PWMsäätöjärjestelmien

PWMsäätöjärjestelmien (PWM, pulse-width modulation) tarkoituksena on hallita tehoa ja nopeutta käyttämällä pulssin leveyden modulaatiota. PWM-signaali vaihtaa kytkinten tilan päällä tai pois tietyllä taajuudella, jolloin kuorman keskimääräinen jännite tai virta voidaan säädellä ilman jatkuvaa analogista säätöä. Tämä lähestymistapa mahdollistaa korkean hyötysuhteen sekä nopean reagoinnin suurta tehoa vaativissa sovelluksissa.

Järjestelmä koostuu tyypillisesti ohjausosasta, PWM-generaattorista sekä teho-osasta (esimerkiksi MOSFET- tai IGBT-pari). Kuorman jännite tai virta mitataan palautteena ja käytetään säätöalgoritmissa, joka tuottaa PWM-signaalin teho-osalle. Säädettävä duty cycle määrittää kuorman keskimääräisen jännitteen tai virran.

Modulaatiotyypit: etureunan (leading-edge) sekä takareunan (trailing-edge) PWM sekä space vector PWM, joita käytetään erityisesti kolmivaiheisissa inverttereissä. Taajuus on usein 2–20 kHz DC-DC-sovelluksissa; korkeampi taajuus pienentää suodatusvaatimuksia mutta lisää kytkinhäviöitä ja EMI:a.

Kontrolli: yleisimmin käytetään suljettua silmukkaa, jossa PID- tai feedforward-säätö sekä virtamittauksia ja/tai jännitemittauksia käytetään ohjauksen perusteina. Digitaalinen tai analoginen säätö sekä mahdollinen dead time -ominaisuus ovat yleisiä piirteitä.

Edut ja haasteet: PWMsäätö tuo korkean hyötysuhteen, nopean vasteen ja hyvän hallinnan, mutta aiheuttaa kytkinhäviöitä, sähkömagneettista häiriöä sekä tarpeen suodatus- ja suojatoimille.

Sovellukset: DC- ja harjattomien DC-mootoreiden nopeuden säätö, DC-DC- ja DC-AC-teholähteet sekä teolliset invertterijärjestelmät. PWMsäätöä käytetään laajasti teho-ohjauksessa sekä energian hallinnassa.