Explications du Signal PWM ou MLI (modulation en largeur d'impulsion)
Définition du signal PWM ou MLI
Il s'agit d'une technique de création de signaux qui permet de contrôler de l'analogique avec des sorties numériques d'un microcontrôleur. La commande en PWM consiste en une succession rapide d’impulsion électrique. Le PWM est un signal tout ou rien, c'est-à-dire alternant sans transition entre une valeur minimale fixe A (Vanne PCV ouverte) et une valeur maximale fixe B (Vanne PCV fermé). En fonction de la durée des signaux A en proportion des signaux B on peut obtenir la valeur moyenne en pourcentage (dans ce cas combien de temps la vanne PCV est resté ouverte sur une échelle de temps T)
Exemple :
Ce signal rectangulaire, présente un rapport cyclique de 10%, ce qui signifie que le niveau électrique reste à l'état haut (vanne PCV fermé) pendant 10% du temps total d'un cycle. Sa valeur moyenne est faible, par rapport à l'amplitude maximale qu'il possède quand il est à l'état haut.
Intérêt du PWM
Le PWM permet d'obtenir un équivalent d'une variation de tension continue à l'aide d'un contrôle en tout ou rien. Le PWM (signal tout ou rien) permet aux composants de puissance de beaucoup moins chauffer qu'en analogique (signal continue). D'autre part, les signaux numériques sont moins sensibles au parasitage que les signaux analogiques ils sont donc plus plus fiable.
Le principal intérêt de la technique PWM est de limiter la chauffe des composants électroniques. En effet, en commande analogique, pour obtenir une variation de puissance il faut dissiper le complément de la puissance maximale consommée. Par exemple : une lampe de 20 Watts allumée au maximum consomme 20 Watt. Si par une commande de gradation elle est allumée au quart de sa puissance, elle consomme 10 Watt. Le composant analogique devrait alors dissiper 10 W, ce qui implique un énorme radiateur si l’on utilise un système analogique. En PWM, la puissance fournie est soit maximale, soit nulle. Lorsqu'elle est maximale, pendant la moitié du temps dans cet exemple, il n'y a pas besoin de dissiper de puissance résiduelle. Lorsqu'elle est nulle, il n'y a pas besoin de dissiper non plus de puissance, car aucune puissance n’est fournie.
Le même signal rectangulaire présente ici un rapport cyclique de 50%, ce qui signifie que la durée pendant laquelle le signal reste à l'état haut (lumière alimentée), est identique à la durée pendant laquelle il reste à l'état bas (lumière non alimenté). Sa valeur moyenne est égale à la moitié de l'amplitude maximale.
Fréquence de PWM
La commande par PWM est très liée à la notion de fréquence. Pour que l'impression d'une valeur moyenne constante d'allumage apparaisse, il faut que l'alternance d'allumage/extinction soit suffisamment rapide pour qu'elle ne se remarque pas.
Si par exemple le cycle complet de PWM durait une seconde (cette durée est nommée période), ce qui donne une fréquence de 1 Hertz (1 cycle par seconde), les durées d'allumage et d'extinction de l'actionneur seraient réparties proportionnellement sur cette seconde. Imaginons une lampe halogène allumée à 40% de sa puissance. Elle doit être alimentée 40% du temps et éteinte durant 60 % du temps. Avec une fréquence de 1 Hz, elle serait allumée pendant 0,4 seconde puis éteinte pendant 0,6 seconde. L'effet de clignotement résultant est parfaitement perceptible... La fréquence du PWM doit donc être beaucoup plus grande que 1 Hz, ou autrement dit la période doit être bien plus courte qu'une seconde.
Selon les utilisations la fréquence de PWM va de 100 Hz (100 cycles par seconde) à 200 kHz. Nos cartes de commande permettent actuellement d'avoir deux fréquences de PWM : 100 Hz et 400 Hz.
