PWM 센서 이해:기능 및 테스트 가이드

점점 더 많은 산업용 시스템이 기존 아날로그 신호를 깨끗하고 잡음에 강한 펄스 폭 변조로 대체하고 있습니다.

PWM 출력은 일정한 아날로그 레벨을 유지하는 대신 ON 및 OFF로 전환되므로 전력 소비가 적고 열 발생도 적습니다. ON 및 OFF 동작에 대해서는 기사 뒷부분에서 설명하겠습니다.

펄스 폭 변조(PWM) 센서는 이제 어디에나 있습니다. 이 기사에서는 PWM 센서 신호가 프로세스 변수를 어떻게 나타낼 수 있는지 자세히 설명하고 신뢰할 수 있는 디지털 멀티미터로 이를 테스트하는 방법을 보여 드리겠습니다.

PWM 센서는 다양한 응용 분야에 사용됩니다. 예를 들어 위치와 변위, 압력과 힘을 측정하고 속도와 RPM을 모니터링하는 등의 기능을 수행합니다.

아날로그 및 PWM 센서

PWM 센서로 대체되고 있는 두 개의 아날로그 센서를 식별하는 것부터 시작하겠습니다.

전위차계

한때 전위차계는 많은 위치 측정 응용 분야에서 선호되는 선택이었습니다.

조이스틱, 레버, 페달에서도 흔히 볼 수 있었습니다.

왜 PWM 장치로 대체됩니까? 전위차계에는 저항성 물질과 마찰하여 가변 저항을 생성하는 금속 와이퍼가 있습니다. 시간이 지남에 따라 더러워지고 마모됩니다. 청소가 거의 불가능해서 교체하는 경우가 많습니다.

하지만 완전히 사라진 것은 아니며 꽤 오랫동안 존재할 가능성이 높습니다.

샤프트 엔코더

좋습니다. 샤프트 인코더는 어떻습니까? 광학 인코더는 샤프트 위치를 결정하기 위해 수십 년 동안 사용되어 왔습니다. 먼지, 오일, 진동 및 충격에 대한 더 나은 저항성을 제공하는 PWM 절대 인코더가 있습니다. 출력 신호를 생성하기 위해 LED 광원과 코드 디스크에 의존하지 않습니다.

PWM 센서 작동 원리

자, 이제 PWM 센서를 찾을 수 있는 위치와 이유에 대해 논의했으니 계속해서 작동 방식을 설명하겠습니다.

간단히 말해서, PWM에는 일정한 주파수 디지털 파형의 듀티 사이클을 조정하는 작업이 포함됩니다. PWM 센서를 사용하면 듀티 사이클의 변화는 회전, 위치, 압력과 같은 물리적 매개변수의 변화를 반영합니다.

듀티 사이클 및 주파수

그렇다면 듀티 사이클이란 무엇입니까? 우선 빈도에 대해 논의해 보겠습니다.

북미 지역에서는 AC 라인 전압의 60Hz 주파수에 대해 모두 잘 알고 있습니다.

오실로스코프에서 AC 라인 전압은 초당 60사이클로 반복되는 사인파로 표시됩니다.

간단한 수학을 사용하여 주기라고 하는 한 주기를 완료하는 데 걸리는 시간이 16.67밀리초임을 알 수 있습니다. 우리는 그것을 어떻게 얻었습니까? 주기는 빈도의 역수입니다.

P는 한 사이클의 주기입니다.

파형 유형

모든 반복 파형이 정현파이거나 라인 전압처럼 극성이 교차하는 것은 아닙니다. 톱니파형과 사각파형 등이 있습니다.

PWM은 각 반주기의 지속 시간이 달라질 수 있는 반복 파형입니다.

파형의 각 사이클에는 전압이 ON일 때와 OFF일 때의 시간이 있습니다.

듀티 사이클은 기간, 즉 한 사이클의 지속 시간에 대한 ON 시간의 비율입니다. 듀티 사이클은 백분율로 표시됩니다.

PWM 센서 예시

예시를 살펴보겠습니다.

주기가 2초이고 ON 시간이 0.5초인 PWM 센서가 있습니다. 듀티 사이클은 전체 기간에 대한 ON 시간의 비율입니다. 이 예에서는 0.5초를 2초로 나눈 값입니다. 듀티 사이클을 백분율로 표현하므로 25%라는 점을 기억하세요.

Megatron HTP36 시리즈 장치는 PWM 출력을 갖춘 단일 회전 절대 인코더입니다.

244Hz의 주파수에서 작동합니다. 듀티 사이클 범위는 10%~90%이며 이는 0~360도 회전에 해당합니다. 공급 전압이 5V DC인 경우 ON 시간 전압 펄스는 5V DC라고 가정할 수 있습니다.

듀티 사이클이 10%에서 90%까지 다양한 이유는 무엇입니까? 이 범위는 PWM 센서에 일반적이지만 5%~95%도 일반적입니다. 전체 0%~100% 범위는 진단 목적으로 사용되지 않습니다. 10% 미만 또는 90% 이상의 신호는 잠재적인 오류 상태를 나타냅니다.

오실로스코프로 PWM 신호 관찰

이 인코더의 출력에 연결된 Fluke 190 휴대용 배터리 구동 오실로스코프에서 관찰할 파형을 살펴보겠습니다.

0도 회전에서는 10% 듀티 사이클이 관찰됩니다. 파형 주기는 4.0밀리초, ON 시간은 0.4밀리초입니다.

360도 회전에서는 90%의 듀티 사이클이 관찰됩니다. 평소와 같이 파형 주기는 4.0밀리초입니다. ON 시간은 3.6밀리초입니다.

여기서 사양에는 최대 듀티 사이클이 90%, 즉 대략 3.5ms라고 명시되어 있다는 점에 주목할 가치가 있습니다.

왜 차이점이 있나요? 본질적으로 이는 데이터 시트의 표준 관행입니다. 제조업체는 단순화를 위해 값을 반올림합니다.

디지털 멀티미터로 PWM 신호 측정

글쎄, 귀하 또는 귀하의 회사가 값비싼 휴대용 오실로스코프를 구입할 여유가 있다면 좋지만 그렇게 할 수 있는 사람은 많지 않습니다.

실제로 필요한 것은 주파수와 듀티 사이클을 측정할 수 있는 Fluke 87V와 같은 몇 가지 특수 옵션이 포함된 DMM(디지털 멀티미터)뿐입니다.

PWM 센서는 수동적인 전위차계와 달리 능동형 장치입니다. 작동하려면 힘이 필요합니다. 서비스 가능한지 확인하기 위해 수행할 수 있는 저항계 테스트는 없습니다.

이 특정 DMM에는 Hz라고 표시된 버튼이 있습니다. % 백분율 기호로 표시됩니다.

이 버튼을 누르면 주파수를 헤르츠 단위로 측정하고 듀티 사이클을 백분율로 측정할 수 있습니다.

주파수를 측정하려면 리드를 VAC DMM 단자에 연결하고 선택기를 AC 전압으로 설정합니다. 오실로스코프와 마찬가지로 리드를 연결하십시오. Hz 버튼을 한 번 누르면 디스플레이에 주파수가 헤르츠 단위로 표시됩니다.

PWM 주파수는 일정하게 유지된다는 점을 기억하십시오. 따라서 인코더를 회전해도 판독값이 변경되어서는 안 됩니다.

듀티 사이클을 측정하려면 동일한 리드를 연결해 두십시오. Hz 버튼을 다시 누르면 디스플레이에 듀티 사이클이 백분율로 표시됩니다. 인코더를 0도에서 360도까지 회전시키면 듀티 사이클 값이 10%에서 90%로 변경되는 것을 볼 수 있습니다.

DMM 판독값을 통해 센서가 작동하지 않는지, 의심스러운지, 불안정한지 명확하게 알 수 있습니다.

DC 전압을 이용한 PWM 센서 테스트

DMM에 주파수나 듀티 사이클을 측정하는 옵션이 없어도 모든 것이 손실되지는 않습니다. DC 전압을 측정하도록 미터를 설정하면 PWM 센서의 작동에 대한 대략적인 아이디어를 얻을 수 있습니다. 이 모드에서 DMM은 펄스 파형의 평균을 표시합니다.

듀티 사이클이 엔코더 회전에 따라 달라지므로 평균 DC 전압도 변경됩니다. 듀티 사이클이 증가하면 측정된 DC 전압도 그에 따라 증가합니다.

이 방법으로는 듀티 사이클을 결정할 수 없습니다. 그러나 인코더가 회전할 때 DC 전압이 변하지 않으면 PWM 센서에 문제가 있는 것으로 간주해야 합니다.

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요약

듀티 사이클과 주파수를 이해한다면 PWM 센서는 디지털 멀티미터를 사용하여 현장에서 놀라울 정도로 쉽게 테스트할 수 있습니다.

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2026년 3월 18일