Pulsweitensteuerungen

Pulsweitensteuerungen, kurz PWM (Pulsweitenmodulation), sind Verfahren zur Regelung der mittleren Leistung, die einer Last zugeführt wird, indem die Breite von Impulsen in einem regelmäßigen Pulszug variiert wird, während die Frequenz oft konstant bleibt. Das Tastverhältnis, auch Duty Cycle genannt, gibt an, wie viel Prozent der Zeit der Schalter eingeschaltet ist. Typische Bereiche liegen von wenigen Prozent bis nahe 100 Prozent.

Arbeitsprinzip: In einer PWM-Schaltung wird ein Trägersignal mit einer Steuerspannung verglichen, wodurch ein Schaltersignal erzeugt wird, das einen Transistor oder MOSFET schnell ein- und ausschaltet. Die durchschnittliche Ausgangsspannung hängt direkt vom Tastverhältnis ab. Häufig werden modulierte Trägersignale wie SPWM verwendet, um eine möglichst glatte effektive Ausgangsleistung zu erreichen. Es gibt Varianten mit konstanter Frequenz sowie mit variabler Frequenz.

Aufbau und Anwendungen: Typische Systeme verwenden einen Regler, Treiberstufen, und Leistungsschalter. PWM findet breite Anwendung in Schaltnetzteilen (Effizienzsteigerung), in DC-Motorsteuerungen, in Class-D-Verstärkern, in der Beleuchtungs- und Heizungsregelung sowie in vielen industriellen Treibsystemen.

Ver SMT-Vorteile und Herausforderungen: Vorteile sind hohe Effizienz durch geringe mittlere Verluste, gute Regeleigenschaften und kompakte Bauteilzahlen. Nachteile umfassen Schaltgeräusche, elektromagnetische Störungen und den Bedarf an sorgfältigem Layout und Filtern, um Ripple und Spikes zu minimieren. Typische Varianten umfassen offene und geschlossene Regelung, konstante Frequenzformen (leading-edge, trailing-edge, symmetrical) und SPWM, sowie Anwendungen in Voll- oder Halbwellenbrücken.