PWM 신호

PWM 신호란?

PWM (Pulse Width Modulation) 신호란, 펄스 폭을 변경함으로써 FET 등의 소자에 흐르는 전류의 시간을 변화시켜, 히터나 모터를 제어하는 신호입니다.

펄스란 단시간에 급격하게 변화하는 신호의 총칭으로, 디지털 신호도 포함됩니다. 펄스 폭은 "H" 펄스 폭과 "L" 펄스 폭이 있으며, 두 펄스 폭의 합계를 펄스 주기라고 합니다. PWM 신호의 가장 중요한 파라미터인 듀티비 (Duty Ratio)는 "H" 펄스 폭 ÷ 펄스 주기로 산출할 수 있습니다.

PWM 신호 생성 회로의 회로 구성

PWM 신호 생성 회로의 구성에 대해 설명하겠습니다. PWM 신호 생성 회로는 「타이머」와 마찬가지로 「데이터 레지스터」와 「카운터」 및 「비교기」로 구성됩니다. PWM 신호 생성 회로의 데이터 레지스터에는 주기를 결정하는 「주기 레지스터」와 듀티를 결정하는 「듀티 레지스터」가 있습니다. PWM 신호 생성 회로의 특징으로서, 각각의 주기 레지스터와 듀티 레지스터에 비교기가 있습니다. 각각 주기 레지스터에 접속된 비교기를 「비교기 1」, 듀티 레지스터에 접속된 비교기를 「비교기 2」라고 합니다. 그리고 비교기 1은 「플립플롭」의 set 신호에 접속되고, 비교기 2는 플립플롭의 reset 신호에 접속됩니다.
주기 레지스터에는 PWM 신호 주기의 폭을 설정하고, 듀티 레지스터에는 펄스 폭을 설정합니다. PWM 신호 출력 시에는 카운터 스타트 시 비교기 1의 값에 의해 플립플롭 출력을 1로 set하기 위해 출력 신호를 반전시킵니다. 카운터의 값이 듀티 레지스터의 값과 일치할 때 비교기 2의 값에 의해 플립플롭 출력을 0으로 set하기 위해 출력 신호를 반전시킵니다. 카운터의 값이 주기 레지스터와 일치할 때 카운터를 클리어한 후 다시 시작하여 출력 신호를 다시 반전시킵니다. 이러한 동작을 반복하여 PWM 신호를 출력합니다.

PWM 신호의 특징

히터를 FET 등의 소자를 통해 제어하는 경우, PWM 신호 제어가 최적입니다. FET는 히터에 흐르는 전류를 제어하기 위한 소자로, FET OFF 시에는 흐르는 전류를 정지시켜 히터가 발열하지 않지만, FET ON 시에는 히터에 전류가 흘러 발열합니다.
PWM 신호가 "H" 펄스일 때 FET가 ON되고, "L" 펄스일 때 FET가 OFF된다고 가정하면, FET ON 시에 전류는 히터를 통해 흐릅니다. 히터에 흐르는 전류가 많을수록 히터가 발열하므로, "H" 펄스가 길수록 발열합니다. 따라서, "H" 펄스 폭을 조정하여 히터의 방열량을 억제할 수 있습니다. 즉, 발열량 등의 출력을 듀티비에 따라 세밀하게 제어할 수 있다는 것이 PWM 신호의 최대 이점입니다. 또한, 듀티비와 발열량은 비례한다는 특징도 있습니다.
PWM 신호는 히터뿐만 아니라 모터나 LED, 스피커 등 에너지를 취급하는 어플리케이션에 사용됩니다.