Qu'est-ce que PWM: modulation de largeur d'impulsion

Onduleurs, convertisseurs, circuits SMPS et contrôleurs de vitesse… Une chose qui est commune à tous ces circuits est qu'il se compose de nombreux commutateurs électroniques à l'intérieur. Ces commutateurs ne sont rien d'autre que des dispositifs électroniques de puissance tels que MOSFET, IGBT, TRIAC, etc. Afin de contrôler de tels commutateurs électroniques de puissance, nous utilisons couramment ce que l'on appelle des signaux PWM (Pulse Width Modulation). En dehors de cela, les signaux PWM sont également utilisés pour entraîner des servomoteurs et également pour d'autres tâches simples comme le contrôle de la luminosité d'une LED.

Dans notre article précédent, nous avons appris l'ADC, tandis que l'ADC est utilisé pour lire les signaux analogiques par un appareil numérique comme un microcontrôleur. Un PWM peut être considéré comme exactement l'opposé de celui-ci, PWM est utilisé pour produire des signaux analogiques à partir d'un appareil numérique comme un microcontrôleur. Dans cet article, nous allons découvrir ce que sont les signaux PWM, PWM et certains paramètres qui leur sont associés, afin que nous puissions les utiliser avec confiance dans nos conceptions.

Qu'est-ce que PWM (Pulse Width Modulation)?

PWM signifie Pulse Width Modulation; nous entrerons dans la raison d'un tel nom plus tard. Mais, pour l'instant, comprenez PWM comme un type de signal qui peut être produit à partir d'un IC numérique tel qu'un microcontrôleur ou une minuterie 555. Le signal ainsi produit aura un train d'impulsions et ces impulsions auront la forme d'une onde carrée. Autrement dit, à tout moment donné, la vague sera soit haute, soit basse. Pour faciliter la compréhension, considérons un signal PWM 5V, dans ce cas le signal PWM sera soit 5V (haut) ou au niveau du sol 0V (bas). La durée à laquelle les signaux restent élevés est appelée « temps de marche » et la durée à laquelle le signal reste faible est appelée « temps d'arrêt ».

Pour un signal PWM, nous devons examiner deux paramètres importants qui lui sont associés, l'un est le cycle de service PWM et l'autre est la fréquence PWM.

Cycle de service du PWM

Comme indiqué précédemment, un signal PWM reste allumé pendant un certain temps, puis reste éteint pendant le reste de la période. Ce qui rend ce signal PWM spécial et plus utile, c'est que nous pouvons définir la durée pendant laquelle il doit rester allumé en contrôlant le cycle de service du signal PWM.

Le pourcentage de temps pendant lequel le signal PWM reste HAUT (temps d'activation) est appelé comme facteur de marche. Si le signal est toujours activé, il est en cycle de service de 100% et s'il est toujours désactivé, il est en cycle de service de 0%. Les formules pour calculer le cycle de service sont présentées ci-dessous.

Cycle de service = temps d'activation / (temps d'activation + temps d'arrêt)

L'image suivante représente un signal PWM avec un cycle de service de 50%. Comme vous pouvez le voir, en considérant une période de temps entière (heure de marche + heure d'arrêt), le signal PWM ne reste activé que pendant 50% de la période.

Fréquence = 1 / Période de temps Période de temps = Heure de marche + heure d'arrêt

Normalement, les signaux PWM générés par le microcontrôleur seront d'environ 500 Hz, de telles fréquences élevées seront utilisées dans les dispositifs de commutation à grande vitesse tels que les onduleurs ou les convertisseurs. Mais toutes les applications ne nécessitent pas une fréquence élevée. Par exemple, pour contrôler un servomoteur, nous devons produire des signaux PWM avec une fréquence de 50 Hz, de sorte que la fréquence d'un signal PWM est également contrôlable par programme pour tous les microcontrôleurs.

Quelques questions fréquemment posées sur PWM

Quelle est la différence entre le cycle de service et la fréquence d'un signal PWM?

Le cycle de service et la fréquence des signaux PWM sont souvent confondus. Comme nous le savons, un signal PWM est une onde carrée avec une heure de marche et une heure d'arrêt particulières. La somme de cette heure de marche et de cette heure d' arrêt est appelée comme une période de temps. L'inverse d'une période de temps est appelé fréquence. Alors que la durée pendant laquelle le signal PWM doit rester activé pendant une période de temps est déterminée par le cycle de service du PWM.

Pour faire simple, la vitesse à laquelle le signal PWM doit s'allumer et s'éteindre est déterminée par la fréquence du signal PWM et à cette vitesse, la durée pendant laquelle le signal PWM doit rester activé est déterminée par le cycle de service du signal PWM.

Comment convertir des signaux PWM en tension analogique?

Pour des applications simples comme le contrôle de la vitesse d'un moteur à courant continu ou le réglage de la luminosité d'une LED, nous devons convertir les signaux PWM en tension analogique. Cela peut être facilement fait en utilisant un filtre RC et est couramment utilisé lorsqu'une fonction DAC est requise. Le circuit pour le même est montré ci-dessous

Dans le graphique ci-dessus, celui de couleur jaune est le signal PWM et celui de couleur bleue est la tension analogique de sortie. La valeur de la résistance R1 et du condensateur C1 peut être calculée sur la base de la fréquence du signal PWM mais normalement une résistance 5,7K ou 10K et un condensateur 0,1u ou 1u sont utilisés.

Comment calculer la tension de sortie du signal PWM?

La tension de sortie d'un signal PWM après sa conversion en analogique sera le pourcentage du cycle de service. Par exemple, si la tension de fonctionnement est de 5 V, le signal PWM aura également 5 V lorsqu'il est élevé. Dans ce cas, pour un cycle de service de 100%, la tension de sortie sera de 5 V pour un cycle de service de 50%, elle sera de 2,5 V.

Tension de sortie = cycle de service (%) * 5

Exemples:

Nous avons précédemment utilisé PWM avec divers microcontrôleurs dans plusieurs de nos projets:

• Modulation de largeur d'impulsion avec ATmega32
• PWM avec Arduino Uno
• Génération de PWM à l'aide du microcontrôleur PIC
• Tutoriel PWM Raspberry Pi
• Commande de servomoteur avec Raspberry Pi
• Modulation de largeur d'impulsion (PWM) à l'aide du MSP430G2
• Modulation de largeur d'impulsion (PWM) dans STM32F103C8
• Commande de servomoteur avec Raspberry Pi
• Contrôle de moteur à courant continu avec Raspberry Pi
• Gradateur LED 1 watt
• Gradateur LED basé sur Arduino utilisant PWM

Vérifiez plus en détail tous les projets liés au PWM ici.