C'è un modo per dire quale frequenza ho bisogno di un PWM?

Ho un motore a 12V DC che gira a 60 RPM o 1 Hz. Ho bisogno di un PWM che corrisponda alla frequenza affinché funzioni? La maggior parte di quelli che ho visto sono circa 25 kHz per un motore 12V 20A.

No. Non abbini le rotazioni al secondo alla frequenza PWM. Deve essere molto più alto. Lo vuoi abbastanza alto in modo che il motore funzioni senza intoppi (l'inerzia del motore attenua il movimento e l'induttanza del motore aiuta a livellare la corrente), ma non così elevate le perdite di commutazione nell'elettronica sono eccessive. Spesso almeno 8-10kHz, ma potresti volere> 20kHz se il rumore udibile è un problema. Hai un po 'di margine di manovra prima che diventi una frequenza "sbagliata".

Si desidera che l'induttanza del motore determini un'ondulazione ragionevolmente bassa della corrente durante il ciclo PWM. Ecco una regola empirica di un produttore di unità :

$f_{PWM} \ge \frac {0.6V_{SUPPLY} }{L_{MOTOR}\cdot I_{NOMINAL}}$

Questa formula provoca un po 'di ondulazione, circa il 40% di picco al limite e D = 50%, quindi una frequenza un po' più alta potrebbe essere desiderabile, specialmente se il motore verrà azionato con un ciclo di lavoro basso.

In ogni caso, la frequenza PWM ottimale può quindi dipendere dal design del motore (per efficienza di commutazione e basso costo non si desidera che la frequenza PWM sia superiore al necessario. Una frequenza PWM inutilmente elevata può causare perdite eccessive nel motore poiché così come nel driver. D'altra parte, se la frequenza è troppo bassa, il driver RMS e la corrente del motore saranno eccessivi e comporteranno molte perdite del driver (e perdite di rame nel motore e nel cablaggio). essere effetti acustici come un lamento fastidioso se la frequenza è udibile o se eccita le modalità vibrazionali che sono udibili e a frequenze molto basse l'increspatura della coppia potrebbe persino essere discutibile.

Ad esempio, i motori pancake con induttanza molto bassa possono richiedere un induttore in serie esterno per poter utilizzare una ragionevole frequenza PWM.

Nonostante le regole empiriche e così via, probabilmente dovrai testare il motore e il conducente per ottenere una buona stima dell'efficienza. 20KHz-25kHz è probabilmente un ragionevole punto di partenza per un motore DC spazzolato convenzionale con una testa ad ingranaggi come penso che tu stia descrivendo.

La frequenza da scegliere dipende dal filtro applicato (ad es. Come un filtro RC). Il tuo motore DC probabilmente non avrà bisogno di filtri perché la sua inerzia servirà a questo scopo fintanto che la frequenza pwm è abbastanza alta (alcuni kHz dovrebbero essere sufficienti). Alla fine il motore produrrà un rumore indesiderato, in tal caso potresti voler aggiungere un condensatore per il livellamento.

Quei 25 kHz che hai citato probabilmente si basano sullo standard Intel per gli appassionati di PC. Ma nota: i 25kHz non sono proporzionali ai giri / min in nessun tipo. Durante l'oscuramento con PWM è il ciclo di lavoro che determina il consumo di energia dei motori . Se si desidera controllare il numero di giri effettivo, è necessario implementare un ciclo di controllo. A meno che non si usi una di quelle ventole per PC a 4 pin menzionate, non è possibile impostare i giri / min solo con PWM.

La risposta di Shepro mostra un modo per stimare il limite inferiore per $f_{PWM}$. Vorrei aggiungere che il limite superiore dipende in genere dal tempo morto, che introduce Dead Time Distortion (DTD). Ci sono diversi aspetti che entrano in gioco, tra cui l'errore di regolazione (che di solito è compensato), le armoniche (che a volte devono essere filtrate) e la maggiore dissipazione di potenza del MOSFET (durante il tempo morto la corrente del motore scorre attraverso i diodi del corpo MOSFET che hanno una caduta di tensione molto più elevata rispetto a un MOSFET completamente aperto).

Come regola generale, vuoi che il tuo periodo PWM sia circa 50 volte più grande del tempo morto, quindi il tempo morto che si verifica due volte durante un ciclo PWM richiede solo il 4% del tempo. Quindi dovrai programmare la compensazione dei tempi morti solo se hai bisogno di una buona precisione e saranno sufficienti metodi di compensazione molto semplici (come l'aggiunta di un offset costante al ciclo di lavoro).

La gamma udibile era già stata menzionata. Di solito lo vuoi$f_{PWM}$essere superiore alle frequenze udibili, per evitare il rumore. In genere, il rumore sopra 16kHz è considerato abbastanza debole in modo che la maggior parte delle persone non lo distingua, specialmente dietro un normale rumore meccanico di un motore in funzione.