para transmissão. Nosso foco nesse artigo é o controle de dispositivos.

Com o PWM é possível controlar a tensão e corrente fornecidas a uma carga ao ligar e desligar (chavear) o fornecimento de energia entre a fonte e a carga em uma taxa muito rápida. Quanto mais tempo a alimentação permanece ligada, em comparação com o tempo desligada, maior a quantidade total de potência fornecida à carga. Assim, se quisermos, por exemplo, fazer um motor girar com, digamos, 75% de sua velocidade máxima, podemos conseguir com o uso do PWM.

Funcionamento

O PWM funciona modulando o ciclo ativo (duty cicle) de uma onda quadrada. O conceito de funcionamento é simples. O controlador (fonte de tensão com PWM) entrega uma série de pulsos, gerados em intervalos de igual duração, que pode ser variada. Quanto mais largo o pulso, maior a quantidade de corrente fornecida à carga.

Duty cycle

O duty cycle (ciclo ativo) diz respeito à proporção de tempo com fornecimento de energia (on) em relação ao período de tempo sem energia (off). Um duty cycle baixo significa pouca potência fornecida, pois a energia está desligada a maior parte do tempo. Expressamos o duty cycle em porcentagem, sendo que o valor 100% significa “totalmente ligado” e 0%, “totalmente desligado”.

A duração do tempo ligado é chamada de “largura do pulso“, e vamos simbolizá-la pela letra t. Já o tempo decorrido entre duas rampas de subida em dois pulsos adjacentes é chamado de período, comumente simbolizada pela letra T (maiúscula).

Calculando o ciclo ativo

Assim, o ciclo ativo é a razão entre a largura do pulso e o período, ou seja, t/T. Por exemplo, se o circuito de controle ajusta a frequência do PWM para 500 Hz, teremos que T = 1/500 segundos =  2 ms (dois milissegundos).

Caso o ciclo ativo seja de 40% (o,4), cada pulso ocupará apenas 40% do período, o que significa que t = 2 ms x 0,4 = 0,8 ms – ou seja, o pulso terá valor de tensão alto durante 0,8 ms dos 2 ms do período completo.

Veja nos gráficos abaixo como se comporta o sinal PWM para vários valores de duty cycles diferentes.

Note que:

• Com um ciclo ativo de 0%, a tensão elétrica também será de zero volts.
• Quando o duty cycle é de 100%, a tensão elétrica atinge seu valor máximo (no caso, 5V)
• Duty cycles intermediários entre 0 e 100% permitem obter valores  intermediários de tensão elétrica (emulados).

Uma das grandes vantagens de se usar PWM é que a perda de potência nos dispositivos chaveados é muito baixa.

Uma das principais aplicações do PWM é no controle de servomotores, além de ser usada eficientemente para regulação de tensão e controle de iluminação (dimmers). Usamos muito essa técnica em nossos projetos com Arduino, que possui saídas capazes de fornecer tensão em PWM.

A frequência do sinal PWM em um Arduino é de cerca de 500 Hz, portanto cada ciclo completo leva cerca de 1 / 500 Hz = 0,002s = 2 ms. Um duty cycle de 50%, por exemplo, significa que o sinal está em nível alto durante 1 ms, e em nível baixo por 1 ms também, nesse caso.

É isso aí! Até a próxima lição!

 

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