pulsbreedtemodulatie

Pulsbreedtemodulatie (PWM) is een techniek om de gemiddelde uitgangsspanning of -stroom van een schakelende voeding of inverter te regelen door de breedte van de schakelpulsen te variëren. Hierbij blijft de schakelfrequentie meestal constant en wordt de gewenste uitgangsniveau bereikt door de verhouding van de tijd dat de puls hoog is (de duty cycle) te veranderen.

Working principle: een modulerend signaal (bijv. een spanningsreferentie of aangepast analoog signaal) wordt vergeleken met een vaste draaggolffrequentie, vaak eentriangle- of zaagtandgolf. De vergelijking levert een PWM-signaal op waarin de pulsbreedte afhangt van het modulerende signaal. De uitgang volgt daardoor het gemiddelde van de hoog/laag-pulsen; in veel schakelingen geldt dat de uitgangsniveau ongeveer evenredig is met de duty cycle (bij een buck-converter: Vout ≈ D · Vin).

Typen en varianten: PWM kan unipolair of bipolair worden uitgevoerd, en met regelmatige of natuurlijke steekproef. Voor driefase inverter toepassingen zijn SPWM (sinusvormige PWM) en SVPWM (ruimtevector PWM) gangbaar, die proberen een zo rechtlijnig mogelijke analoge uitgang te construeeren.

Toepassingen: PWM wordt veel gebruikt in DC-motoregelaars, schakelende voedingen (LED-drivers, computer- en telefoonladers), en inverters voor zonne- of windenergie. Ook audiosystemen en voertuigen maken vaak gebruik van PWM om efficiëntie en precisie te combineren.

Voordelen en overwegingen: PWM biedt hoge efficiëntie door korte schakelfoogpunten en gecontroleerde leveringskracht, maar brengt schakellosten en elektromagnetische interferentie met zich mee. Goede lay-out, filtering en geschikte gate- drivers zijn belangrijk voor betrouwbare werking. Moderne implementaties gebruiken digitale controllers, DSP’s of FPGA’s om PWM-signalen nauwkeurig te genereren.