Battilana Lino bttelectronic.altervista.org
REGOLAZIONE DELLA POTENZA DC IN PWM
La tecnica PWM permette di regolare la tensione (e quindi la corrente e di conseguenza la
potenza) di un carico in continua: pensiamo a tutti i mezzi di trasporto elettrici che utilizzano delle
batterie come alimentazione e un motore in continua per il movimento…, ma anche dispositivi
alimentati dalla rete elettrica sia in ambito domestico che industriale (illuminazione a LED,
lavatrice, alimentatore per dispositivi elettronici, robot, regolatore di carica batterie da pannelli
fotovoltaici, fresa/tornio a controllo numerico…). Nel caso di un motore in continua, se variamo la
sua V di alimentazione, varieremo la sua velocità di rotazione.
La modulazione della larghezza di impulso (o PWM, acronimo del corrispettivo inglese pulsewidth modulation), è una modulazione digitale che permette di ottenere una tensione media
variabile dipendente dal rapporto tra la durata dell' impulso alto V+ (ton) e di quello basso 0V
(toff).
Con questa tecnica è possibile regolare la V media equivalente ad un utilizzatore (in continua) e
quindi regolarne la Potenza applicata. Per applicare al carico degli impulsi positivi di durata più o
meno lunga, si utilizza un Transitor T1 che lavora in commutazione e cioè come interruttore chiuso
(V+ al carico) o aperto (0V al carico) con frequenza di commutazione di migliaia o decine di migliaia
di Hertz. Il blocco PWM può essere realizzato con l’integrato LM555.
Le tre forme d’onda rettangolari seguenti mostrano rispettivamente degli impulsi positivi (V+)
molto brevi (V media equivalente bassa: se il carico è un motore DC girerà alla minima velocità),
impulsi positivi di durata media (V media a circa metà Vcc) e infine impulsi positivi di durata lunga
(V media quasi uguale a Vcc e quindi l’utilizzatore è praticamente alimentato alla massima V: se il
carico è un motore DC girerà alla massima velocità).
Possiamo notare che per le tre forme d’onda il periodo T è sempre lo stesso e quindi anche la
frequenza delle tre forme d’onda in PWM è fissa.
Battilana Lino bttelectronic.altervista.org
In elettronica, in presenza di un segnale di forma onda rettangolare, il duty cycle (ciclo di lavoro) è
il rapporto tra la durata del segnale "alto" (t on) e il periodo totale (T) del segnale, e serve a
esprimere per quanta porzione di periodo il segnale è a livello alto (attivo); generalmente è
espresso in percentuale:
duty cycle % = (ton / T) *100
Come si può intuire, con un duty cycle pari a zero la V media e quindi la potenza trasferita è nulla,
mentre al 100% la tensione media e la potenza corrisponde al valore massimo trasferito, in quanto
l’interruttore elettronico è sempre chiuso come nel caso non sia presente il circuito di controllo.
Ogni valore intermedio determina una corrispondente fornitura di potenza.
In riferimento alle forme d’onda sopra si ha:
1° forma d’onda
duty cycle = (ton / T ) *100 = (0,25 ms / 1ms) *100 = 25%
2° forma d’onda
duty cycle = (ton / T ) *100 = (0,6 ms / 1ms) *100 = 60%
3° forma d’onda
duty cycle = (ton / T ) *100 = (0,9 ms / 1ms) *100 = 90%
Il vantaggio di questa tecnica è di ridurre drasticamente la potenza dissipata (e quindi persa) dal
circuito regolatore rispetto all'impiego di transistor controllati analogicamente (cioè funzionanti
come resistenze variabili tra Collettore ed Emettitore) o di resistenze variabili di potenza.
Infatti in un transistor la potenza dissipata è determinata dalla corrente Ic (I di collettore) che lo
attraversa per la V presente ai suoi capi Vce (V tra collettore ed emettitore): Pd = Vce * Ic.
In un circuito PWM il transistor in un preciso istante conduce completamente (saturo), riducendo
al minimo la caduta ai suoi capi, oppure non conduce (interdetto) annullando la corrente Ic; in
entrambi i casi la potenza dissipata è molto bassa (o addirittura nulla quando il transistor è
interdetto).
