MODULADOR POR ANCHO DE PULSO (PWM)

MANTENIMIENTO ELECTRONICO E INSTRUMENTAL INDUSTRIAL

28409

CENTRO INDUSTRIAL DE LA EMPRESA Y LOS SERVICIOS

“C.I.E.S”

MODULADOR POR ANCHO DE PULSO (PWM)

APRENDICES:

JESMELY DAVIANA DIAZ ANGARITA

JHAN CARLOS RODRIGUEZ ILLERA

LUIS MIGUEL SANCHEZ CELIS

RUBEN DARIO REYES PAEZ

INSTRUCTOR:

ING. HERNANDO GOMEZ PALENCIA

MANTENIMIENTO ELECTRONICO E INSTRUMENTAL INDUSTRIAL

28409

CENTRO INDUSTRIAL DE LA EMPRESA Y LOS SERVICIOS

“C.I.E.S”

TABLA DE CONTENIDO

DEDICATORIA GLOSARIO OBJETIVOS INTRODUCCION PWM (PARAMETROS Y APLICACIONES) CIRCUITO PWM ELEMENTOS PARA EL CIRCUITO PWM SIMULACION EN WORKBENCH DEL PWM PRACTICA Y EVIDENCIAS CONCLUSIONES BIBLIOGRAFIA

DEDICATORIA

ESTIMADO INSTRUCTOR Y COMPAÑEROS APRENDICES:

Este informe es elaborado con el objetivo de probar y mostrar nuestro interés y aprendizaje como evidencia de nuestra enseñanza.

Los invitamos a ver nuestra dedicación e interés por aprender y llevar a la práctica lo aprendido en montaje de circuitos PWM (modulación por ancho de pulso), por ultimo esperamos valoren y aprecien nuestro trabajo.

GRACIAS

GLOSARIO

MODULADOR POR ANCHO DE PULSO: dispositivo que puede usarse como un eficiente dimmer de luz o para controlar la velocidad en motores DC.

AMPLIFICADORES OPERACIONALES: Un amplificador operacional (comúnmente abreviado A.O. u op-amp), es un circuito electrónico (normalmente se presenta como circuito integrado) que tiene dos entradas y una salida. La salida es la diferencia de las dos entradas multiplicada por un factor (G) (ganancia):Vout = G·(V+ − V−)

MOSFET: Un transistor MOSFET consiste en un sustrato de material semiconductor dopado en el que, mediante técnicas de difusión de dopantes, se crean dos islas de tipo opuesto separadas por un área sobre la cual se hace crecer una capa de dieléctrico culminada por una capa de conductor. Los transistores MOSFET se dividen en dos tipos fundamentales dependiendo de cómo se haya realizado el dopaje:

Tipo nMOS: Sustrato de tipo p y difusiones de tipo n.

Tipo pMOS: Sustrato de tipo n y difusiones de tipo p.

Las áreas de difusión se denominan fuente(source) y drenador(drain), y el conductor entre ellos es la puerta(gate)

COMPARADOR: es un circuito electrónico, ya sea analógico o digital, capaz de comparar una señal de entrada con un determinado valor, variando su salida según el resultado.

FUENTE CONMUTADA: Una fuente conmutada es un dispositivo electrónico que transforma energía eléctrica mediante transistores en conmutación (transistor, pwm, comparador).

CHOPPERS: El término chopper se usa para referirse a los numerosos tipos de dispositivos y circuitos electrónicos de conmutación.

Esencialmente, un chopper es un interruptor electrónico que se usa para interrumpir una señal bajo el control de otra. La mayoría de los usos modernos también usa nomenclatura alternativa que ayuda clarificar qué tipo particular de circuito está discutiéndose. Éstos incluyen:

OBJETIVOS

Analizar y conocer un pwm.

Analizar por medio de la simulación en un software el circuito de un pwm.

Analizar por medio del montaje real en una protoboard el circuito del pwm

Comparar la simulación en el software del pwm con el montaje en la protoboard

Conocer las aplicaciones del pwm

INTRODUCCION

MODULACION POR ANCHO DE PULSO

La modulación por ancho de pulsos (MAP o PWM, siglas del inglés Pulse-Width Modulation) de una señal o fuente de energía es una técnica en la que se modifica el ciclo de trabajo de una señal periódica (una sinusoidal o una cuadrada, por ejemplo), ya sea para transmitir información a través de un canal de comunicaciones o para controlar la cantidad de energía que se envía a una carga.

El ciclo de trabajo de una señal periódica es el ancho relativo de su parte positiva en relación con el período. Expresado matemáticamente:

D es el ciclo de trabajo τ es el tiempo en que la función es positiva (ancho del pulso) T es el período de la función

La construcción típica de un circuito PWM se lleva a cabo mediante un comparador con dos entradas y una salida. Una de las entradas se conecta a un oscilador de onda dientes de sierra, mientras que la otra queda disponible para la señal moduladora. En la salida la frecuencia es generalmente igual a la de la señal dientes de sierra, y el ciclo de trabajo está en función de la portadora.

La principal desventaja que presentan los circuitos PWM es la posibilidad de que haya interferencias generadas por radiofrecuencia. Éstas pueden minimizarse ubicando el controlador cerca de la carga y realizando un filtrado de la fuente de alimentación.

Fig. 1: una señal de onda cuadrada de amplitud acotada (ymin, ymax) mostrando el ciclo de trabajo D.

PARÁMETROS IMPORTANTES (PWM)

Algunos parámetros importantes de un PWM son:

La relación de amplitudes entre la señal portadora y la moduladora, siendo recomendable que la última no supere el valor pico de la portadora y esté centrada en el valor medio de ésta.

La relación de frecuencias, donde en general se recomienda que la relación entre la frecuencia de la portadora y la de señal sea de 10 a 1.

Sin embargo cuando se utilizan servomotores hay que tener cuidado en las marcas comerciales ya que hay ocasiones en que los valores varian entre 1ms y 2ms y estos valores propician errores.

APLICACIONES DEL PWM

En la actualidad existen muchos circuitos integrados en los que se implementa la modulación PWM, además de otros muy particulares para lograr circuitos funcionales que puedan controlar fuentes conmutadas, controles de motores, controles de elementos termoeléctricos, choppers para sensores en ambientes ruidosos y algunas otras aplicaciones. Se distinguen por fabricar este tipo de integrados compañías como Texas Instruments, National Semiconductor, Maxim, y algunas otras más.

Diagrama de ejemplo de la utilización de la Modulación de Ancho de Pulso (PWM) en un variador de frecuencia.

APLICACIÓN EN LOS MOTORES

La modulación por ancho de pulsos es una técnica utilizada para regular la velocidad de giro de los motores eléctricos de inducción o asíncronos. Mantiene el par motor constante y no supone un desaprovechamiento de la energía eléctrica. Se utiliza tanto en corriente continua como en alterna, como su nombre lo indica, al controlar: un momento alto (encendido o alimentado) y un momento bajo (apagado o desconectado), controlado normalmente por relevadores (baja frecuencia) o MOSFET o tiristores (alta frecuencia).

Otros sistemas para regular la velocidad modifican la tensión eléctrica, con lo que disminuye el par motor; o interponen una resistencia eléctrica, con lo que se pierde energía en forma de calor en esta resistencia.

Otra forma de regular el giro del motor es variando el tiempo entre pulsos de duración constante, lo que se llama modulación por frecuencia de pulsos.

En los motores de corriente alterna también se puede utilizar la variación de frecuencia.

La modulación por ancho de pulsos también se usa para controlar servomotores, los cuales modifican su posición de acuerdo al ancho del pulso enviado cada un cierto período que depende de cada servo motor. Esta información puede ser enviada utilizando un microprocesador como el Z80, o un microcontrolador (por ejemplo, un PIC 16F877A de la empresa Microchip).

APLICACIÓN COMO PARTE DE UN CONVERSOR ADC

Otra aplicación es enviar información de manera analógica. Es útil para comunicarse de forma analógica con sistemas digitales.

Para un sistema digital, es relativamente fácil medir cuanto dura una onda cuadrada. Sin embargo, si no se tiene un conversor analógico digital no se puede obtener información de un valor analógico, ya que sólo se puede detectar si hay una determinada tensión, 0 o 5 voltios por ejemplo (valores digitales de 0 y 1), con una cierta tolerancia, pero no puede medirse un valor analógico. Sin embargo, el PWM en conjunción con un oscilador digital, un contador y una puerta AND como puerta de paso, podrían fácilmente implementar un ADC.

CIRCUITO MODULADOR POR ANCHO DE PULSO PWM

Circuito del modulador por ancho de pulso PWM.

ELEMENTOS PARA EL CIRCUITO

1 RESISTENCIA DE 220 Ohm 2 RESISTENCIAS DE 3.9 K 1 RESISTENCIA DE 10 K 1 RESISTENCIA DE 47 K 4 RESISTENCIAS DE 100 K 1 CONDENSADOR DE 0.01 MicroF 1 POTENCIOMETRO DE 10 K 1 LED 1 MOSFET IR840 4 LM 741 PINZAS CORTAFRIO CABLE UTP PROTOBOARD MULTIMETRO OSCILOSCOPIO FUENTE

SIMULACION DEL CIRCUITO EN WORKBENCH

FIG.1 CIRCUITO MODULADOR POR ANCHO DE PULSO (PWM)SIMULACION.

* A CONTINUACION VEREMOS CADA UNA DE LAS SALIDAS (SEÑALES) DE LOS 4 AMPLIFICADORES QUE CONFORMAN EL PWM:

PRIMER AMPLIFICADOR. (SEÑAL DC)

SEGUNDO AMPLIFICADOR (SEÑAL CUADRADA)

TERCER AMPLIFICADOR. (SEÑAL TRIANGULAR)

CUARTO AMPLIFICADOR. (SEÑAL CUADRADA, MODULACION)

ANALISIS PARTE DE LA MODULACION, 4° AMPLIFICADOR. (CALIBRACION POTENCIOMETRO 10 K)

FIG.BACK.*POTENCIOMETRO DE 10K AL O%.

FIG.BACK.*POTENCIOMETRO DE 10 K AL 25%.

FIG.BACK.*POTENCIOMETRO DE 10 K AL 50%.

FIG.BACK.*POTENCIOMETRO DE 10 K AL 75%.

FIG.BACK.*POTENCIOMETRO DE 10 K AL 100%.

PRACTICA Y EVIDENCIAS

MONTAJE CIRCUITO PWM:

*PRIMER AMPLIFICADOR (SEÑAL DC)

SEÑAL PRIMER AMPLIFICADOR (DC)

SEGUNDO AMPLIFICADOR (SEÑAL CUADRADA)

SEÑAL SEGUNDO AMPLIFICADOR (CUADRADA)

TERCER AMPLIFICADOR (SEÑAL TRIANGULAR)

SEÑAL TERCER AMPLIFICADOR (TRIANGULAR)

CUARTO AMPLIFICADOR (MODULACION SEÑAL CUADRADA)

VARIACIONES EN LA MODULACION DE LA SEÑAL CON EL POTENCIOMETRO DE 10K

CONCLUSIONES

Un pwm permite controlar el periodo de una señal.

Observamos que la simulación en el software es semejante a la practica.

El pwm es muy útil en motores para regular la velocidad de giro y también se usa como parte de un conversor ADC en fuentes conmutadas y choppers.

BIBLIOGRAFIA

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