Pilotaggio con modulazione a larghezza d'impulso

Le funzioni base di un driver con modulazione a larghezza d'impulso ( pulse width modulation = PWM) sono mostrate in fig.3.13: il carico induttivo nel rettangolo tratteggiato rappresenta un avvolgimento. La tensione sulla resistenza sotto il rettangolo tratteggiato, che è determinata dalla corrente sugli avvolgimenti, viene confrontata con una tensione di riferimento attraverso un amplificatore operazionale ad alto guadagno. La tensione di riferimento è la sovrapposizione di un segnale triangolare o sinusoidale ad alta frequenza e di una componente continua. Se la componente continua del segnale di riferimento è quasi simile alla tensione sulla resistenza, la forma d'onda all'uscita dell'operazionale è un'onda quadra.

Figure 3.13: Circuito per il PWM

Visto che il guadagno dell'amplificatore è elevato, la sua tensione di uscita oscilla tra la saturazione ed il cutoff. Il segnale di uscita dell'operazionale viene prima invertito da Tr2 e successivamente va ad alimentare la base del principale transistore di commutazione Tr1; quindi tale segnale serve a pilotare il transistore Tr1 (nel modo acceso o spento). Quando Tr1 è acceso la corrente passa dall'alimentazione al carico; quando è spento la corrente circola nella maglia indicata con la linea punteggiata. Se la frequenza di commutazione varia tra alcuni kHz e 30 kHz, la componente variabile della corrente sul carico ha un periodo molto lungo. Quando la corrente è inferiore a quella richiesta, l'intervallo in cui Tr2 è acceso diventa più grande dell'intervallo in cui è spento, per consentire di avere più corrente dall'alimentazione. Nel caso contrario se la corrente è superiore a quella richiesta l'intervallo in cui Tr2 è spento supera l'intervallo in cui Tr2 è acceso. La tensione media applicata al driver, E ${\scriptscriptstyle{M}}$ è data da:

$$E{\scriptscriptstyle{M}}= E\cdot\frac{t{\scriptscriptstyle{acc}}}{t{\scriptscriptstyle{acc}}+t{\scriptscriptstyle{spe}}}$$

I vantaggi del driver PWM sono che la corrente richiesta è raggiunta automaticamente e la potenza dissipata è bassa. Se si considera il circuito di fig.3.14 dopo aver acceso Tr1, con pilotaggio a singola fase, la corrente che circola negli avvolgimenti di Ph1 è più bassa di quella desiderata, questo fa si che Tr5 sia acceso, permettendo alla tensione di alimentazione di raggiungere direttamente gli avvolgimenti facendo salire velocemente la corrente. Quando la corrente entra in un intorno di ${\frac{v{\scriptscriptstyle{r}}}{R{\scriptscriptstyle{r}}}}$, i transistori vengono utilizzati come interruttori e la corrente decade velocemente grazie al diodo e alla resistenza soppressori posti in parallelo agli avvolgimenti.

Figure 3.14: Driver con il metodo PWM