Pwm

Was ist Pwm?

PWM steht für “Pulse Width Modulation” (Pulsweitenmodulation) und ist eine Technologie zur Erzeugung von Pulswellen mit verschiedenen Breiten. Impulswellen sind digitale Signale, aber durch die Kombination verschiedener Impulswellen können sie in verschiedene pseudo-analoge Signale, einschließlich Sinuswellen, umgewandelt werden.

PWM ist eine Technologie, die die Impulsbreite mit einer konstanten Periode moduliert. Es gibt auch eine PFM-Technologie, die die Frequenz mit einer konstanten Impulsbreite moduliert, aber beide werden zum Umschalten zwischen stromführend und stromlos verwendet.

Verwendungszwecke der Pwm

PWM wird im Allgemeinen zur Steuerung der Spannung von Stromversorgungen und der Ein- und Ausschaltzyklen von Halbleitern verwendet. Insbesondere wird sie häufig zur effizienten Steuerung von Gleichstrommotoren eingesetzt. Durch die Steuerung des Zeitpunkts, zu dem die Spannung an den Motor angelegt wird, kann die Betriebsspannung geregelt werden.

Darüber hinaus kann PWM bei der Erzeugung von moduliertem Wechselstrom in Wechselrichterschaltungen verwendet werden, um Impulsspannungen mit verschiedenen Breiten zu erzeugen, die dann zur Durchführung einer Gleichstrom-Wechselstrom-Wandlung synthetisiert werden können. Darüber hinaus wird die PWM nicht nur in Wechselrichterschaltungen, sondern auch bei der Steuerung von Schaltnetzteilen und beim Dimmen von LEDs ohne Beeinträchtigung der Lichtfarbe eingesetzt.

Das Prinzip der Pwm

PWM-Schaltungen zur Pulsweitenmodulation verwenden Transistoren, um durch wiederholtes Ein- und Ausschalten der Schaltung Pulswellen unterschiedlicher Breite zu erzeugen.

Bei der PWM wird die Impulsbreite über einen festen Zeitraum moduliert, so dass das Tastverhältnis variiert wird. Das Tastverhältnis ist die Impulsbreite geteilt durch die Periode, ausgedrückt als “%” (Prozentsatz). Bei der Spannungssteuerung ist die Betriebsspannung das Produkt aus Impulsspannung und Tastverhältnis, und ein Tastverhältnis von 100 % entspricht dem einer Gleichstromversorgung.

Die Spannungssteuerung mit PWM zeichnet sich dadurch aus, dass die Stromversorgung für eine gewisse Zeit ausgeschaltet wird, was sie energieeffizienter macht als eine Gleichstromversorgung, die kontinuierlich arbeitet. Darüber hinaus können in digitalen Schaltungen wie Mikrocontrollern pseudoanaloge Signale einfach durch die Synthese von Pulswellen erzeugt werden, was den Aufbau von Analogwandlerschaltungen ermöglicht, die ausschließlich aus digitalen Schaltungen bestehen, ohne dass D/A-Wandler verwendet werden müssen.

Weitere Informationen über Pmw

1. Steuerung

Bei der dynamischen Steuerung von Lasten in elektronischen Schaltungen gibt es neben der Steuerung der Last mit einer konstanten Spannung und der Last mit einem konstanten Strom noch andere Methoden der Steuerung mit PwM.

In letzter Zeit haben sich aufgrund von Umwelt- und Energiefragen energieeffizientere Methoden durchgesetzt. Die Gründe für die geringe Effizienz linearer Methoden wie der Konstantspannungs- und Konstantstromregelung sind die folgenden.

• Zur Stabilisierung ist ein Spielraum von mehreren V erforderlich
• Wenn die Spannung oder der Strom reduziert wird, wird die reduzierte Komponente im Stromkreis verbraucht und stellt einen Verlust dar

Wird beispielsweise ein stabilisiertes Netzteil mit einer maximalen Spannung von 10 V und einer Stromkapazität von 2 A bei 5 V 2 A verwendet, beträgt die im Leistungsteil des Stromversorgungskreises verbrauchte Verlustleistung (12 V – 5 V) x 2 A = 14 W, wenn die Eingangsspannung des Leistungsteils 12 V beträgt. Die in der Last verbrauchte Leistung beträgt 5 V x 2 A = 10 W.

Das 1,4-fache der von der Last aufgenommenen Leistung wird als Verlust in der Schaltung verbraucht. Neben dem verschwenderischen Stromverbrauch sind auch die verwendeten Komponenten größer, was Kosten, Größe und Gewicht erhöht.

Bei der PWM-Steuerung hingegen wird die Ausgangsspannung nicht geändert, sondern die Impulsbreite entsprechend der Ausgangsleistung variiert. Bei einer PWM von 10 V und einem Tastverhältnis von 50 % beträgt die scheinbare Ansteuerspannung beispielsweise 5 V, so dass kein theoretischer Verlust entsteht und der tatsächliche Wirkungsgrad sehr hoch ist.

2. Tastverhältnis

Der Begriff Tastverhältnis wird häufig bei der PWM-Steuerung verwendet. Dabei handelt es sich um die Impulsbreite/Zyklus, und bei einer PWM-Wellenform mit einem Tastverhältnis von 50 % haben H und L die gleiche Breite.

Durch Änderung des Tastverhältnisses ändert sich die Scheinspannung. Wenn beispielsweise das Tastverhältnis von 0 % auf 25 % auf 50 % auf 75 % auf 100 % mit einer 10-V-PWM geändert wird, ändert sich die scheinbare Spannung an der Last von 0 V auf 2,5 V auf 5 V auf 7,5 V auf 10 V.

Die Schaltfrequenz der PWM kann moderiert werden und das Tastverhältnis kann programmgesteuert über die I/O-Pins des Mikrocontrollers erhöht oder verringert werden, Es ist möglich, beliebige analoge Signale bis hin zum digitalen Signalpegel zu erzeugen.

In diesem Fall muss ein geeigneter LPF an den E/A-Klemmen eingefügt werden, um die PWM-Schaltfrequenzkomponente und ihre Oberwellenanteile zu entfernen.

3. Rauschen bei der PWM-Steuerung

Wie bereits erwähnt, wird die PWM-Steuerung häufig zur Steuerung des Motorbetriebs und zur Erhöhung des Wirkungsgrads von Umrichtern verwendet, aber ein Problem, das die Benutzer stört, ist das durch die PWM-Steuerung verursachte Rauschen: Da die PWM durch schnelles EIN/AUS von Transistoren gesteuert wird, einschließlich des Tastverhältnisses, erzeugt sie Rauschen bei verschiedenen Dies erzeugt Rauschen bei verschiedenen Schaltfrequenzen.

Diese Frequenz liegt bei etwa 30-40 MHz, was nicht nur für die Menschen in der Umgebung und die Umwelt problematisch ist, sondern auch AM-Radios und Sensoren, die niedrige Frequenzbänder nutzen, stört. Daher sind häufig Gegenmaßnahmen gegen den Lärm erforderlich. Zu den spezifischen Maßnahmen gehören bei Umrichtergeräten die Abdeckung des Geräts mit einem Gehäuse, die Verkürzung des Netzkabels und das Einsetzen von Rauschfiltern wie Ferriten oder LC-Drosseln.

Bei der PWM-Steuerung ist es manchmal möglich, diese Schaltfrequenz zu ändern, was eine weitere Option darstellt. Eine Senkung der Schaltträgerfrequenz verringert zwar das Gesamtschaltgeräusch, erhöht aber im Allgemeinen das Motorgeräusch.

Es gibt Produktbeispiele, bei denen das motorspezifisch erzeugte Geräusch durch eine Modulationsmethode reduziert wird, die die Schaltträgerfrequenz aktiv von niedrigen auf hohe Frequenzen verteilt.