PWM-Tutorial: Was ist Pulsweitenmodulation?

Das ist ein vollwertiger Auszug aus dem Buch Elektronik und Heimautomation DIY.

Die Pulsweitenmodulation (PWM) ist eine digitale Modulationstechnik, bei dem die Spannung in schneller Folge ein- und ausgeschaltet wird. Dabei handelt es sich grundsätzlich um eine Rechteckwelle mit variabler Ein- und Ausschaltzeit, jedoch konstanter Frequenz. Anstatt Komponenten durch die Höhe der Betriebsspannung zu steuern, wird bei PWM die Spannung in kurzen Intervallen unterbrochen. Durch das Verhältnis zwischen Spannungsimpulsen und Pausen lässt sich die gewünschte Effektivspannung präzise einstellen.

Was ist die Periodendauer?

Periodendauer: Die Zeit, die ein vollständiger Ein-Aus-Zyklus benötigt, wird als Periodendauer (Cycle Time) bezeichnet. Sie ist der Kehrwert der Frequenz (1/f).

T = 1 / f

Beispiel: 1 Sek / 500 Hz = 0,002 s (2 ms)

Der Tastgrad (Duty Cycle)

Einschaltzeit (Duty Cycle): Das Verhältnis der Zeit, in der das Signal eingeschaltet ist, zur gesamten Periodendauer wird als Tastgrad oder Duty Cycle bezeichnet und in Prozent angegeben.

Tastgrad = (Pulsdauer / Periodendauer) * 100

Beispiel: 1 ms / 2 ms = 50 %

Arithmetisches Mittel & Effektivspannung

Effektivspannung: Durch die PWM-Steuerung erhält die angeschlossene Komponente nicht die volle Betriebsspannung über den gesamten Zeitraum, sondern nur den Bruchteil der Zeit, in der das Signal eingeschaltet ist. Die „gefühlte“ Spannung am Verbraucher entspricht dabei der Effektivspannung.

U_m = U_max · T (T = Tastgrad als Dezimalzahl)

U_Eff = U_max · √T