Leistungsverstärker, Ventilverstärker, Steckerverstärker, Chopperverstärker...

pwm?! Was ist das?

 

PWM steht für (engl.) Pulse Width Modulation und heißt eigentlich übersetzt Pulsbreitenmodulation, wird aber auch oft als Pulsweitenmodulation genannt.

 

Zur Erklärung nehmen wir als Beispiel einen Motor, den wir mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten drehen lassen wollen.

 

Wenn wir den Motor an eine 9 Volt Batterie für zwei Sekunden anschließen (Puls), dreht er mit seiner vollen Geschwindigkeit, die dieser Motor bei bei 9 Volt erreichen kann. Wenn wir ihn wieder abklemmen (Pause), bleibt der Motor stehen.

Wenn wir genauer hinschauen, fällt uns auf, dass der Motor beim Anklemmen nicht sofort die höchste Geschwindigkeit erreicht, sondern fängt an, langsam zu drehen, dann wird er immer schneller und schneller und irgendwann erreicht er seine höchste Geschwindigkeit.

Wenn wir den Motor wieder abklemmen, bleibt dieser nicht sofort stehen, sondern dreht immer langsamer und langsamer und irgendwann bleibt er stehen.

Das An- und Abklemmen machen wir aber ziemlich langsam und können deswegen diesen Effekt sehen. Wenn wir das z.B. 500 Mal pro Sekunde machen könnten (1ms AN und 1ms AUS), fällt uns dieses Verhalten, mit schneller und langsamer werden, gar nicht auf. Der Motor würde dann permanent mit halber Geschwindigkeit drehen. Würde man den Motor für 1,5ms einschalten und für 0,5ms ausschalten, würde der Motor mit 3/4 seiner maximalen Geschwindigkeit drehen.

 

Die Dauer, wie lange so ein Ein-Aus-Durchlauf dauert, bezeichnet man als Periode. Die Anzahl der Perioden in einer Sekunde, ist dann die Frequenz. D.h. bei 500 Perioden in der Sekunde, beträgt die Frequenz 500Hz (Hertz).

Die Periodendauer errechnet man so: 1 Sekunde / Frequenz = Periodendauer also 1/500=0,002 D.h. bei einer Frequenz von 500Hz hätten wir eine Periodendauer von 0,002 Sekunden bzw. 2 Millisekunden.

Die Periodendauer ist jetzt bei uns konstant und beträgt 2ms.

Mal angenommen, die Pulsdauer ist 1ms lang und dementsprechend würde Pausenzeit  auch 1ms dauern. Damit kann man jetzt den Tastgrad ausrechnen.

Tastgrad ist ein weiterer wichtiger Wert bei PWM und wird in Prozent angegeben. Dieser wird aus Periodendauer und der Pulsdauer errechnet.

Pulsdauer / Periodendauer = Tastgrad D.h. bei einer Periodendauer von 2ms und Pulsdauer von 1ms, hätten wir einen Tastgrad von 0,5 bzw. 50%. Wenn wir die Pulsdauer auf 1,5ms verlängern, beträgt die Dauer der Pause, nur noch 0,5ms. Also ist es 75% der Periode AN und 25% der Periode AUS. Also Tastgrad = 75%

Wie sieht es jetzt in der Praxis aus? Mit dem Tastgrad können wir jetzt ganz einfach den Mittelwert der Spannung ausrechnen.

Mal angenommen, die Versorgungsspannung beträgt 9V und wir pulsieren damit unseren Motor mit PWM bei einer Frequenz von 500Hz und einem Tastgrad von 75%.

75% von 9Volt = 6,75V  

Bei 50% Tastgrad wäre die Spannung dann 4,5 Volt hoch.

Bei 25% dann nur noch 2,25 Volt.

Und was ist mit 100%? Dann hätten wir einfach eine Gleichspannung von 9V.

Quelle: https://5volt-junkie.net/was-ist-pwm-ein-kleines-tutorial/ 

dither?! oft falsch interpretiert!

Die PWM-Frequenzeinstellung wird bei vielen Produkten und bei vielen Hydraulikherstellern auch als Dithereinstellung bezeichnet. Hierdurch kommt es oft zu Fehlinterpretationen.

Der Dither ist ein überlagertes Zittersignal (Brummsignal), wodurch die Hysterese des Ventils reduziert wird.

Das Zittersignal wird durch einen Wechselstromanteil im PWM-Signal generiert. Dies kann direkt durch das PWM-Signal erfolgen oder durch ein von der PWM-Frequenz unabhängiges amplitudenmoduliertes Signal, das über die Frequenz und die Amplitude an das Ventil angepasst wird.

Endstufen mit niedrigen PWM-Frequenzen, typisch kleiner als 300 Hertz, generieren das Zittersignal direkt.

Endstufen mit hohen PWM-Frequenzen, typisch großer als 2000 Hertz, benötigen einen zusätzlichen Dither.

 

Welcher der beiden Lösungsansätze der bessere ist, hängt im Wesentlichen vom Ventil ab. Niedrige PWM-Frequenzen haben den generellen Nachteil, dass es zu einem relativ trägen Verhalten bei der Ventilansteuerung kommt und gleichzeitig eine zusätzlich große Totzeit durch die PWM-Frequenz (100 Hertz entspricht zehn Millisekunden Totzeit) vorhanden ist.

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