Controlo PWM? o que significa?

PWM é uma sigla Inglesa, uma abreviatura de Pulse Width Modulation. O significado em português é Modulação de Largura de Impulso, mas PWM é a sigla pela qual é mundialmente conhecido este tipo de modulação.

Fig.1 - Exemplo de sinal PWM

Conforme se pode ver na figura 1, o PWM consiste numa variação da largura do impulso (Ton) numa onda retangular com dois níveis de tensão, de frequência fixa (consequentemente com período T também fixo) e cuja informação modulada reside na relação temporal entre Ton (tempo em que o sinal fica no seu nível máximo) e T (período do sinal). À relação entre Ton e T chama-se duty cycle que traduzido para português significa ciclo de trabalho. Por exemplo, se tivermos um sinal retangular, com período T = 1ms e Ton de 0.5ms, temos um duty cycle de Ton/T ou seja  0,5ms/1ms = 0,5 ou 50% se preferirmos expressar em forma de percentagem. Para extrair a informação modulada, calculamos o valor médio do sinal. O valor médio é calculado da seguinte forma: VHigh*(Ton/T)+Vlow*(Toff/T). Nos casos em que VLow = 0V podemos simplificar a fórmula para VHigh*(Ton/T) ou seja Vhigh * duty cycle. Como exemplo podemos dar um sinal com 5V de Vhigh e 0V de Vlow e um duty cycle de 1% ou seja 0,01. A tensão média resultante seria de 5 x 0.01 = 0.05V. Se o duty cycle fosse de 99% teríamos um Vout de 5 x 0.99 = 4.95V Conseguimos assim variar a tensão média obtida entre quase 0 e quase o valor máximo, usando um sinal retangular em que o dispositivo de controle (transistor) trabalha como interruptor, ou seja, está ao corte ou na saturação, situações em que os transistores dissipam o mínimo de potência pois ou não existe corrente (corte) ou a tensão VCE/VDS é muito baixa (saturação), diminuindo as perdas de energia ao mínimo e logo o tamanho dos dissipadores.

Porquê o PWM? O PWM é muito usado em eletrónica de potência, nomeadamente em fontes de alimentação, pois substitui com grandes vantagens energéticas os controlos lineares que desperdiçavam muita energia sob a forma de calor. Por exemplo: um regulador de tensão linear de 5V (7805) alimentado com 9V e a fornecer 1A, dissipava 4W (9V-5V = 4V x 1A = 4W).  No fim do dia desperdiçava 4W x 24h = 96Wh de energia que era transformada em calor, o que por outro lado obrigava ao uso de dissipadores, que ocupam espaço e encarecem o circuito. Usando o PWM podemos usar transistores mais pequenos, que dissipam (desperdiçam) muito menos potência, pois trabalham na zona de corte e saturação. Para regular a tensão de saída, basta variar o duty cycle, o que normalmente é conseguido com uma pequena malha de feedback, que analisa a tensão na saída e corrige o duty cycle de forma a conseguir o valor de saída desejado. As fontes de TV por exemplo usam muito este tipo de fontes, associadas a transformadores que permitem várias tensões de saída. Como estas fontes operam em frequencias altas, os transformadores e condensadores de filtragem são pequenos e leves, o que também ajuda a reduzir os custos.

Podemos também usar o PWM com vantagem noutros circuitos, como por exemplo para controlar o brilho de uma lâmpada, ou a velocidade de um pequeno motor DC, que varia de acordo com o duty cycle (ver fórmula mais acima). Mais uma vez se destaca o ganho de eficiência em relação aos controlos analógicos, pois com o PWM, os transistores trabalham sempre na zona de corte e saturação, evitando a zona ativa onde se perde muita energia. A frequência escolhida deve naturalmente ser suficientemente elevada para não se notar cintilação. Normalmente estes circuitos operam na faixa das dezenas de KHz.