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Controllore di velocità PWM in microelettronica

Origine dei regolatori di velocità PWM

Prima dello sviluppo dell'elettronica di potenza, il controllo della velocità dei motori DC (a spazzole) veniva risolto con regolatori lineari o resistenze in serie. In pratica, la tensione (e quindi anche la corrente) veniva ridotta per modificare la velocità.

Tuttavia, questa soluzione presenta alcuni svantaggi, che diventano evidenti soprattutto nel funzionamento a batteria . La tensione e la corrente vengono convertite in energia termica (non utilizzata) ("bruciata") nell'unità di controllo (o nella resistenza).

Il consumo totale rimane molto alto, mentre la potenza utilizzabile diventa minore. Poiché la coppia dipende dal flusso di corrente, anche questo crolla.

Come funzionano i regolatori di velocità PWM

 Con l'ulteriore sviluppo dell'elettronica di potenza, il problema è stato affrontato con un'idea diversa. Accendendo e spegnendo (molto) rapidamente la tensione di alimentazione, la tensione (e quindi la corrente) viene "pulsata". Durante il periodo di "OFF", l'interruttore (elettronico) non perde potenza. Ciò significa che non ci sono (quasi) più perdite nel regolatore.

Durante il tempo di "ON", al motore viene applicata la tensione completa. Di conseguenza, la corrente - e quindi la coppia - è corrispondentemente alta. Sfortunatamente, un motore con le sue bobine e il suo nucleo di ferro non è un consumatore ohmico ideale, motivo per cui questa affermazione non è completamente corretta da un punto di vista fisico. 

 Tuttavia, la combinazione dell'induttanza della bobina e dell'inerzia del motore aiuta a smussare la velocità, in modo che il motore si comporti come se funzionasse con una tensione continua.

 

Controllore di velocità PWM

 

Questo ci porta agli svantaggi della modulazione di larghezza di impulso. La modulazione con una tensione a onda quadra porta all'emissione di più frequenze radio. Questo comporta un'interferenza EMC che può portare a errori insidiosi, soprattutto con i controllori .

Nella bassa gamma di frequenze PWM (1-2kHz), si verificano sgradevoli rumori di fischio sul motore. A questo punto si potrebbe semplicemente aumentare la frequenza di commutazione. Tuttavia, la corrente non ha il tempo sufficiente per raggiungere il suo stato massimo nella bobina/avvolgimento. Oscilla quindi tra due valori di stato non stabili, il che porta a un'ondulazione di corrente.

Un'ondulazione di corrente eccessiva aumenta il riscaldamento dell'avvolgimento, riducendo le prestazioni e la durata del motore .

... un bel po' di fisica per un piccolo componente.

Ora la buona notizia: Per i motori di questa classe di potenza, questi svantaggi sono abbastanza accettabili .
Accontentiamoci dei vantaggi precedentemente descritti.

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