PWM – Pulse Width Modulation
Oggi voglio parlarti di un concetto fondamentale nell’elettronica chiamato PWM, che sta per Pulse Width Modulation, ovvero modulazione di larghezza di impulso. Nel post di oggi vedremo insieme cosa è il PWM, come funziona e perché è uno strumento così potente e versatile, soprattutto in controllo motori, illuminazione LED, e regolazione della potenza. Ti spiegherò tutto con esempi tecnici, così potrai capire bene come usarlo nei tuoi progetti.
Cos’è la modulazione di larghezza di impulso (PWM)?
Il PWM è un modo per controllare la quantità di energia fornita a un dispositivo variando la durata di un impulso elettrico in un segnale periodico. In pratica, mantieni fissa la frequenza del segnale, ma cambi il tempo in cui il segnale è attivo (HIGH) rispetto a quando è spento (LOW). Questo rapporto tra tempo attivo e periodo totale si chiama Duty Cycle.
Ad esempio, un segnale PWM con duty cycle del 50% è attivo metà del tempo e spento l’altra metà, mentre uno con duty cycle del 80% è acceso per l’80% del periodo e spento solo per il 20%.
Come funziona il PWM?
Il principio è semplice: modificando il duty cycle, controlli la potenza media fornita al carico senza cambiare la tensione di alimentazione. Questo è molto utile perché permette un controllo preciso ed efficiente dell’energia, riducendo gli sprechi e il calore generato.
Per esempio, immagina di voler regolare la luminosità di un LED. Se il LED è acceso al 100% del tempo, sarà al massimo della luminosità. Se invece lo accendi solo per il 30% del tempo e lo spegni per il 70%, il LED apparirà più fioco, pur essendo alimentato sempre alla stessa tensione. Il nostro occhio percepisce questa alternanza come una luce meno intensa grazie alla persistenza retinica.
Esempio tecnico: PWM per il controllo di un motore DC
- Supponiamo di avere un motore DC che vogliamo far girare a velocità variabile.
- Invece di variare la tensione di alimentazione, applichiamo un segnale PWM con frequenza fissa, per esempio 20 kHz, che è abbastanza alta da non far sentire ronzii fastidiosi.
- Variando il duty cycle, controlliamo la potenza media fornita al motore, e quindi la sua velocità.
- Un duty cycle del 100% significa che il motore riceve tensione continua e gira a velocità massima, mentre un duty cycle del 30% riduce la potenza media e la velocità di rotazione.
Questo metodo è molto più efficiente di un controllo resistivo, perché il transistor che commuta il segnale PWM sta o completamente acceso (bassa dissipazione) o completamente spento (nessuna dissipazione), minimizzando la perdita di energia.
Caratteristiche tecniche importanti del PWM
Perché usare il PWM?
Il PWM è un metodo estremamente efficiente per controllare potenza e segnale, perché evita di dissipare energia sotto forma di calore come avverrebbe con un controllo lineare. Inoltre, è facile da implementare sia con circuiti dedicati che con microcontrollori, che spesso hanno timer hardware dedicati proprio per generare PWM.
Lo troverai in tantissimi ambiti, dai controlli motore (robotica, elettrodomestici), all’illuminazione dimmerabile, fino all’audio e alle telecomunicazioni.
Una cosa che ti voglio dire: il PWM non cambia la tensione di picco, ma la potenza media percepita dal dispositivo, che è un concetto che vale la pena tenere ben presente quando progetti circuiti di potenza.
Domani vedremo insieme il funzionamento dei filtri passa basso e come si usano per convertire un segnale PWM in una tensione analogica continua. È un passo fondamentale per capire come ottenere un segnale pulito e utilizzabile da un controllo PWM. Non mancare!
