PWM : Comprendre la Modulation de Largeur d’Impulsion

PWM : Comprendre la Modulation de Largeur d’Impulsion

Aujourd’hui, on va voir en détail ce qu’est la PWM, ou Modulation de Largeur d’Impulsion, un procédé fondamental en électronique qui permet de contrôler la puissance délivrée à une charge grâce à un signal numérique.

Qu’est-ce que la PWM ?

La PWM est une technique qui consiste à faire varier la durée d’impulsion d’un signal carré périodique tout en gardant une fréquence fixe. En d’autres termes, on module la largeur de l’impulsion (d’où le nom) pour ajuster la puissance moyenne transmise. Ce signal passe alternativement entre deux niveaux (généralement 0 V et une tension maximale), et la proportion de temps passé à l’état haut définit la valeur moyenne perçue par la charge.

Fonctionnement et paramètres clés

• Fréquence (f) : nombre de cycles du signal par seconde, exprimée en Hertz (Hz).
• Cycle de travail (Duty Cycle) : rapport entre la durée d’état haut (ton) et la période totale (T), exprimé en pourcentage.
• Période (T) : durée d’un cycle complet, inverse de la fréquence (T = 1/f).

La puissance moyenne fournie à la charge est proportionnelle au cycle de travail. Par exemple, un signal PWM avec un cycle de travail de 50 % fournit environ la moitié de la puissance maximale possible.

Représentation graphique

Applications pratiques

La PWM est largement utilisée dans de nombreux domaines :

• Contrôle moteur : ajuster la vitesse des moteurs à courant continu sans dissipation excessive.
• Alimentation électrique : réguler la tension moyenne en alimentation à découpage (alimentation à commutation).
• Éclairage LED : contrôler la luminosité sans altérer la couleur ou provoquer un échauffement excessif.
• Audio numérique : modulation pour la synthèse sonore ou la transmission de données.

Avantages et limitations

La PWM présente plusieurs avantages :

• Haute efficacité énergétique : la puissance est contrôlée sans dissipation par résistance.
• Précision dans le contrôle de la puissance moyenne.
• Facilité d’implémentation avec microcontrôleurs et circuits numériques.

En revanche, il faut veiller aux limitations :

• Les fréquences trop basses peuvent entraîner des vibrations ou du bruit audible dans certaines applications.
• Des filtres peuvent être nécessaires pour lisser le signal si une tension continue pure est requise.

Exemple simple de signal PWM

Supposons un signal PWM avec une fréquence de 1 kHz (T = 1 ms) et un cycle de travail de 25 % :

1. Durée d’état haut (ton) = 0,25 × 1 ms = 0,25 ms
2. Durée d’état bas (toff) = 1 ms – 0,25 ms = 0,75 ms
3. La puissance moyenne transmise est environ 25 % de la puissance maximale

Ce signal peut être utilisé pour faire tourner un moteur à un quart de sa vitesse maximale ou pour alimenter une LED avec 25 % de sa luminosité maximale.

Pour aller plus loin, découvrez comment les filtres passe-bas permettent de transformer un signal PWM en tension analogique stable.