Was ist ein PWM-Controller?
Ein PWM-Controller ist ein Gerät, das die Impulsbreite von Strom, Spannung usw. moduliert, während die Frequenzperiode konstant bleibt.
Bei der PWM-Steuerung ist es nicht mehr notwendig, eine neue PWM-Schaltung zu entwerfen. PWM steht für Pulsweitenmodulation.
Durch die Modulation der Pulsbreite mit einem PWM-Controller wird das Tastverhältnis variiert und die Ein- und Ausschaltzeit des Pulses gesteuert. Das Tastverhältnis wird als Impulsbreite/Periode berechnet. Darüber hinaus werden Halbleiterelemente für die PWM-Schaltung verwendet.
Anwendungen von PWM-Controllern
PWM-Controller werden für die Drehzahlregelung von Motoren eingesetzt. Es werden verschiedene Arten von Motoren verwendet, darunter AC-Motoren, DC-Motoren und Synchronmotoren. AC-Motoren, die in letzter Zeit in der verarbeitenden Industrie eingesetzt werden, verwenden die Rückmeldung eines Drehzahldetektors, z. B. eines am Motor angebrachten Impulsgebers.
Das Rückkopplungssignal wird von der Erfassungsschaltung berechnet, um schließlich die erforderliche Spannung für den Motor zu bestimmen. Ein PWM-Controller wird verwendet, um die aus der Berechnung resultierende Spannung zu realisieren. Dieser Regler ist im Allgemeinen in die Platine eingebaut.
Funktionsweise des PWM-Controllers
Der PWM-Controller berechnet die auszugebenden Impulse, indem er die Sinuswelle, die die zu steuernde Quelle darstellt, mit einer Sägezahnwelle (Dreieckswelle), dem so genannten Träger, multipliziert, wobei ein Komparator mit einem Operationsverstärker verwendet wird. Um einen Impuls zu erzeugen, wird die Sinuswelle > Sägezahnwelle eingeschaltet und die Sinuswelle < Sägezahnwelle ausgeschaltet. Die Multiplikation kann als Impuls ausgegeben werden.
Durch diese Art der Impulserzeugung werden die Impulse in Bereichen mit hohen Sinuswellenhöhenwerten dicht und in Bereichen mit niedrigen Wellenhöhenwerten spärlich. Um die Impulse ein- und auszuschalten, ist ein Schaltmechanismus erforderlich. Zum Schalten werden Halbleiter wie Transistoren und Thyristoren verwendet.
Diese Halbleiter schalten die Anode (Emitter) und die Kathode (Kollektor) nur dann ein, wenn am Gate (Basis) ein Signal anliegt. Indem man ein Komparatorsignal an das Gate sendet, werden die Halbleiter selbst ein- und ausgeschaltet, und folglich kann auch der Impuls ein- und ausgeschaltet werden.
Aufbau eines PWM-Controllers
Der PWM-Controller besteht aus drei Hauptkomponenten: einem Datenregister, einem Zähler und einem Komparator. Zu den Datenregistern gehören außerdem ein Periodenregister und ein Duty-Register, die die Periode bzw. das Duty bestimmen.
Der Ausgang jedes Komparators ist mit den Set- und Reset-Pins der Flip-Flop-Schaltung verbunden. Das Periodenregister legt die Breite des PWM-Signalzyklus fest, und das Duty-Register bestimmt die Impulsbreite.
Wenn der Zähler startet, setzt der Komparator im Periodenregister den Flipflop-Ausgang auf 1 und der Komparator im Duty-Register setzt den Flipflop-Ausgang auf 0 zurück. Dies kann wiederholt werden, um ein PWM-Signal auszugeben.
Weitere Informationen zu PWM-Controllern
Zu beachtende Punkte bei der Verwendung eines PWM-Controllers
Die PWM-Steuerung hat den Vorteil, dass der Transistor und der Strom entlastet werden, da der Strom zum Motor fließt, wenn der Stromimpuls eingeschaltet ist, und nicht, wenn er ausgeschaltet ist. Andererseits besteht der Nachteil darin, dass die Induktivität der Spule im Motor einen Selbstinduktionseffekt verursacht, wenn die PWM-Steuerung ausgeschaltet ist.
Dadurch wird eine große Gegen-EMK induziert, die zur Zerstörung des Steuertransistors, zu Störungen in der Umgebung und zu erheblichen elektromagnetischen Schäden führen kann. Um diesen Nachteil zu beheben, werden Schwungraddioden eingesetzt.
Durch den Einsatz einer Schwungraddiode in einem PWM-Steuerkreis kann die Rückleistung, die bei ausgeschaltetem Motor entsteht, über die Diode in den Motor zurückgespeist werden.