Calculateur de cycle d'utilisation PWM
Calculez le cycle de service, la fréquence, la tension moyenne, le temps d'arrêt et la tension efficace des PWM à partir des paramètres de fonctionnement et de période
Formule
Comment ça marche
Le calculateur de cycle de service PWM détermine le pourcentage de fonctionnement, la tension moyenne et la puissance délivrée pour les signaux modulés en largeur d'impulsion, ce qui est essentiel pour le contrôle de la vitesse du moteur, la gradation des LED et les convertisseurs de puissance à commutation. Les développeurs embarqués, les ingénieurs en contrôle moteur et les concepteurs d'électronique de puissance utilisent cet outil pour configurer les périphériques de minuterie et optimiser les circuits de commande. Selon la note d'application SPRAA88 de TI, le PWM permet de contrôler la puissance quasiment sans perte en activant ou en désactivant complètement la régulation plutôt que par une régulation linéaire : un moteur à rapport cyclique à 50 % dissipe moins de 2 % de la puissance dans le MOSFET contre 50 % dans un régulateur linéaire. La relation fondamentale Vavg = Vpp × D (où D = Ton/T) fournit la tension moyenne mesurée par l'inertie mécanique ou thermique de la charge. Selon la puce AN964, la fréquence PWM doit dépasser la constante de temps de charge de 10 fois au minimum : la constante de temps mécanique du moteur τ = J×R/K² (généralement 10 à 100 ms) nécessite fsw > 1 kHz, tandis que la constante de temps thermique des LED (~100 ms) permet une gradation sans scintillement de plus de 100 Hz. La résolution dépend de l'horloge et de la période du minuteur : un minuteur 8 bits fournit 256 étapes (résolution de 0,4 %), tandis qu'un minuteur 16 bits atteint 65 536 pas (résolution < 0,002 %).
Exemple Résolu
Contrôle de vitesse du moteur PWM de conception pour un moteur 12 V DC avec une vitesse nominale de 500 tr/min. Exigences : plage de vitesse de 10 à 100 %, ondulation de vitesse < 5 %, bruit audible minimum. Étape 1 : Calculez la fréquence cible — Constante de temps du moteur τ = 50 ms (à partir de la fiche technique J, R, K). Pour < 5% ripple : fsw > 3/ (0,05 × τ) = 1,2 kHz. Pour un fonctionnement inaudible : fsw > 20 kHz (au-dessus de l'audition humaine). Sélectionnez 25 kHz. Étape 2 : Déterminer la configuration de la minuterie — Utilisation de STM32 à 72 MHz : Période = 72 M/25 k = 2880 comptes. Résolution = 1/2880 = 0,035 % (excellente). Étape 3 : Calculez le rapport cyclique pour une vitesse de 50 % — En supposant une relation de vitesse linéaire en V : D = 50 % pour 250 tr/min. Vavg = 12 × 0,5 = 6 V. Étape 4 : vérification de la température du MOSFET — À 25 kHz avec un temps de commutation de 20 ns, Qg = 30 nC : Psw = 30 n × 12 × 25 k = 9 mW. Pcond à 5 A, 10 mΩ : 0,25 W. Total : 0,26 W — aucun dissipateur thermique n'est requis pour le boîtier SOT-23. Étape 5 : Ajouter un amortisseur — L'inductance du moteur provoque Vspike = L×Di/dt. Avec 100 µH, arrêt de 5 A en 50 ns : Vspike = 10 V. Total = 22 V, bien en deçà de la valeur nominale du MOSFET de 30 V.
Conseils Pratiques
- ✓Conformément à la note d'application de la commande de moteur Infineon, utilisez un PWM aligné au centre pour réduire les interférences électromagnétiques : la commutation symétrique crée une fréquence de commutation effective multipliée par deux avec la moitié de l'ondulation du courant par rapport à une commutation alignée sur les bords
- ✓Mettez en place une rampe de démarrage progressif (100 à 500 ms) pour éviter les chocs mécaniques et les courants d'appel : augmentez linéairement le cycle de service de 0 % à la cible sur 10 à 50 cycles PWM
- ✓Ajoutez un filtre passe-bas RC (fc = fsw/100) après le PWM pour les applications de sortie de tension analogique : un PWM de 25 kHz avec un filtre de 2,5 kHz et un condensateur de 10 µF crée une tension continue ondulée inférieure à 1 %
Erreurs Fréquentes
- ✗Utilisation d'une fréquence PWM inférieure à la bande passante de charge : un PWM de 100 Hz sur un moteur avec une constante de temps de 20 ms entraîne une variation de vitesse de 15 à 20 % par cycle ; augmentez à 1 kHz et plus pour un fonctionnement fluide
- ✗Ignorer la zone morte lors de faibles cycles de service : le délai de propagation du pilote de grille (10 à 50 ns) définit le temps de fonctionnement effectif minimum ; à 1 MHz PWM, le temps de fonctionnement minimum de 50 ns limite la résolution à 5 % du cycle de service minimum
- ✗<500 Hz or >Sélection de la fréquence PWM audible (500 Hz - 15 kHz) pour les moteurs : le bruit acoustique électromagnétique provenant des enroulements du moteur crée un gémissement gênant ; utilisez 18 kHz
Foire Aux Questions
Shop Components
As an Amazon Associate we earn from qualifying purchases.
DC-DC Buck Converter Modules
Adjustable step-down converter modules for bench and prototype use
Calculateurs associés
General
Minuterie 555
Calculez la fréquence, le rapport cyclique et les valeurs des composants RC pour la minuterie 555 en mode astable et monostable.
Power
Régulateur de commutation Ripple
Calculez l'ondulation de la tension de sortie du convertisseur Buck, l'ondulation du courant d'inductance et la contribution ESR pour la conception des régulateurs de commutation
Power
Convertisseur Buck
Concevez un convertisseur synchrone (abaisseur) : calculez le rapport cyclique, la valeur de l'inducteur, le condensateur de sortie, le condensateur d'entrée et le rendement théorique.
Power
Diviseur de tension
Calculez la tension de sortie du diviseur de tension, le courant, l'impédance de Thévenin et la dissipation de puissance à partir de Vin, R1 et R2. Idéal pour les réseaux biaisés et les changements de niveau.