Vor und Nachteile von PWM

[wosh]

Is gut gemeint Manf (danke für deine bemühungen), aber zum Glück brauch ich das nicht für einen öffentlichen Bericht, is aufjedenfall nicht vorgesehen. Is ja eigentlich so dass ich das Gebiet zusammenfassen soll und dann nur 5 min drüber reden, danach kommt halt dann eine Umfeldfrage, die mein Gebiet umfassen wird.
Nur so zur Info ^^.

Jo und danke für die Glückwünsche .


Aber jetzt mal ne Frage.
Also 1.

Ich hab als einen meiner nachteile von PWM geschrieben, dass oft das Problem vorliegt, dass man bei den µC nur eine begrenzte Frequenz zur Verfügung hat. Inwiefern stimmt das und is das mittlerweile durch die ganzen µC's am Markt nicht mehr so das Problem.

jo und 2.

blackbox du hast da von emv problemen gesprochen und dass diese beim umschalten durch die steilen schaltflanken entstehen. ist es nicht so, desto steiler die schaltflanken sind, desto weniger verlustleistung hab ich?
oder is das emv problem auf die frequenz bezogen?
vielleicht kannst das ja etwas genauer erläutern, würde mich interessieren.


(Wenn ich irgendwas falsches geschrieben habe, bessert mich bitte aus)

mfg wosh

[madcyborg]

zu 1.:
das kommt halt auf die genauigkeit an. z8mindest ists bei den avr's so, das ich bei 8bit 256 takte brauche um eine periode darzustellen. das heist die höchste frequenz die ich erreichen kann ist durch den takt begrenzt.
naja...ich hab keine ahnung wie schnell die avr's so werden können, aber ja mindestens 16mHz. es gibt bestimmt auch schnellere ic's.

zu 2.:
da denke ich liegt es tatsächlich an den flanken. denn je größer die stromänderung je zeit ist(und die zeit ist fast 0), desto stärker ist das induzierte magnetfeld-->um so leichter kann es etwas stören. und wenn man mehrere ampere laufend ein und ausschaltet kann ich mir gut vorstellen wie das stört.

[UlliC]

ch hab als einen meiner nachteile von PWM geschrieben, dass oft das Problem vorliegt, dass man bei den µC nur eine begrenzte Frequenz zur Verfügung hat. Inwiefern stimmt das und is das mittlerweile durch die ganzen µC's am Markt nicht mehr so das Problem.

Hallo wosh,

das Problem ist relativ und hängt vom Anwendungsfall ab.
In der Antriebstechnik nimmt man zum Beispiel gerne Zwischentaktfrequenzen oberhalb der Hörschwelle, also > 16 kHz
Bei einer üblichen Eingangstaktfrequenz von 16MHz erzielt man ein Auflösung der PW von 1: 1000 entsprechend etwa 10Bit, was in der Regel ausreicht.
EMV ist bei der reinen DA - Wandlung eigentlich kein Problem, erst wenn Leistungsbauelemente direkt angesteuert werden ist es eins; aus zwei Gründen: Steile Flanken, bzw Rechtecksignale enthalten hochfrequente Spektralanteile und diese werden in ihrer Amplitude durch die Leistungsbauelemente verstärkt.

[BlackBox]

Je Steiler die Flanken, um so geringer die Verlustleistung ist richtig. Allerdings ist eine anstiegsfreie Flanke auf Grund der immer irgendwo vorhandenen Induktivitäten und Kapazitäten nicht möglich. Es fliesen daher kurzzeitig sehr hohe Umschaltströme, die zu hochfrequenten Einschwingvorgängen führen, die dann über Zuleitung, Leiterbahn etc. abgestrahlt werden. Wie das z.B. bei einem Leistungsfet ungefähr aussieht habe ich mal angehängt.

Das gilt übrigens nicht nur für induktive oder Kapazitive Lasten. Ein paar cm Zuleitung oder eine Leiterbahn reichen aus um solche Probleme zu erzeugen. Bei einer hochfrequenten Leistungs-FET Ansteuerung ist z.B. jeder mm Leiterbahn zwischen Treiber und FET zu viel.

Das Bild zeigt die Steuerspannung des Fets (Ug), die Spannung über den zu steuernden Motor (Um) und dessen Strom (Is) beim Einschalt und Ausschaltvorgang. Zeitbasis ist 1ms/Div.

Nur noch als Anmerkung, der "komische" Verlauf des Stromes in den ersten 2ms wird durch die Induktivität von ca. 0,5m Zuleitung vom Akku zur Schaltung verursacht. Anfangs konnte ich mir den Verlauf nicht so recht klar machen.

[Minifriese]

Moin!

Zur EMV noch ne Frage: Prinzipiell hat natürlich eine steile Flanke, die ja bei PWM häufiger mal auftritt extrem viele Oberwellen, so gesehen sind Leitungen, auf denen PWM-Signale laufen, bestimmt EMV-Schleudern. Aber meistens glättet man ja das PWM-Signal über ein RC-Glied, so daß sich ein "weicherer" Spannungsverlauf ergibt.
=> Das müßte doch die EMV-Problematik reduzieren, oder?

Und: Wo glättet man eigentlich? Direkt am Ausgang des uC oder erst nach der Verstärkung, also im Leistungsstromkreis? Ich hätte ersteres gedacht, also vor der Verstärkung. Damit würde man ja die Leistung gar nicht mit so steilen Flanken schalten, was das Problem eher überschaubar machen sollte, oder?

Nils

[BlackBox]

Aber meistens glättet man ja das PWM-Signal über ein RC-Glied, so daß sich ein "weicherer" Spannungsverlauf ergibt.
=> Das müßte doch die EMV-Problematik reduzieren, oder?

Genau das ist eben bei der Steuerung großer Lasten nicht möglich, sondern nur da, wo aus der PWM eine Spannung gewonnen wird.

Und: Wo glättet man eigentlich? Direkt am Ausgang des uC oder erst nach der Verstärkung, also im Leistungsstromkreis? Ich hätte ersteres gedacht, also vor der Verstärkung. Damit würde man ja die Leistung gar nicht mit so steilen Flanken schalten, was das Problem eher überschaubar machen sollte, oder?

Wenn wir jetzt mal bei dem Beispiel einer Steuerung über einen Fet bleiben, dann müssen die Flanken so steil wie möglich am Gate anliegen. Also nirgnends nix mit glätten.
EMV-Probleme entstehen überall, wo steile Flanken auftreten also am MC, dem Fet-Treiber und am Ausgang selbst. Aus diesem Grund sollte man die Verbindungen generell so kurz wie möglich halten.

Die eigentliche Entschärfung der EMV-relevanten Signale erreicht man im Prinzip nur durch entsprechende Filter in den Versorgungsleitungen + geschirmtes Gehäuse. Die an der Last entstehenden Spitzen kann man über eine geeignete Beschaltung (z.B. Snubber-Network) reduzieren.

[wosh]

is ja etwas viel info auf einmal, muss aber auch zugeben dass mir das alles nicht so klar ist, wie es euch wahrscheinlich sein wird .

aber noch zu einer anderen frage:

irgendwie kommt mir der nachteil spanisch vor, kann mir den vielleicht wer, etwas erläutern.


PWM:

- langsam, da immer mehrere Perioden vergehen müssen, bis das Signal nach anschließender Integration den endgültigen Signalpegel annimmt


mfg wosh

[Minifriese]

langsam, da immer mehrere Perioden vergehen müssen, bis das Signal nach anschließender Integration den endgültigen Signalpegel annimmt.

Ich glaube, damit ist die Anwendung gemeint, die ich im Kopf hatte, naemlich die mit dem RC-Glied zur Glaettung. Dabei muss sich naemlich erst der Kondensator aufladen (oder entladen) bis der Ausgang sich auf die gewuenschte Spannung geaendert hat. Aber bei ausreichend hoher Frequenz ist der Kondensator klein genug, dass das recht fix geht.

Genau das ist eben bei der Steuerung großer Lasten nicht möglich, sondern nur da, wo aus der PWM eine Spannung gewonnen wird.

Hm. Aber genau das will ich doch machen: Ich will per PWM eine Spannung gewinnen, die dann die Steuerspannung fuer meinen Transistor ist. Wenn die Spannung moeglichst glatt ist, waere das doch gut, weil dann eben wie gesagt der Motor nicht diese Zacken zieht, sondern eine relativ konstante Spannung im Leistungskreis. Oder ist das eine besondere Eigenart von FETs? Ich hab jetzt nur an normale Transistoren gedacht.

Nils

[UlliC]

PWM:

- langsam, da immer mehrere Perioden vergehen müssen, bis das Signal nach anschließender Integration den endgültigen Signalpegel annimmt

Das gilt nur, wenn die elektrische Zeitkonstante des Stellgliedes >= der Periodendauer des PWM Signals ist.
Einfaches Beispiel:
Ein RC-Glied mit T=RC = 1ms wird von einem 1KHz PWM angesteuert.
Wenn du das Signal von 0 auf 99,3 % ändern willst, dauert es 5 Taktperioden bei einem Tastverhältnis von 100%.

Aber, auch wenn du nicht taktest, dauert es 5 T.

[BlackBox]

@Minifirese

Wenn Du den Transistor über die Spannung und damit im Prinzip über den Strom steuerst, arbeitet der Transistor als Längsregler und verbrät damit jede Menge Energie, womit der Hauptvorteil der PWM weg ist. Ein Motor soll z.B. mit 50% laufen, Ub=12V, Im=2A,
--> Transistor als Längsregler: Pv(Transistor)=6V*2A=12W,
--> Transistor als Schalter: Pv=0,7V (Uce)*2A/2=0,7W (/2, da Duty-Cycle 50%)

Auch ein Transistor wird bei PWM-Steuerungen im Schaltbetrieb betrieben. Jedenfalls bei größeren Strömen.