Introduzione al Modulazione di Larghezza di Impulso (PWM) (2024)
La Modulazione di Larghezza di Impulso (PWM) si presenta come una tecnica ingegnosa per il controllo della corrente, consentendo la regolazione della velocità dei motori, la produzione di calore nei riscaldatori e altro ancora, in modo efficiente dal punto di vista energetico e, di solito, più silenzioso. Le applicazioni esistenti per il PWM comprendono, ma non si limitano a:
Controller di velocità variabile per ventole.
I compressori VRF negli impianti di condizionamento HVAC.
Circuiti di guida per motori ibridi ed elettrici in veicoli.
Dimmer per LED.
Il PWM ha rivoluzionato il mondo riducendo il consumo energetico di elettrodomestici dotati di motori, come condizionatori d'aria a inverter, frigoriferi a inverter, lavatrici a inverter, e molti altri. Ad esempio, alcuni condizionatori d'aria a inverter possono consumare meno della metà dell'energia dei loro equivalenti non inverter.
Perché Utilizzare il PWM?
Gli aspiranti ingegneri elettrici potrebbero chiedersi perché dovrebbero utilizzare la modulazione di larghezza di impulso per controllare i dispositivi, e i proprietari di case possono avere una domanda simile: perché utilizzare condizionatori d'aria a inverter o altri elettrodomestici a velocità variabile?
La risposta ad entrambe le domande è: il PWM regola la velocità dei motori degli elettrodomestici in modo che consumino solo l'energia necessaria, senza bruciare la corrente inutilizzata come calore. A differenza di alternative più vecchie, come i circuiti a transistor che variano la corrente attraverso la variazione della resistenza, il PWM è più efficiente.
Come Funziona il PWM?
Il PWM opera facendo pulsare la corrente continua (DC) e variando la durata di ciascun impulso "on" per controllare la quantità di corrente che fluisce verso un dispositivo, come un LED. Il PWM è digitale, il che significa che ha due stati: acceso e spento (corrispondenti a 1 e 0 nel contesto binario).
Più lungo è l'impulso, più luminoso sarà il LED. A causa dell'intervallo breve tra gli impulsi, il LED non si spegne effettivamente. Questa tecnica, chiamata dimmerizzazione PWM, è utilizzata nei circuiti di controllo dei LED.
Esempio di Circuiti PWM per Motori
Per chi vuole iniziare con il PWM, un ottimo punto di partenza potrebbe essere un circuito PWM con il timer 555, un circuito PWM con Arduino (molto conveniente, grazie alla possibilità di modificare facilmente il comportamento tramite una semplice modifica del codice sorgente), o il circuito PWM MSP30 che ho descritto su Kompulsa.
Efficienza dei Circuiti PWM
I circuiti PWM sono efficienti perché non cercano di limitare parzialmente il flusso di corrente utilizzando resistenze. Invece, accendono e spengono completamente la corrente, variandone solo il tempo di accensione. Questo concetto consente a microcontrollori altamente sofisticati e ad altri computer di controllare correnti molto grandi a un costo ragionevole.
Letture Avanzate
In conclusione, la Modulazione di Larghezza di Impulso rappresenta una tecnologia chiave per il controllo efficiente della corrente, contribuendo significativamente al risparmio energetico e all'efficienza nei dispositivi elettronici moderni. La sua adozione in applicazioni come condizionatori d'aria a inverter e altri elettrodomestici a velocità variabile continua a definire il panorama tecnologico contemporaneo.
La modulazione di larghezza d'impulso è una tecnica di controllo digitale nata per sostituire la regolazione di tensione e di corrente attraverso l'uso di reostati o potenziometri. Un sistema PWM è in grado di modificare il duty cycle di un dispositivo elettrico e di mantenerlo così come definito dall'utente.
In un circuito PWM, il transistor in un istante conduce completamente, riducendo al minimo la caduta ai suoi capi, oppure non conduce affatto, annullando la corrente, e, in entrambi i casi, la potenza dissipata è quasi zero.
“La tecnica PWM (Pulse Width Modulation) è utilizzata in elettronica in diverse applicazioni. Nella scheda Arduino è il modo in cui viene simulata una tensione di uscita analogica sui pin A0-A5.
Un dimmer PWM aiuta a controllare l'emissione di luce. Ciò si ottiene attenuando i fili. Cioè, l'interruttore dimmer ha terminali che sono in contatto con la luce di attenuazione del driver.Pertanto, quando il duty cycle aumenta, il controller LED aumenta l'uscita del driver LED.
Pulse Width Modulation (PWM) 〈pèëls uàit modiulèsŠon〉 [ELT] Locuz. ingl. equivalente all'it. modulazione della larghezza di impulsi, in cui l'informazione è rappresentata dalla variabile durata di ogni impulso di impulsi ricorrenti regolarmente.
La modulazione converte la banda occupata dallo spettro del segnale mo- dulante (banda base) in una banda, in genere posta a frequenze maggiori, detta banda traslata. I segnali modulanti possono rappresentare le informazioni più diverse: audio, video, dati.
La tecnologia PWM rende più facile la regolazione di sistemi elettrici con varie tipologie e dimensioni, a partire dagli alimentatori driver LED fino ai motori, alle valvole e alle pompe idrauliche.
La struttura base del linguaggio di programmazione di Arduino si sviluppa sulla definizione di due funzioni: void setup() e void loop(). Queste due funzioni racchiuderanno le necessarie impostazioni per il funzionamento dei dispositivi collegati con Arduino e i blocchi di istruzioni per svolgere quanto richiesto.
Supponendo che il livello alto duri 10ms e il periodo del segnale ad onda quadra sia di 20ms, potremmo calcolare che il duty cycle sia del 50%, infatti 10ms / 20ms = 0.5 che moltiplicato per 100 da 50(%). Mentre se il tempo del livello alto è di 18ms e il periodo del segnale di 20ms otterremo un duty cycle del 90%.
È facile verificare che il valore efficace di una grandezza sinusoidale è pari al suo valor massimo diviso la radice di 2 e che il suo valor medio in un semiperiodo è pari al valor massimo moltiplicato per 2/π.
Per capire quale trasformatore dimmerabile ti serve, per prima cosa devi controllare la tecnologia luminosa delle tue lampade, lampadine e strisce led, e verificarne se questi corpi illuminanti sono davvero dimmerabili.
Come posso capire se una lampadina LED è dimmerabile? Nella maggior parte dei casi tutti i modelli di lampadine LED hanno una versione dimmerabile e una non. Questa caratteristica viene, di solito, specificata sulla confezione della lampadina o sulla pagina online dedicata a un determinato articolo.
Taglio di fase discendente (Trailing Edge): in cui il dimmer parzializza la parte finale della semionda, per cui la corrente elettrica viene spenta alla fine della forma d'onda d'ingresso AC subito prima del passaggio per lo zero crossing.
È il tipo di modulazione radiofonica più utilizzato. Anche in questo caso, a valle della ricezione un opportuno circuito demodulatore estrarrà il segnale modulante separandolo dalla portante. Viene utilizzata con le onde corte (frequenze molto alte), che possono trasportare meno potenza.
Per modulazione si può intendere l'insieme delle operazioni con le quali una data informazione viene trasformata in un opportuno segnale destinato a essere applicato a un determinato canale di trasmissione.
Il nostro orecchio è estremamente sensibile a piccoli rumori aggiunti ad un suono, e quindi sente molto bene i disturbi di una trasmissione in modulazione di ampiezza. La modulazione di frequenza fornisce quindi un segnale audio molto più pulito.
La modulazione di ampiezza, detta anche AM, consiste nel variare, istante per istante, l'ampiezza di un segnale, detto portante, in funzione del valore di un altro segnale, detto modulante. il segnale portante, il segnale modulato porterà in conto sia l'ampiezza che la frequenza del segnale modulante.
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