So entwerfen Sie eine PWM-Schaltung, die Sie benötigen

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, die Drehzahl von Gleichstrommotoren zu steuern. Eine der am meisten bevorzugten und einfachsten Möglichkeiten ist jedoch die Verwendung einer Pulsweitenmodulationsschaltung (PWM). Die PWM (Pulsweitenmodulation) ist eine Technik, die seit langem zum Ansteuern von Trägheitslasten verwendet wird. Die Verwendung der Pulsweitenmodulation zur Steuerung von Motortreibern bringt mehrere Vorteile mit sich.

Aber vielleicht ist der bedeutendste Vorteil, dass, da der Transistor entweder vollständig „AUS“ oder „EIN“ ist, der Leistungsverlust im Schaltleiter gering bleibt. In diesem Artikel wird beschrieben, wie Sie eine PWM-Schaltung entwerfen. Hier werden wichtige Themen diskutiert, wie z. B. das effektive Zerlegen elektrischer Signale in diskrete Teile als Mittel zur Reduzierung der Leistung der elektronischen Signalübertragung.

Professionelle Einführung in PWM-Schaltungen

Pulsweitenmodulation (PWM) ist ein Begriff, der zur Beschreibung einer Art von Digitalsignal verwendet wird. Die Pulsweitenmodulation findet Verwendung in zahlreichen Anwendungen, wie z. B. anspruchsvollen Steuerschaltungen. Eine Standardmethode, bei der PWM häufig verwendet wird, ist die Steuerung des Dimmens von LEDs und die Steuerung der Richtung von Servomotoren.

Die Pulsweitenmodulationsschaltung arbeitet, indem sie die durchschnittliche Leistung während der Übertragung elektrischer Signale reduziert. Dies geschieht durch Aufteilen von Signalen in diskrete Teile oder Samples. Wie bereits erwähnt, gibt es unter anderem zahlreiche Vorteile und Einsatzmöglichkeiten in den Bereichen Telekommunikation, Spannungsregelung, Servomotorsteuerung, digitale Schaltungen und Motordrehzahlsteuerung.

Pulsweitenmodulationsschaltungen sind für viele Benutzer die erste Wahl, da sie im Betrieb nicht viel Lärm machen. Im Gegensatz zu analogen Signalen, die während der Verarbeitung einen gewissen Ton abgeben, sind Pulsweitenmodulationsschaltungen rauschunempfindlich und hocheffizient. Besser noch, Pulsweitenmodulationsschaltungen sind wirtschaftlich und benötigen nicht viel Platz. Pulsweitenmodulationsschaltungen sind nicht schwierig oder schwierig zu konstruieren. Die zur Herstellung dieser Schaltungen benötigten Komponenten sind einfach zusammenzubauen.

Darüber hinaus sind die Schritte bei der Herstellung oder Produktion von Pulsweitenmodulationsschaltungen im Gegensatz zum Design anderer Kurse super komfortabel. Pulsweitenmodulationsschaltungen lassen sich mit minimalem Hardwareaufwand einfach wieder in analoge Schaltungen umwandeln.

Arbeitszyklus, Frequenz und Impulsbreite in einer PWM-Schaltung

lArbeitszyklus

Wie bereits erwähnt, bleibt ein Pulsweitenmodulationssignal für eine bestimmte Zeit eingeschaltet und erlischt dann für den Rest der Zeit. Es arbeitet auf einer „EIN“- und „AUS“-Basis. Ein Aspekt, der das PWM-Signal nützlicher und einzigartiger macht, ist die Tatsache, dass es durch Steuern des Arbeitszyklus so eingestellt werden kann, dass es für eine bestimmte Zeit eingeschaltet bleibt. Der Prozentsatz oder das Zeitverhältnis, in dem das PWM-Signal auf Zeit oder HIGH bleibt, wird als Arbeitszyklus bezeichnet.

Falls das Signal eingeschaltet bleibt, befindet es sich in einem Arbeitszyklus von 100 %. Aber falls es immer aus ist, dann ist es 0% Einschaltdauer. Die Formel zur Berechnung des Arbeitszyklus lautet wie folgt:

Einschaltdauer =Einschaltzeit/ (Einschaltzeit + Ausschaltzeit)

lPWM-Frequenz

Die Frequenz einer Pulsweitenmodulationsschaltung bestimmt die Geschwindigkeit oder besser gesagt, wie schnell eine PWM benötigt, um eine Periode abzuschließen. Eine Periode ist eine volle oder vollständige EIN- und AUS-Periode eines Pulsbreitenmodulationssignals. Normalerweise liegen die Pulsweitenmodulationssignale, die viele Mikrocontroller erzeugen, bei etwa 500 Hz. Solche Frequenzen werden häufig in Hochgeschwindigkeits-Schaltkomponenten wie Konvertern und Wechselrichtern verwendet.

Jedoch benötigen nicht alle Anwendungen eine hohe Frequenz. Um beispielsweise einen Servomotor zu steuern, müssen Sie PWM-Signale mit einer Frequenz von etwa 50 Hz erzeugen. Wie schnell sich das Pulsweitenmodulationssignal ein- und ausschaltet, hängt, vereinfacht gesagt, von der Frequenz des PWM-Signals ab.

Impulsbreite in einer PWM-Schaltung

Eine PWM-Schaltung besteht aus einer Pulsbreite (PW). Die Impulsbreite ist per Definition die verstrichene Zeit oder die Zeit zwischen steigenden/hohen und fallenden/niedrigen Flanken eines einzelnen Impulses. Die Impulsbreite ist die Dauer eines anderen Signals, normalerweise eines bei der Übertragung verwendeten Trägersignals. Um solche Messungen genau und wiederholbar zu machen, werden 50 % des Leistungspegels als Referenzpunkte verwendet.

Wie man eine PWM-Schaltung baut

Der Aufbau einer PWM-Schaltung ist an sich keine schwierige Aufgabe. Im Folgenden sind einige der Materialien aufgeführt, die zur Herstellung einer PWM-Schaltung benötigt werden. Glanzpapier

• Kupferkaschierte Platine
• Aceton
• Eisenchlorid
• LASER-Drucker
• Schere
• Markerstift
• Kunststoffbehälter
• Schleifpapier
• Schutzhandschuhe
• Sah
• Latexhandschuhe

Schritt 1:Entwurf der Schaltung

Beginnen Sie mit dem Entwerfen des Schaltplans in der PCB-Design-Software. Sie können Designsoftware wie Kicad, Express PCB, Dip Trace, NI Multism oder Altium Designer verwenden. EAGLE PCB Design Software ist die beste Option.

Schritt 2:Entwerfen des PCB-Layouts

Nachdem Sie das Design des Schaltplans abgeschlossen haben, ist es jetzt an der Zeit, das PCB-Layout zu entwickeln, vorzugsweise mit dem Eagle EDA-Tool. Nachdem Sie fertig sind, machen Sie einen Ausdruck der Herstellung von Leiterplatten, es besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit von Layoutfehlern, die die Funktionalität des Endprodukts stark beeinträchtigen können. Auf dem Hochglanzpapier befinden sich mehrere PCB-Layouts. Verwenden Sie hier nur einen LASER-Drucker. Zu den hier benötigten Komponenten gehören die folgenden:

• Kopf (2,54 mm)
• Leiterplatte:FR4 Glasfaser
• Schraubklemmenblock
• Kondensator – 0,1 uF (104)
• Widerstände
• 1N5403 – Diode (3 Ampere)
• TLP250 – Gate-Treiber
• IRFP460 – Leistungs-MOSFET

Schritt 3:Lötprozess

Um den Leistungs-MOSFET anzusteuern, verwenden Sie einen IC-Gate-Treiber. Aber auch hier ist der TLP250 IC für die Gate-Treiberschaltung von IGBT und Leistungs-MOSFET geeignet. Sie können den PWM-Controller verwenden, um die Helligkeitsstufen einer LED zu steuern oder ihn sogar als LED-Treiber zu verwenden. Der PWM-Controller funktioniert oder erfüllt die gleichen Aufgaben wie ein PWM-Dimmer.

Schritt 4:Berechnung der MOSFET-Verlustleistung

Der vierte Schritt beinhaltet die Berechnung der Verlustleistung. Das Folgende ist eine Formel zur Berechnung der Verlustleistung:

P =R X I ²

P =R_ds (EIN) X I ²

Hier,

P =Leistung

I =Strom

R_ds (EIN) =Drain-Source-Durchlasswiderstand

Schritt 5:Maximale Verlustleistung minus Kühlkörper

Die Verlustleistung ist die maximale Verlustleistung des MOSFET unter bestimmten thermischen Bedingungen. Der fünfte Schritt zum Aufbau Ihrer PWM-Schaltung beinhaltet die Berechnung der maximalen Verlustleistung ohne Kühlkörper. Die Berechnung der Verlustleistung ist einfach. Die Verlustleistung wird berechnet, indem die Sperrschichttemperatur genommen und die Umgebungstemperatur subtrahiert und dann durch die maximale Sperrschicht-zu-Umgebungstemperatur dividiert wird.

Pd =Tj (max) – TA

ROJA

Schritt 6:Anbindung des PWM-Treibers

Dies ist der letzte Schritt zu Ihrer PWM-Schaltung. Um Ihren PWM-Treiber anzuschließen oder besser zu vervollständigen, benötigen Sie Schaltdrähte, PWM-Treiber, Arduino UNO-Board, Gleichstrommotor, SMPS und 10k-Potentiometer.

Hinweise

Das Design von PWM-Schaltungen kann sich als entmutigende Aufgabe erweisen, insbesondere wenn Sie die Anweisungen nicht sorgfältig befolgen. Sie werden vielleicht feststellen, dass die Dinge in der Realität ein wenig anders sein werden als das, was Sie in Büchern oder im Internet finden. Um auf der sicheren Seite zu sein, müssen Sie einige Aspekte berücksichtigen. Beispielsweise müssen Sie sicherstellen, dass Sie alle benötigten Materialien zur Verfügung haben.

Außerdem müssen Sie sicherstellen, dass Sie alle Schritte von Anfang bis Ende wie angegeben befolgen. Auch Sicherheitsaspekte müssen berücksichtigt werden. Stellen Sie sicher, dass Sie in einer sauberen und sicheren Umgebung arbeiten. Außerdem müssen Sie mit Berechnungen vertraut sein, da Sie unter Umständen wesentliche Aspekte wie Verlustleistung, Widerstandsleistung und die Verwendung von Mikrocontrollern berechnen müssen.

Anwendungsbereich

PWM-Schaltungen finden Verwendung in einer breiten Vielfalt von Anwendungen. Geeignete Beispiele dafür, wo PWM-Controller Verwendung finden, sind die folgenden:

• Wird zur Drehzahlregelung von Gleichstrommotoren verwendet
• Sie finden Verwendung bei der Steuerung der Helligkeit von LED-Lichtleisten und LED-Leuchten
• Wird zur Tonerzeugung verwendet
• Sie finden auch Anwendung in Gleichstromheizungen
• Wird in mit Gleichstrom betriebenen Komponenten verwendet

Möchten Sie einen PWM-Controller einrichten? Sie können uns kontaktieren

Das Einrichten eines PWM-Controllers kann sich als schwierige Aufgabe herausstellen. Die Mehrheit der Leute findet es schwierig, PWM-Controller einzurichten. Fällt es Ihnen schwer, einen PWM-Controller einzurichten? Mach dir keine Sorgen. Wir von WellPCB sind hier, um Ihnen zu helfen. Leide nicht im Stillen, wenn wir helfen können. Wir verstehen jeden Aspekt, der mit PWM-Motorsteuerungen zu tun hat. Lassen Sie uns alles für Sie einrichten, während Sie sitzen und sich entspannen. Abhängig von Ihrer Verwendung stellen wir die Last für Sie ein, schließen die gesamte Verkabelung an, um Kurzschlüsse zu vermeiden, und berechnen die maximale Verlustleistung für Ihren PWM-Controller.

Schlussfolgerung

Wie bereits erwähnt, lässt sich die Drehzahl von Gleichstrommotoren auf viele Arten steuern. Die Verwendung der Pulsweitenmodulation ist jedoch die beste und bewährteste Methode. Es gibt viele Vorteile, die mit der Verwendung von Pulsweitenmodulation bei der Steuerung der Geschwindigkeit von Gleichstrommotoren verbunden sind. Einige von ihnen beinhalten einen geringen Leistungsverlust und eine konstante Motorspannung. Der Bau eines PWM-Motors kann eine frustrierende Übung sein, besonders wenn Sie sich nicht an alle Anweisungen halten. Wenn Sie Schwierigkeiten haben, einen PWM-Controller zu entwickeln und einzurichten, können Sie sich an uns wenden, um Unterstützung zu erhalten. Wir sind die besten professionellen PWM-Designer mit jahrzehntelanger Erfahrung und Professionalität.