PWM (Pulse Width Modulation) 제어

개요

PWM은 디지털 신호의 ON/OFF 주기를 조절하여 아날로그적인 출력을 흉내내는 제어 방식입니다.
직접 전압 값을 출력할 수 없는 디지털 회로(예: 마이크로컨트롤러)에서 전압, 속도, 밝기 등을 제어할 수 있는 대표적인 방법입니다.

PWM은 모터 속도 조절, LED 밝기 제어, 서보모터 위치 제어, 음성 신호 생성 등 다양한 임베디드 시스템 분야에서 사용됩니다.

---

PWM 신호 구성

PWM 신호는 일정한 주기(period)를 가지며, 이 안에서 HIGH와 LOW 상태가 반복됩니다.

• 주기 (Period): 하나의 PWM 사이클 시간
• 주파수 (Frequency): 초당 PWM 주기의 수 (Hz)
• 듀티 사이클 (Duty Cycle): HIGH 상태가 차지하는 비율 (%)

Duty Cycle (%)설명

0%	항상 LOW (출력 없음)
50%	HIGH:LOW = 1:1 (출력 평균 전압 = 50%)
100%	항상 HIGH (출력 최대)

 

예: 5V 시스템에서 듀티 사이클이 60%라면, 출력 평균 전압은 5V × 0.6 = 3V에 해당

---

동작 원리 예시 (모터 속도 제어)

PWM 신호로 DC 모터에 전압을 간접적으로 전달하면, 전류 흐름을 조절해 속도를 제어할 수 있습니다.
모터에 완전한 아날로그 전압을 인가하는 대신, ON/OFF 신호를 매우 빠르게 반복하여 모터가 느끼는 전압을 평균화하는 방식입니다.

• 듀티 사이클 20% → 느리게 회전
• 듀티 사이클 80% → 빠르게 회전

---

활용 분야

분야활용 예

DC 모터	속도 조절 (L298N, BTS7960 등)
서보모터	각도 제어 (주기 + 펄스폭 기준)
LED	밝기 조절
Buzzer	음 높이 조절 (주파수 변경)
전력 제어	스위칭 파워 서플라이, 인버터

 

주의사항

• PWM 출력은 디지털 신호임 → 아날로그 장치에 직접 연결할 때는 Low-pass Filter (RC 회로) 사용 고려
• 너무 낮은 주파수는 깜빡임/진동을 유발할 수 있음
• 서보모터는 특정 주기 (보통 20ms)와 펄스폭 (0.5~2.5ms) 요구 → 일반 analogWrite로는 불충분

---

마무리

PWM은 디지털 제어기에서 아날로그 특성을 구현할 수 있는 강력한 방법입니다.
특히 속도, 밝기, 각도 등의 비연속적인 물리량 제어에 적합하며, 임베디드 시스템에서 가장 기본적이고 중요한 신호 중 하나입니다.

설계 시에는 주파수 설정, 핀의 PWM 가능 여부, 필터 회로 적용 여부 등을 종합적으로 고려해야 안정적인 제어가 가능합니다.