PWM   Pulse Width Modulation   펄스 폭 변조

1. 펄스 폭 변조 (PWM) 이란?

  ㅇ 파형의 크기(진폭)와 주기적인 펄스의 폭(Width)을 서로 대응시켜,
     - 이에따라, 펄스의 듀티사이클(D = τ/T)을 변조시키는, 펄스 변조 방식의 일종

     

  ㅇ (신호 표현)
     - 고정된 주파수의 펄스열에서, 싸인파 진폭에 따라, 
       펄스가 "켜져 있는 시간(τ)"을 조절함으로써 신호가 표현됨


2. PWM의 주요 용도

  ㅇ 통신 보다는 스위치 회로, 전동기 제어, 조명 제어, 전력 변환 등에 사용됨
     - 스위치 회로  :  D급 증폭기 (스위칭 증폭기)
     - 모터 제어  :  DC 모터 속도 제어, 서보 모터 위치 제어 등
     - 조명 제어  :  LED 밝기 조절(디밍)에서 널리 사용되며, 전력 소비를 줄이는 데 유용
     - 전력 변환  :  DC 초퍼 (DC-DC 전력변환기), PWM 인버터 (DC-AC 변환) 등


3. [전력변환]  직류 변환 (DC-DC 변환 : 직류 변압)

  ㅇ (동작 원리)
     - PWM 파형의 듀티사이클은, 부하에 걸리는 평균 전압/전류의 크기 를 결정하는 효과적인 척도임
        . 펄스가 ON 되어 있는 시간 비율이 커지면 → 평균 전압 상승
        . 펄스가 ON 되어 있는 시간 비율이 작아지면 → 평균 전압 감소
     - 따라서, 듀티사이클 조절 만으로, 원하는 직류 전압 레벨을 얻을 수 있음
        . 즉, 직류 변환(DC-DC 변환)이 가능함
     - 결국, PWM은, 전압의 "순간값"이 아니라, "시간 평균값"을 제어하는 방식
        . 이 원리를 이용해 DC 전압의 변환 및 제어를 수행할 수 있음

  ㅇ (직류 변환기)  :  DC 초퍼 (DC-DC 전력변환기, DC-DC 컨버터) 
     - PWM 신호를 이용하여, 입력 DC 전압을 강압(Buck) 또는 승압(Boost) 하는 전력 변환 장치
        . 부하에 주는 평균적인 전압,전류의 비(比)를 변화(제어)시킴으로써, 직류 값의 변환 가능
        . 이때, 사각 펄스파의 평균치가 부하 구동에 쓰임
     - 출력 전압 (이상적인 Buck 컨버터 기준)  :  {# V_{out} = D \cdot V_{in} #}
        . 실제 회로에서는, 인덕터,캐패시터 같은 에너지 저장소자를 활용하여,
        . 출력 전압의 리플(Ripple)을 줄이고 평활한 DC를 얻음