Design und Berechnung von Pwm-Signalen für die Motorsteuerung mit Mikrocontrollern

Pulsbreitenmodulationssignale (PWM) werden in Motorsteuerungsanwendungen häufig zur Regelung von Drehzahl und Drehmoment verwendet. Mikrocontroller erzeugen PWM-Signale, indem sie den Ausgangspin bei einem bestimmten Frequenz- und Arbeitszyklus zwischen hohen und niedrigen Zuständen umschalten. Eine korrekte Auslegung und Berechnung dieser Signale ist für einen effizienten Motorbetrieb und Energieeinsparungen unerlässlich.

PWM-Signale verstehen

PWM-Signale sind digitale Impulse mit unterschiedlichen Tastverhältnissen, die die mittlere Spannung bestimmen, die dem Motor zugeführt wird. Der Tastgrad wird als Prozentsatz ausgedrückt, der angibt, wie lange das Signal innerhalb eines Zyklus hoch bleibt. Ein höherer Tastgrad führt zu einer höheren Motordrehzahl, während ein niedrigerer Tastgrad ihn reduziert.

Design von PWM Signalen

Bei der Gestaltung von PWM-Signalen wird die geeignete Frequenz und das entsprechende Arbeitsverhältnis gewählt. Die Frequenz sollte hoch genug sein, um Motorgeräusche und -schwingungen zu vermeiden, typischerweise über 20 kHz. Das Arbeitsverhältnis kann dynamisch entsprechend den Regelanforderungen eingestellt werden.

Berechnung von PWM-Parametern

Die Berechnung der PWM-Parameter hängt von der Zeitauflösung des Mikrocontrollers und der gewünschten Frequenz ab.

Zyklus (%) = (Zeitlich / Gesamtzeitraum) × 100

Wenn die Gesamtperiode die Umkehrung der PWM-Frequenz ist: Wenn beispielsweise ein Mikrocontroller-Timer mit 16 MHz läuft und eine PWM-Frequenz von 20 kHz gewünscht wird, werden die Perioden- und Vergleichswerte des Timers entsprechend berechnet, um den korrekten Duty-Cycle zu erzeugen.