PWM (Pulse width modulation)

PWM (Pulse width modulation)

Tipo di modulazione in cui l’informazione è rappresentata dalla durata di ogni impulso ricorrente regolarmente. Tutti i convertitori elettronici di potenza sono costituiti da insiemi d’interruttori elettronici e includono elementi reattivi (condensatori e induttanze) con ­funzioni di filtraggio. Pur essendo gli interruttori elettronici in grado di assumere solo due stati (on, chiuso; off, aperto), ai convertitori è normalmente richiesto di erogare grandezze prive di discontinuità (solitamente tensioni e correnti continue o sinusoidali). Ciò si ottiene controllando opportunamente la durata degli stati di apertura e di chiusura degli interruttori – tramite il processo di modulazione PWM di durata degli intervalli di conduzione e interdizione –, e filtrando le componenti indesiderate delle grandezze d’uscita. Un modulatore PWM è composto semplicemente da un comparatore che confronta un segnale portante triangolare w(t), di ampiezza W_max e frequenza f_m (frequenza di modulazione) con un segnale modulante m(t), che evolve a frequenza molto minore. Il segnale x(t) d’uscita del comparatore è a livello logico alto (1) negli intervalli di tempo (t₁) in cui il m>w e basso (0) negli intervalli (t₀) in cui m〈w. Se il segnale modulante m è costante, il tempo t₁ e il valore medio x− del segnale x(t) nel periodo di modulazione T_m=1/f_m risultano proporzionali a m secondo le relazioni:

m t₁ m__

t₁ = T_m __ x− = __ = __

W_max T_m W_max

Se, come succede in pratica, il segnale modulante m cambia lentamente da un periodo T_m a quello successivo, sia t₁ che x− evolvono anch’essi proporzionalmente a m. Nell’ipotesi che la massima frequenza di variazione del segnale modulante f_m sia assai più piccola della frequenza di commutazione (f_m〈〈f_S) il segnale logico x può scomporsi nella forma

m

x = x− + x~ = __ + x~

W_max

dove x− è la componente a bassa frequenza, proporzionale al segnale modulante, e x~ è la componente ad alta frequenza, che include solo componenti armoniche nell’intorno della frequenza di modulazione f_S e dei suoi multipli. Questa tecnica prende nome di modulazione a sotto oscillazione; la modulazione PWM può essere tuttavia realizzata in diversi modi. Recentemente si sono affermati metodi di modulazione interamente digitali, in cui la determinazione dei tempi di apertura e chiusura degli interruttori si ottiene tramite opportuni algoritmi di calcolo elaborati da controllori a microprocessore.

→ Elettronica di potenza