한빛출판네트워크

저자: Michael Barr / 주재경 역
원문: http://www.oreillynet.com/pub/a/network/synd/2003/07/02/pwm.html

PWM은 프로세서의 디지털 출력으로 아날로그 회로를 제어하는 강력한 기법이다. PWM은 계측과 통신에서 전력제어와 전력 변환에 이르기까지 광범위한 영역에서 사용되고 있다.

아날로그 회로

시간과 크기 모두에서 제한되지 않은 분해능(resolution)을 가지는 아날로그 신호는 연속적으로 변하는 값을 가진다. 9볼트의 배터리는 출력 전압이 정확히 9V가 아니라 시간에 대해 항상 변하며 임의의  실수 값을 가질 수 있다는 점에서 아날로그 기기의 좋은 예이다. 이와 비슷한 예로 배터리에서 출력되는 전류의 양 또한 일정한 값으로 제한 되지 않는다. 디지털 신호는 항상 미리 결정된 집합(0V, 5V)와 같이 제한된 집합내의 값을 가진다는 면에서 아날로그 신호와 구분된다.

아날로그 전압과 전류는 자동차 라디오의 볼륨과 같이 직접적으로 무언가를 조절하는데 사용된다. 간단한 라디오에서 손잡이(역:볼륨조절기)는 가변 저항과  연결 되어있다. 손잡이를 돌리면 저항은 커지거나 작아진다.  이 순간 저항을 통해 흐르는 전류의 양 또한 많아지거나 적어진다. 이를통해  볼륨은 증가하거나 줄어든다.  아날로그 회로는 라디오와 같이 출력이 선형적으로 입력에  비례한다.

아날로그 제어가 직관적이고 간단하게 보인다고 해서 항상 경제적으로도 매력이 있거나 실용적인 것은 아니다. 하나의 예로 아날로그 회로는  시간에 대해 항상 변한다. 그래서 수정하기가 매우 까다롭다. 이러한 문제를 해결한 정교한 아날로그 회로는 아주 크고 무거우며 비싸다( 간단히 예전의 스테레오기기를 생각해 보라). 아날로그 회로는 매우 뜨거울 수도 있다. 소모전력 은 연결된 기기를 통해 흐르는 전류와 이들 사이의 전압의 곱에 비례한다. 아날로그 회로는 제한되지 않은 분해능으로 인해 또한 잡음에 민감할 수 있다. 심지어 아날로그 신호의 아주 작은 동요도 값을 변화 시킨다.

디지털 제어

디지털화 하여  아날로그 회로를 제어하면 시스템의 가격과 전력소모는 급격히 줄어든다. 이미 많은 마이크로 컨트롤러와 DSP들은 구현을 용이하도록 하는 PWM 컨트롤러를 칩에 내장하고 있다.

간단히 말해 PWM은 아날로그 신호를 디지털화 하여 인코딩하는 방법이다. 고분해능의 카운터를 통해 사각형파의 duty cycle은 특정 아날로그 신호를 인코드 하기위해 변조된다. 직류전원 공급장치는 ON 아니면 OFF 이므로 임의의 주어진 시간에 PWM 신호는 여전히 디지털 신호이다. 일련의 반복되는ON, OFF 펄스를 통해 전압이나 전류가 아날로그 장치에 공급된다. On-time은 DC가 아날로그 장치에 공급되는 동안을 말하며 off-time은 전원 공급 스위치가 꺼진 기간을 일