¿Hay alguna manera de saber qué frecuencia necesito que sea un PWM?

Tengo un motor de 12 V CC que gira a 60 RPM o 1 Hz. ¿Necesito un PWM que coincida con la frecuencia para que funcione? La mayoría de los que he visto son de alrededor de 25 kHz para un motor de 12V 20A.

No. No iguala las rotaciones por segundo con la frecuencia PWM. Tiene que ser mucho más alto. Lo desea lo suficientemente alto para que el motor funcione sin problemas (la inercia del motor suaviza el movimiento y la inductancia del motor ayuda a suavizar la corriente), pero no tan alto, las pérdidas de conmutación en su electrónica son excesivas. A menudo al menos 8-10kHz, pero es posible que desee> 20kHz si el ruido audible es un problema. Tienes bastante margen de maniobra antes de que se convierta directamente en la frecuencia "incorrecta".

Desea que la inductancia del motor produzca una ondulación razonablemente baja en la corriente durante el ciclo PWM. Aquí está la regla general de un fabricante de unidades :

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

Esta fórmula produce un poco de ondulación, alrededor del 40% de pico en el límite y D = 50%, por lo que puede ser deseable una frecuencia un poco más alta, especialmente si el motor funcionará con un ciclo de trabajo bajo.

En cualquier caso, la frecuencia PWM óptima puede depender del diseño del motor (para una eficiencia de conmutación y bajo costo, no desea que la frecuencia PWM sea más alta de lo necesario. Una frecuencia PWM innecesariamente alta puede causar pérdidas excesivas en el motor ya que así como en el controlador. Por otro lado, si la frecuencia es demasiado baja, el controlador RMS y la corriente del motor serán excesivos y provocarán muchas pérdidas del controlador (y pérdidas de cobre en el motor y el cableado). pueden ser efectos acústicos como un molesto silbido si la frecuencia es audible o si excita los modos vibratorios que son audibles, y a frecuencias muy bajas, la ondulación del par puede incluso ser objetable.

Por ejemplo, los motores de panqueque con inductancia muy baja pueden requerir un inductor en serie externo para poder utilizar una frecuencia PWM razonable.

A pesar de las reglas generales y demás, es probable que tenga que probar el motor y el controlador para obtener una buena estimación de la eficiencia. 20KHz-25kHz es probablemente un punto de partida razonable para un motor de CC con escobillas convencional con una cabeza de engranaje, como creo que está describiendo.

La frecuencia a elegir depende del filtro aplicado (por ejemplo, como un filtro RC). Su motor de CC probablemente no necesitará ningún filtro porque su inercia servirá para este propósito siempre que la frecuencia pwm sea lo suficientemente alta (algunos kHz deberían ser suficientes). El motor finalmente producirá un ruido no deseado, en ese caso es posible que desee agregar un condensador para suavizar.

Esos 25 kHz que mencionó probablemente se basan en el estándar Intel para fanáticos de PC. Pero tenga en cuenta: los 25 kHz no son proporcionales a las rpm en ningún tipo. Cuando se atenúa con PWM, es el ciclo de trabajo el que determina el consumo de energía de los motores . Si desea controlar las rpm reales, debe implementar un bucle de control. A menos que no use uno de esos ventiladores de PC de 4 pines mencionados, no es posible configurar rpm solo con PWM.

La respuesta de Shepro muestra una forma de estimar el límite inferior para $f_{PWM}$. Me gustaría agregar que el límite superior generalmente depende de su tiempo muerto, que introduce la distorsión de tiempo muerto (DTD). Hay varios aspectos que entran en juego, incluido el error de regulación (que generalmente se compensa), los armónicos (que a veces deben filtrarse) y una mayor disipación de potencia MOSFET (durante el tiempo muerto, la corriente del motor fluye a través de los diodos del cuerpo MOSFET que tienen una caída de voltaje mucho mayor que un MOSFET completamente abierto).

Como regla general, desea que su período PWM sea aproximadamente 50 veces mayor que el tiempo muerto, por lo que el tiempo muerto que ocurre dos veces durante un ciclo PWM toma solo el 4% del tiempo. Luego, deberá programar la compensación del tiempo muerto solo si necesita una buena precisión, y los métodos de compensación muy simples (como agregar una compensación constante al ciclo de trabajo) serán suficientes.

El rango audible ya fue mencionado. Por lo general quieres$f_{PWM}$para ser más alto que las frecuencias audibles, para evitar el ruido. Por lo general, el ruido por encima de 16 kHz se considera lo suficientemente débil como para que la mayoría de las personas no lo distinga, especialmente detrás de un ruido mecánico normal de un motor en funcionamiento.