¿Qué calcula esta herramienta?
PWM controla el valor promedio entregado a una carga variando el porcentaje de tiempo que la señal permanece activa. Se usa en motores, iluminación, fuentes conmutadas, servos y control de potencia.
D = Ton / T × 100%
Divide Ton entre el periodo total y multiplica por 100 para obtener el duty cycle. La frecuencia es el inverso del periodo.
Ejemplo resuelto
Con Ton = 2.5 ms y T = 10 ms, el duty cycle es 25 % y la frecuencia es 100 Hz.
Recomendaciones prácticas
- Ton no debe superar el periodo.
- La carga puede requerir filtrado si necesitas una señal analógica equivalente.
- Para motores y convertidores revisa pérdidas de conmutación y frecuencia adecuada.
Cuándo resulta útil
Cálculo de ciclo de trabajo para control de potencia, motores, LEDs, calentadores y convertidores conmutados.
Error común que conviene evitar
Duty cycle y frecuencia son parámetros diferentes; una misma relación Ton/T puede comportarse distinto a otra frecuencia.
Fórmulas completas de PWM
Una señal PWM alterna entre dos niveles (0 y Vcc) con un periodo fijo. Lo que cambia es la fracción del periodo en la que permanece en alto:
- Ciclo de trabajo (duty cycle): D = Ton / T × 100 %
- Frecuencia: f = 1 / T (con T en ms, f = 1000 / T en Hz)
- Tiempo apagado: Toff = T − Ton
- Tensión media: Vmed = D · Vcc (con D como fracción, de 0 a 1)
- Potencia media en una carga resistiva: P = D · Vcc² / R
- Valor de registro en un microcontrolador de n bits: valor = D · (2ⁿ − 1); por ejemplo, analogWrite en Arduino usa 0 a 255
Tabla de valores típicos
| Periodo | Ton | Duty | Frecuencia | Vmed con 12 V | Uso típico |
|---|---|---|---|---|---|
| 20 ms | 1.5 ms | 7.5 % | 50 Hz | 0.9 V | Servo en posición central |
| 10 ms | 2.5 ms | 25 % | 100 Hz | 3 V | Ejemplo de la calculadora |
| 1 ms | 0.5 ms | 50 % | 1 kHz | 6 V | Atenuación de LEDs |
| 0.05 ms | 0.04 ms | 80 % | 20 kHz | 9.6 V | Motor DC sin zumbido audible |
A 20 kHz o más la conmutación queda por encima del rango audible, por eso es habitual en control de motores. Para LEDs basta con unos cientos de Hz para que el ojo no perciba parpadeo.
Ejemplos resueltos
analogWrite en Arduino. analogWrite(pin, 64) produce D = 64 / 255 ≈ 25.1 %. Con 5 V, la tensión media es 0.251 × 5 ≈ 1.25 V. En el Arduino Uno la frecuencia es de unos 490 Hz en la mayoría de los pines PWM y de unos 980 Hz en los pines 5 y 6.
Velocidad de un motor DC. Un motor de 12 V alimentado con PWM al 70 % recibe una tensión media de 0.7 × 12 = 8.4 V. Con un periodo de 50 µs (20 kHz), Ton = 0.7 × 50 = 35 µs. La velocidad no es exactamente proporcional, porque depende de la carga mecánica y de las pérdidas del motor.
Errores comunes
- Ton mayor que el periodo: un duty superior al 100 % no existe; revisa las unidades.
- Conectar un motor directamente al pin: un pin de microcontrolador entrega pocos mA; usa un transistor MOSFET o un driver y un diodo de rueda libre en cargas inductivas.
- Pensar que PWM es una tensión analógica: la carga recibe pulsos de amplitud completa; si necesitas una tensión continua, fíltrala con un filtro RC.
- Elegir una frecuencia inadecuada: muy baja produce parpadeo o vibración; muy alta aumenta las pérdidas de conmutación del transistor.
- Confundir duty con potencia en LEDs: el brillo percibido no es lineal con el duty; a menudo se aplica una corrección gamma.
Preguntas frecuentes
¿Qué frecuencia PWM debo usar?
Depende de la carga: unos cientos de Hz a pocos kHz para LEDs, de 15 a 25 kHz para motores pequeños sin ruido audible, 50 Hz para servos de modelismo y decenas o cientos de kHz en fuentes conmutadas.
¿Cómo calculo el pulso para un servo?
Los servos usan un periodo de unos 20 ms y pulsos de 1 a 2 ms aproximadamente. Usa la calculadora de PWM para servo.
¿Puedo generar PWM sin microcontrolador?
Sí, con un temporizador 555 en modo astable; calcula su frecuencia y su duty con la calculadora 555 astable.
Para entender por qué PWM es tan eficiente y cómo se usa en fuentes, audio y motores, lee la guía de PWM.
Herramienta educativa. Verifica tolerancias, hojas de datos y condiciones reales antes de usar los resultados en diseños de seguridad, potencia o aplicaciones críticas.