Modulación por ancho de pulsos

¿Qué es la modulación por ancho de pulso (PWM)?

Modulación de ancho de pulso (PWM) es un término que describe un tipo de señal digital y que se utiliza en una gran variedad de aplicaciones, incluyendo circuitos de control sofisticado.

Se utiliza cotidianamente, y un ejemplo concreto de ello, es el control de los colores de un LED RGB, o bien el control de la dirección de un motor servo.

La modulación por ancho de pulso nos permite variar el tiempo de una señal se encuentra con un estado alto o bajo (5V o 0V) y ajustar el ancho de pulso que nosotros proporcionemos en función de ese tiempo.

PWM1

Garra robótica accionada por un motor servo que a su vez es controlado mediante PWM

Lecturas sugeridas

Puedes considerar revisar los siguientes tutoriales:

Ciclo de trabajo

Cuando la señal es alta (5V), la llamaremos “tiempo”. Para describir la cantidad de “tiempo”, se utiliza el concepto de ciclo de trabajo (duty cycle). El ciclo de trabajo se mide en porcentaje y describe específicamente el porcentaje de tiempo que una señal digital se encuentra en un estado alto en un intervalo o período de tiempo. Este período es el inverso de la frecuencia de la forma de onda. Si una señal digital pasa la mitad del tiempo encendido y la otra mitad apagada, diríamos que la señal digital tiene un ciclo de trabajo del 50% y se asemeja a una onda cuadrada ideal.

A continuación se encuentra una imagen que ilustra estos tres escenarios:

PWM2

50%, 75%, 25% y Ejemplos ciclo de trabajo

Si el ciclo de trabajo es de un 100%, sería lo mismo que si ajustáramos la tensión de salida a 5 voltios (alto) constante. Con un ciclo de trabajo en un 0%, sería lo mismo que conectáramos la señal a tierra (GND).

Ejemplos

Puedes controlar el brillo de un LED ajustando el ciclo de trabajo de la señal que se conectara a dicho LED.

PWM3

PWM se utiliza para controlar el brillo de un LED

En un LED RGB (color rojo, verde, azul), puedes controlar la intensidad de luz de los tres colores que desees mediante la modulación por ancho de pulsos.

PWM4

Fundamentos de la mezcla de colores.

Si los tres colores se encuentran controlados por el mismo porcentaje de ciclos de trabajo PWM, el resultado será una luz blanca. Igualmente, si mezclamos los colores azul y verde, obtendremos en el LED un color verde azulado. Como ejemplo más complejo, aumenta el ciclo de trabajo en un 100% para el color rojo, un ciclo de trabajo del 50% para el color verde y un 0% para el color azul, con esta configuración conseguirás un color anaranjado.

PWM5

PWM se puede utilizar para realizar mezclas de colores en LED RGB

La frecuencia de la onda cuadrada no necesita ser muy alta cuando se controlan LEDs para conseguir un efecto de atenuación (Dimmer). Una onda de ciclo de trabajo del 20% a 1 Hz se mostrara encendida y apagada a la percepción de tus ojos, un ciclo de trabajo del 20% a 100 Hz o superior solo se percibirá por nosotros como una luz más tenue en comparación a totalmente encendido. Esencialmente, el periodo no debe ser demasiado grande si lo que deseas lograr es un efecto de oscurecimiento de los LEDs.

También puedes utilizar la modulación por ancho de pulsos para controlar el ángulo de un motor servo conectado a algo mecánico como un brazo robótico. Los motores servo tienen un eje que gira a la posición específica basada en su línea de control. Nuestros motores servo tienen un alcance de unos 180 grados y de 360° continuo. Frecuencia/período son específicos para controlar un motor servo específico. Un motor servo típico espera ser actualizado cada 20 ms con un pulso entre 1 ms y 2 ms, o en otras palabras, entre un ciclo de trabajo 5 y 10% a una frecuencia de 50 Hz. Con un impulso de 1,5 ms, el motor servo estará en la posición de 90 grados natural. Con un pulso de 1 ms, el motor servo estará en la posición de 0 grados, y con un pulso de 2 ms estará en una posición de 180 grados.

PWM6

PWM es utilizado para mantener un servo motor a 90° grados con respecto a su soporte