Die Pulsweitenmodulation (oft mit PWM abgekürzt) wird vornehmlich zum Ansteuern größerer Lasten wie z.B. Motoren verwendet. Microcontroller haben daher oft bereits spezielle PWM Ausgänge integriert. Bei der Pulsweitenmodulation(PWM) werden Impulse mit voller Spannung, aber variabler Breite an den Motor gesendet. Ein Rechtecksignal mit konstanter Frequenz wird also mit einem bestimmten Tastverhältnis moduliert.
Vorteil dieser Ansteuerung ist, dass weniger Leistung verbraucht wird, da nicht permanent eine Eingangsspannung anliegt, die von einer Elektronik auf die gewünschte Motorspannung heruntergeregelt wird, sondern der Motor durch die Breite der Schaltimpulse gesteuert wird.
http://www.roboternetz.de/wiki/uploads/Main/pwm.gif
Diese drei Skizzen demonstrieren, wie ein Motor mit unterschiedlicher Pulsweite in drei verschiedenen Geschwindigkeit geregelt wird. In der Praxis ist die Pulsweite oft in 255 Schritten (8 Bit) und mehr regelbar. Gut zu erkennen ist in der Skizze, dass die eigentliche Grundfrequenz bei der Pulsweitenmodulation nicht verändert wird, sondern lediglich das Verhältnis der Ein- und Ausschaltzeit pro Welle ([math]T_{on}[/math] und [math]T_{off}[/math]). Die Modulationsfrequenz kann dabei variieren. Oft findet man Anwendungen im Frequenzbereich zwischen mehreren hundert Hertz (z.B. Bremslichter bei Autos) bis in den Bereich von 100 kHz (Schaltregler).
Durch die Pulsweitenmodulation ist es möglich, dass auch Verbraucher mit niedrigeren Nennspannungen an weit höheren Spannungen betrieben werden können. Dadurch, dass man die Pulsweite reduziert, reduziert man die im Mittel am Verbraucher anliegende Spannung.
[math] \overline{V_{pwm}} = V_{in}\cdot\frac{T_{on}}{T_{on}+T_{off}} = V_{in}\cdot T_{on}\cdot f_{PWM} [/math]
Bsp.: Wenn die Spannung 12V und die Pulsweite genau 50% beträgt, so bedeutet das, dass der Motor nur für die halbe Zeit mit der Spannung versorgt wird. Dies wäre vergleichbar mit dem Fall, dass der Motor für die volle Zeit mit einer kontinuierlichen Gleichspannung von 6V betrieben würde. Der große Vorteil ist also, dass die herabgesetzten 6V nicht wie bei herkömmlichen Regelungen am Transistor oder einem Widerstand in Wärme umgesetzt werden. Damit sich dieser Mittelwert einstellen kann, muss eine entsprechende Glättung des Signals vorliegen. Beim Motor ist das die Wicklung des Ankers, bei Schaltnetzteilen sind das die Kondensatoren am Ausgang.
Beispielschaltungen die PWM nutzen, findet man unter Getriebemotoren Ansteuerung Auch bei Schrittmotoren macht man sich diese Technik bei modernen Schaltkreisen und Steuerungen zunutze. Hier bezeichnet man sie oft auch als Chopper-Regelung, was letzlich aber sehr ähnlich ist.
Siehe auch
