proyecto pwm (español)
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Modulación PWMModulación PWMModulación PWMModulación PWM
“Electrónica Analógica”
Profesores:
Felipe Figueroa del Prado
Raúl Santillán Luna
Alumno: Martínez Vargas Jonathan Arturo
Grupo: 2CV9
Fecha de Entrega: 01/ 12/ 11
Índice
Pág.
• Objetivo 3
•
•
• Introducción Teórica 3-6
•
• Circuito 7
•
• Explicación del Circuito 8
•
• Simulaciones 9-10
•
• Imagenes del Proyecto 11-15
•
• Diagrama Ishikawa 16
•
• Hoja de Datos 17-21
•
• Cronograma 22
•
• Conclusiones 23
•
• Bibliografía 23
- Objetivo
A través de este proyecto final para la material de Electrónica Analógica, buscamos aplicar varios
de los conceptos aprendidos en clase así como usar correctamente los dispositivos que se
aprendieron a usar en esta asignatura. Así como tal diseñar el proyecto final busca utilizar cada
uno de los conocimientos previos de circuitos para el funcionamiento del mismo, y generar una
aplicación práctica para nuestro diseño.
En este caso el usar la configuración de los Amplificadores Operacionales como comparadores de
Voltaje para realizar una modulación de Ancho de Pulso, se utilizará para controlar velocidad e
intensidad de algunos elementos electrónicos, como lo pueden ser ventiladores, motores o incluso
lámparas incandescentes.
- Introducción Teórica
La modulación de ancho de pulso (PWM), o la duración de pulso de modulación (PDM), es una
técnica muy utilizada para controlar el poder inercial de los aparatos eléctricos, y hacer prácticas
por los mediante interruptores electrónicos de potencia.
El valor medio de tensión (y corriente) alimenta a la carga se controla variando el interruptor de la
carga dentro y fuera a un ritmo acelerado. Cuanto más tiempo el interruptor está en comparación
con los períodos de descanso, mayor es la potencia suministrada a la carga.
La frecuencia de conmutación PWM tiene que ser mucho más rápido que lo que afecta a la carga,
es decir, el dispositivo que utiliza el poder. Por lo general conmutaciones tienen que hacer varias
veces por minuto en una señal eléctrica, 120 Hz en un regulador de la lámpara, de unos pocos
kilohercios (kHz) a decenas de kHz para una unidad de motor y también a las decenas o cientos de
kHz en los amplificadores de audio y computadora fuentes de alimentación.
El término del ciclo de trabajo describe la proporción de tiempo 'on' en el intervalo regular o
"período" de tiempo, un ciclo de trabajo bajo corresponde a la energía baja, porque el poder está
apagado durante la mayor parte del tiempo. El ciclo de trabajo se expresa en porcentaje, 100% es
la carga completa de trabajo.
La principal ventaja de PWM es que la pérdida de potencia en los dispositivos de conmutación, ya
es muy baja. Cuando un interruptor está apagado no hay prácticamente ninguna corriente, y
cuando está encendido, casi no hay caída de voltaje en el interruptor. Pérdida de potencia, siendo
el producto del voltaje y la corriente, por lo tanto, en ambos casos cercano a cero. PWM también
funciona bien con controles digitales, que, debido a su naturaleza en ‘off’ apagado, puede
configurar fácilmente el ciclo de trabajo necesario.
La modulación PWM también se ha utilizado en algunos sistemas de comunicación que ha sido su
ciclo de trabajo utilizado para transmitir información a través de un canal de comunicación.
La modulación de ancho de pulso utiliza una onda de pulso rectangular cuyo ancho de pulso se
modula dando como resultado la variación de la media de valor de la forma de onda. Si
consideramos un pulso de onda f ( t ) con un bajo valor y m i n , un alto valor y m un x y un ciclo de
trabajo D (ver figura 1), el valor promedio de la onda está dada por:
Como f ( t ) es una onda de pulso, su valor es y m un x por
y y m i n a . La expresión anterior se convierte en:
Esta última expresión puede ser bastante simplificado en muchos casos y m i n =
0 como . De esto, es obvio que el valor promedio de la señal ( ) depende
directamente del ciclo de trabajo D.
La forma más sencilla de generar una señal PWM es el método intersective, que requiere sólo
un diente de sierra o un triángulo de formas de onda (generar fácilmente con un simple oscilador )
y un comparador . Cuando el valor de la señal de referencia (la onda sinusoidal de color rojo en la
figura 2) es más que la forma de onda de modulación (azul), la señal PWM (magenta) se encuentra
en estado de alta, de lo contrario se encuentra en estado bajo.
Un método simple para generar el tren de impulsos PWM que corresponde a una señal dada PWM: la señal (en este caso la onda de color rojo) se compara con una onda de diente de sierra (azul). Cuando este último es menor que el anterior, la señal PWM (magenta) se encuentra en estado alto (1). De lo contrario, es en el estado bajo (0).
Applicaciones
En telecomunicaciones , los anchos de los pulsos corresponden a determinados valores de datos
codificados en un extremo y se decodifica en el otro.
Pulsos de distinta duración (de la propia información) se envían a intervalos regulares
(la frecuencia de la portadora de la modulación).
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Clock | | | | | | | | | | | | | | | |
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PWM Signal | | | | | | | | | |
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Data 0 1 2 4 0 4 1 0
La inclusión de una señal de reloj no es necesario, como la vanguardia de la señal de datos se
puede utilizar como si el reloj de un pequeño desplazamiento se añade al valor de los datos con el
fin de evitar un valor de datos con un pulso de longitud cero.
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PWM Signal | | | | | | | | | | | | | | | |
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Data 0 1 2 4 0 4 1 0
Entrega de Potencia
La modulación PWM se puede utilizar para controlar la cantidad de energía entregada a la carga
sin incurrir en pérdidas que se derivarían de la entrega de potencia lineal por medio de resistencia.
Posibles inconvenientes de esta técnica son las pulsaciones definido por el ciclo de trabajo,
frecuencia de conmutación y las propiedades de la carga. Con una frecuencia lo suficientemente
alta de conmutación y, cuando sea necesario, con otros pasivos filtros electrónicos , el tren de
pulsos se puede alisar y se recuperó de forma de onda analógica promedio.
De alta frecuencia PWM sistemas de control de potencia son fácilmente realizables con los
interruptores de semiconductores. Como se explicó anteriormente, casi no hay energía disipada
por el interruptor de encendido o apagado del estado. Sin embargo, durante las transiciones entre
estados activos e inactivos, de tensión y corriente son diferentes de cero y por lo tanto el poder se
disipa en los interruptores. Cambiando rápidamente el estado entre completamente encendido y
apagado completamente (normalmente menos de 100 nanosegundos), la disipación de energía en
los switches pueden ser muy bajos en comparación con el poder de ser entregada a la carga.
Moderna de semiconductores, tales como interruptores MOSFETs o de puerta aislada transistores
bipolares (IGBT) son muy adecuadas para los controladores de los componentes de alta
eficiencia. Convertidores de frecuencia para controlar motores de CA puede tener eficacia
superior al 98%. Fuentes de alimentación conmutadas tienen una menor eficiencia debido a los
bajos niveles de voltaje de salida (a menudo incluso menos de 2 V para los microprocesadores son
necesarios), pero aún más de 70-80% de eficiencia que puede lograrse.
De velocidad variable, los controladores de ventilador para ordenadores suelen utilizar PWM, ya
que es mucho más eficiente en comparación con un potenciómetro o reóstato . (Ninguno de estos
últimos es práctico para operar electrónicamente, sino que requeriría un motor pequeño.)
Atenuadores de luz para uso doméstico utilizan un tipo específico de control PWM. Uso en el
hogar, reguladores de luz suelen incluir circuitos electrónicos que suprime el flujo de corriente en
partes definidas de cada ciclo de la tensión de red. Ajustar el brillo de la luz emitida por una fuente
de luz es simplemente una cuestión de ajuste en lo que la tensión (o fase) en el AC halfcycle el
regulador empieza a proporcionar corriente eléctrica a la fuente de luz (por ejemplo, mediante el
uso de un interruptor electrónico, como un triac ). En este caso el ciclo de trabajo PWM es la
relación entre el tiempo de conducción a la duración de la mitad del ciclo de CA se define por la
frecuencia de la tensión de red (50 Hz o 60 Hz, dependiendo del país).
Estos tipos más simples de los reguladores puede ser utilizado con eficacia con un material inerte
fuentes de luz (o relativamente lenta reacción), como las lámparas incandescentes, por ejemplo,
para el que la modulación adicional en la energía eléctrica suministrada, que es causada por el
regulador hace que sólo las fluctuaciones insignificantes adicional en el la luz emitida. Algunos
otros tipos de fuentes de luz tales como diodos emisores de luz (LED), sin embargo, encender y
apagar muy rápidamente y perceptiblemente que el parpadeo si se suministra con bajas tensiones
de frecuencia. Perceptibles los efectos de parpadeo de fuentes tan rápida respuesta a la luz puede
reducirse mediante el aumento de la frecuencia del PWM. Si las fluctuaciones de luz son lo
suficientemente rápida, el sistema visual humano ya no puede resolver y que el ojo percibe la
intensidad media hora sin parpadeo.
La regulación de Voltaje
La modulación PWM se utiliza también en eficientes reguladores de voltaje . Por el cambio de
voltaje a la carga con el ciclo de trabajo oportuno, el resultado se aproximará a una tensión en el
nivel deseado. El ruido de conmutación suele ser filtrada con un inductor y un capacitor .
Un método mide la tensión de salida. Cuando es inferior a la tensión deseada, se enciende el
interruptor. Cuando el voltaje de salida es superior a la tensión deseada, se apaga el interruptor.
-Circuit
- Explicación
Para empezar los diodos rectificarán la señal que sale de nuestro transformador que la ha
disminuido a solo 6V por fase, que posteriormente sumaremos en una sola línea rectificada,
para poder operar el positivo de nuestro amplificador operacional.
Posteriormente nuestro voltaje de referencia será el mismo de entrada rectificada, y será
comparada con nuestra otra fase rectificada. Por lo cual prácticamente no habrá pérdida de
voltaje, con lo cual podremos llevarla a nuestro segundo operador operacional, que con esta
señal comparará la otra señal, que será regulada por el potenciómetro, para determinar el nivel
que será el límite entre prendido y apagado de nuestro circuito. Siendo este también un divisor
de voltaje que como tal establece el voltaje de referencia que necesitamos.
Y el Voltaje de salida de nuestro amplificador llegará a la entrada del MOC para activarlo, y
hacer el switcheo con el Triac, para que pueda activar las salidas de nuestro circuito, y así variar
la señal de salida. Pero como el Triac maneja AC debemos hacer un pequeño puente a nuestra
fase para que la salida funcione como debe ser.
-Simulaciones (Véase el Potenciómetro)
-Imágenes del Proyecto
En esta parte podemos observar algunas imágenes referentes a la realización de la placa
impresa, que conllevaba planchar el circuito en una placa fenólica y después tratarlo con Cloruro
Férrico, para retirar el cobre que sobre en nuestra placa.
Para finalmente quedar de la siguiente manera:
Quitando el Tóner, y taladrando los Pad´s quedará nuestra placa lista para montar los
componentes de nuestro circuito, y empezar a soldar.
-DIAGRAMA ISHIKAWA
- HOJAS DE DATOS
-Cronograma
Noviembre 2011 Diciembre 2011 7 9 18 20-30 1 2
Diseño del Circuito
Entrega de Propuesta
Propuesta Aceptada
Realización del
Proyecto (Físico y Escrito)
Subir Archivo
Entrega Proyecto
Final
-Conclusiones
Con este proyecto podemos verificar mediante la salida de señales, lo visto anteriormente en la práctica de laboratorio de Comparadores de Voltaje.
Teniendo un voltaje d referencia en cada una de las terminales de nuestro AO podemos estabilizar y controlar cierto nivel de activación para el siguiente circuito, para que sea un límite de “on” y “off”. Siendo el encendido cuando se rebasa ese nivel, y el apagado cuando nuestro voltaje tiende a llegar por debajo de nuestro limite propuesto.
Podemos observar también como es que la salida de nuestro comparador de voltaje, manejado como señal de PWM también es en salida una señal cuadrada, que varía su amplitud. Dependiendo del valor que tome nuestro potenciómetro, que en este caso junto con el arreglo de resistencias actúa como divisor de voltaje, para establecer los parámetros necesarios para el último AO.
Lo cual nos da una idea de cómo puede ser utilizada esta aplicación para determinar la velocidad de giro de algún motor, la intensidad de alguna lámpara o alguna otra aplicación que sea compatible con la salida de nuestro circuito PWM. Que incluso se puede decir que estas aplicaciones son muy usadas en los proyectos, ya sea sin la modulación, la comparación de voltajes, para activar otro circuito es muy usado en las aplicaciones de circuitos analógicos, o incluso en algunas aplicaciones de electrónica Digital.
-Bibliografia
"Elementos Electrónicos y Teoría de Circuitos" Prentice Hall, Boylestad, R and Nashelsky, L. 9th ed. 2005