¿Cómo diseñar un circuito PWM?

Los circuitos de modulación de ancho de pulso (PWM) se utilizan ampliamente en diversas aplicaciones, desde electrónica de potencia hasta sistemas de control. Como proveedor de PWM, he tenido el privilegio de presenciar los diversos usos de los circuitos PWM y la importancia de un diseño adecuado. En esta publicación de blog, compartiré algunas ideas sobre cómo diseñar un circuito PWM de manera efectiva.

Comprender los conceptos básicos de PWM

Antes de sumergirse en el proceso de diseño, es fundamental comprender qué es PWM. PWM es una técnica utilizada para controlar la potencia entregada a una carga variando el ancho de los pulsos en una señal periódica. La relación entre el ancho del pulso y el período de la señal se llama ciclo de trabajo. Un ciclo de trabajo más alto significa que se entrega más energía a la carga, mientras que un ciclo de trabajo más bajo significa menos energía.

Los componentes básicos de un circuito PWM suelen incluir un generador de impulsos, un comparador y una etapa de salida. El generador de impulsos genera una señal periódica que luego se compara con una señal de control en el comparador. La salida del comparador se utiliza para impulsar la etapa de salida, que controla la potencia entregada a la carga.

Paso 1: definir los requisitos

El primer paso en el diseño de un circuito PWM es definir los requisitos. Esto incluye determinar los requisitos de voltaje, corriente y potencia de salida de la carga, así como la frecuencia deseada y el rango del ciclo de trabajo de la señal PWM. Por ejemplo, si está diseñando un circuito PWM para unControlador de carga solar 10A PWM, es necesario considerar la corriente máxima que puede manejar el controlador, el voltaje del panel solar y de la batería, y el algoritmo de carga deseado.

Otros factores a considerar incluyen el rango de temperatura de funcionamiento, los requisitos de eficiencia y las limitaciones de costos. Estos requisitos guiarán la selección de componentes y el diseño general del circuito.

Paso 2: seleccione los componentes

Una vez definidos los requisitos, el siguiente paso es seleccionar los componentes para el circuito PWM. Los componentes principales incluyen:

• Generador de impulsos: Puede ser un controlador IC PWM dedicado o un microcontrolador con capacidades PWM. Los circuitos integrados de controlador PWM dedicados se utilizan a menudo en aplicaciones de alta potencia, ya que pueden proporcionar un control preciso sobre la señal PWM. Los microcontroladores, por otro lado, son más flexibles y pueden programarse para generar señales PWM con diferentes frecuencias y ciclos de trabajo.
• Comparador: El comparador se utiliza para comparar la señal de control con la señal periódica generada por el generador de impulsos. Puede ser un amplificador operacional simple o un IC comparador dedicado.
• Etapa de salida: La etapa de salida es responsable de impulsar la carga. Puede ser un transistor, un MOSFET o un IGBT, según los requisitos de potencia de la carga.

Al seleccionar los componentes, es importante elegir componentes que puedan manejar los niveles de voltaje, corriente y potencia requeridos. También es importante considerar la velocidad de conmutación, la eficiencia y el costo de los componentes.

Paso 3: diseñar el esquema del circuito

Después de seleccionar los componentes, el siguiente paso es diseñar el esquema del circuito. El esquema debe mostrar las conexiones entre los componentes y el flujo de señales en el circuito. Es importante seguir buenas prácticas de diseño de circuitos, como minimizar la longitud de las pistas, utilizar condensadores de desacoplamiento adecuados y proporcionar una protección adecuada a los componentes.

Aquí hay un ejemplo simple de un esquema de circuito PWM:

+-----------------+ | Generador de impulsos | +-----------------+ | v +-----------------+ | Comparador | +-----------------+ | v +-----------------+ | Etapa de salida | +-----------------+ | v +-----------------+ | Cargar | +-----------------+

En este esquema, el generador de impulsos genera una señal periódica, que se compara con una señal de control en el comparador. La salida del comparador se utiliza para impulsar la etapa de salida, que controla la potencia entregada a la carga.

Paso 4: simular el circuito

Antes de construir el circuito real, es una buena idea simularlo utilizando un software de simulación de circuitos. La simulación de circuitos puede ayudarle a verificar la funcionalidad del circuito, identificar problemas potenciales y optimizar el diseño. Hay muchos programas de simulación de circuitos disponibles, como LTspice, PSpice y Multisim.

Durante la simulación, puedes variar los parámetros de entrada, como la frecuencia y el ciclo de trabajo de la señal PWM, y observar la respuesta de salida del circuito. También puede analizar el consumo de energía, la eficiencia y otras métricas de rendimiento del circuito.

Paso 5: construir y probar el circuito

Una vez que se verifica el diseño del circuito mediante simulación, el siguiente paso es construir el circuito real. Esto implica soldar los componentes en una placa de circuito impreso (PCB) o en una placa de pruebas. Al construir el circuito, es importante seguir buenas prácticas de soldadura, como usar la cantidad adecuada de soldadura, evitar cortocircuitos y garantizar una estabilidad mecánica adecuada.

Después de construir el circuito, debe probarlo para asegurarse de que cumpla con los requisitos de diseño. Esto implica medir el voltaje de salida, la corriente y la potencia del circuito, así como la frecuencia y el ciclo de trabajo de la señal PWM. Puede utilizar un multímetro, un osciloscopio y otros equipos de prueba para realizar las pruebas.

Paso 6: Optimice el diseño

Según los resultados de la prueba, es posible que deba optimizar el diseño del circuito. Esto puede implicar ajustar los valores de los componentes, cambiar el diseño de la PCB o modificar el algoritmo de control. El objetivo es mejorar el rendimiento del circuito, como aumentar la eficiencia, reducir el ruido o mejorar la estabilidad.

Ejemplos de aplicación

Los circuitos PWM tienen una amplia gama de aplicaciones, que incluyen:

• Fuentes de alimentación: Los circuitos PWM se utilizan en fuentes de alimentación conmutadas para controlar el voltaje y la corriente de salida. Al ajustar el ciclo de trabajo de la señal PWM, se puede regular la potencia entregada a la carga.
• Control de motores: Los circuitos PWM se utilizan para controlar la velocidad y el par de motores eléctricos. Al variar el ciclo de trabajo de la señal PWM, se puede ajustar el voltaje promedio aplicado al motor, lo que a su vez controla la velocidad y el par del motor.
• Atenuación LED: Los circuitos PWM se utilizan para controlar el brillo de los LED. Al variar el ciclo de trabajo de la señal PWM, se puede ajustar la corriente promedio que fluye a través del LED, lo que controla el brillo del LED.

Por ejemplo, nuestroControlador de carga solar 20A PWMyControlador de carga solar 30A PWMUtilice la tecnología PWM para cargar eficientemente baterías desde paneles solares. El circuito PWM de estos controladores ajusta la corriente de carga según el estado de la batería y la energía solar disponible.

Conclusión

El diseño de un circuito PWM requiere una buena comprensión de los principios básicos de PWM, así como la capacidad de seleccionar los componentes correctos y diseñar el esquema del circuito. Si sigue los pasos descritos en esta publicación de blog, puede diseñar un circuito PWM que cumpla con sus requisitos específicos.

Si está interesado en comprar circuitos PWM o tiene alguna pregunta sobre el diseño de circuitos PWM, no dude en contactarnos para mayor discusión y posibles oportunidades comerciales.

Referencias

• Horowitz, P. y Hill, W. (1989). El arte de la electrónica. Prensa de la Universidad de Cambridge.
• Mohan, N., Undeland, TM y Robbins, WP (2003). Electrónica de potencia: convertidores, aplicaciones y diseño. John Wiley e hijos.