In dit artikel leren we je over pulsbreedtemodulatie (PWM), een veelgebruikte techniek in de elektronica en techniek. Dit bericht behandelt hoe PWM werkt, de voor- en nadelen ervan en de toepassingen ervan.
Wat is PWM-besturing?
PWM-besturing is een modulatietechniek die wordt gebruikt om informatie in een pulserend signaal te coderen. Bij PWM wordt de breedte van de pulsen in een signaal gevarieerd om de hoeveelheid stroom te regelen die aan een belasting wordt geleverd, zoals een motor of LED. Het basisprincipe van PWM is dat de gemiddelde waarde van het signaal evenredig is aan de duty-cycle: het percentage tijd dat het signaal ‘aan’ versus ‘uit’ is. Door de inschakelduur aan te passen, kan PWM de stroomafgifte efficiënt regelen zonder veel warmte te genereren, waardoor het een effectieve methode is voor het beheer van elektrische apparaten.
Hoe werkt PWM-besturing?
PWM-besturing werkt door een signaal snel te schakelen tussen hoge (aan) en lage (uit) toestanden. De belangrijkste componenten van PWM zijn onder meer:
- Duty Cycle: De duty-cycle is de verhouding tussen de tijd dat het signaal hoog is en de totale tijd van één cyclus. Een duty-cycle van 50% betekent bijvoorbeeld dat het signaal de helft van de tijd aan en de helft van de tijd uit is.
- Frequentie: De frequentie van het PWM-signaal is hoe vaak de cyclus zich per seconde herhaalt. Hogere frequenties resulteren in een soepelere regeling van de belasting.
- Signaalgeneratie: Een PWM-signaal wordt gegenereerd met behulp van microcontrollers, timers of speciale PWM-controllers. Deze apparaten bepalen wanneer het signaal moet worden in- en uitgeschakeld, op basis van de gewenste duty-cycle.
- Output Control: Het PWM-signaal kan vervolgens worden toegepast op besturingsapparaten. In een motorbesturingstoepassing zal het verhogen van de inschakelduur bijvoorbeeld de gemiddelde spanning die aan de motor wordt geleverd verhogen, wat resulteert in een hogere snelheid.
Wat zijn de nadelen van PWM-besturing?
Hoewel PWM-besturing veel voordelen heeft, kent het ook enkele nadelen:
- Elektromagnetische interferentie (EMI): Het snelle schakelen kan elektromagnetische interferentie veroorzaken, die elektronische apparaten in de buurt kan beïnvloeden en extra filtering vereist.
- Uitgangsrimpel: De uitgangsspanning kan rimpelingen vertonen, vooral bij lagere werkcycli, wat mogelijk niet geschikt is voor gevoelige toepassingen.
- Beperkte resolutie: Afhankelijk van de PWM-frequentie en de besturingscircuits kunnen er grenzen zijn aan de resolutie van de duty-cycle-aanpassingen, wat mogelijk kan leiden tot een minder nauwkeurige regeling.
- Verwarming: In sommige gevallen kunnen de schakelverliezen in het regelapparaat warmte genereren, waardoor aanvullende koeloplossingen nodig zijn.
Waar wordt een PWM-generator voor gebruikt?
Een PWM-generator wordt gebruikt in verschillende toepassingen waarbij nauwkeurige controle van de vermogensafgifte vereist is. Veel voorkomende toepassingen zijn onder meer:
- Motorbesturing: PWM wordt veel gebruikt om de snelheid en het koppel van DC-motoren en stappenmotoren te regelen door het gemiddelde vermogen dat aan de motor wordt geleverd aan te passen.
- LED-dimmen: In verlichtingstoepassingen kan PWM LED’s dimmen door de inschakelduur te variëren, waardoor een soepele helderheidsregeling mogelijk is zonder de kleurtemperatuur te veranderen.
- Verwarmingsregeling: Bij verwarmingstoepassingen kan PWM het gemiddelde vermogen regelen dat aan verwarmingselementen wordt geleverd, wat een efficiënte temperatuurregeling oplevert.
- Signaalgeneratie: PWM kan ook worden gebruikt om signalen te genereren voor communicatiesystemen of als besturingssignalen in verschillende elektronische apparaten.
Verandert PWM de spanning?
PWM zelf verandert de spanning niet; het moduleert eerder de gemiddelde spanning die aan een belasting wordt geleverd. De effectieve spanning die door de belasting wordt waargenomen, wordt bepaald door de duty-cycle van het PWM-signaal. Bijvoorbeeld:
Wat is een spanningsregelaar en waarvoor wordt deze gebruikt?
- Een inschakelduur van 100% levert de volledige voedingsspanning aan de belasting.
- Een inschakelduur van 50% levert een gemiddelde spanning op van de helft van de voedingsspanning.
- Een inschakelduur van 25% levert een gemiddelde spanning op van een kwart van de voedingsspanning.
Door de werkcyclus te variëren, maakt PWM een effectieve controle mogelijk van het aan de belasting geleverde vermogen zonder de noodzaak van complexe spanningsregeling.
Wij zijn van mening dat dit artikel u helpt PWM-besturing en de verschillende aspecten ervan te begrijpen. Het begrijpen van PWM is essentieel voor iedereen die werkt met elektronische besturingssystemen, waardoor efficiënt en effectief energiebeheer mogelijk wordt.
