Existe uma maneira de saber qual frequência eu preciso que um PWM seja?

Eu tenho um motor de 12V DC que gira a 60 RPMs ou 1 Hz. Preciso de um PWM que corresponda à frequência para funcionar? A maioria dos que eu vi são de cerca de 25 kHz para um motor de 12V 20A.

Não. Você não combina rotações por segundo com a frequência PWM. Precisa ser muito maior. Você deseja que seja alto o suficiente para que o motor funcione sem problemas (a inércia do motor suaviza o movimento e a indutância do motor ajuda a suavizar a corrente), mas não tão alta que as perdas de comutação em seus componentes eletrônicos sejam excessivas. Freqüentemente, pelo menos, 8-10kHz, mas você pode querer> 20kHz se houver ruído audível. Você tem bastante margem de manobra antes que se torne "a frequência errada".

Você deseja que a indutância do motor resulte em uma ondulação razoavelmente baixa da corrente durante o ciclo PWM. Aqui está uma regra prática de um fabricante de unidades :

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

Essa fórmula resulta em um pouco de ondulação, cerca de 40% de pico no limite e D = 50%, portanto, uma frequência um pouco mais alta pode ser desejável, especialmente se o motor for operado com baixo ciclo de trabalho.

De qualquer forma, a freqüência PWM ideal pode, portanto, depender do projeto do motor (para eficiência de comutação e baixo custo, você não deseja que a frequência PWM seja maior que o necessário. Uma frequência PWM desnecessariamente alta pode causar perdas excessivas no motor, pois Por outro lado, se a frequência for muito baixa, a corrente do driver e do motor RMS será excessiva e resultará em muitas perdas do driver (e perdas de cobre no motor e na fiação). haverá efeitos acústicos como um lamento irritante se a frequência for audível ou se excitar os modos vibracionais audíveis e, em frequências muito baixas, a oscilação do torque pode até ser questionável.

Por exemplo, motores de panqueca com indutância muito baixa podem exigir um indutor de série externo para poder usar uma frequência PWM razoável.

Apesar das regras básicas e assim por diante, você provavelmente precisará testar o motor e o motorista para obter uma boa estimativa da eficiência. 20KHz-25kHz é provavelmente um ponto de partida razoável para um motor DC escovado convencional com uma cabeça de engrenagem, como eu acho que você está descrevendo.

A frequência a escolher depende do filtro aplicado (por exemplo, como um filtro RC). Seu motor DC provavelmente não precisará de nenhum filtro, pois sua inércia servirá a esse propósito, desde que a frequência pwm seja alta o suficiente (alguns kHz devem ser suficientes). O motor eventualmente produzirá algum ruído indesejável; nesse caso, você poderá adicionar um capacitor para suavização.

Os 25 kHz que você mencionou provavelmente dependem do padrão da Intel para os fãs de PC. Mas observe: os 25kHz não são proporcionais a nenhuma rpm. Ao escurecer com PWM, é o ciclo de trabalho que determina o consumo de energia dos motores . Se você deseja controlar a rpm real, é necessário implementar um loop de controle. A menos que você não use um desses ventiladores de PC de 4 pinos mencionados, não é possível definir as rpm apenas com o PWM.

A resposta de Shepro mostra uma maneira de estimar o limite inferior para $f_{PWM}$. Gostaria de acrescentar que o limite superior normalmente depende do seu tempo morto, que introduz a Distorção de tempo morto (DTD). Existem vários aspectos que entram em jogo, incluindo erro de regulação (que geralmente é compensado), harmônicos (que às vezes precisam ser filtrados) e aumento da dissipação de potência do MOSFET (durante o tempo morto, a corrente do motor flui através dos diodos do corpo do MOSFET que foram uma queda de tensão muito maior do que um MOSFET totalmente aberto).

Como regra geral, você deseja que seu período PWM seja cerca de 50 vezes maior que o tempo morto, portanto, o tempo morto que ocorre duas vezes durante um ciclo PWM leva apenas 4% do tempo. Então, você precisará programar a compensação do tempo morto apenas se precisar de uma boa precisão, e métodos de compensação muito simples (como adicionar um deslocamento constante ao ciclo de serviço) serão suficientes.

O alcance audível já foi mencionado. Geralmente você quer$f_{PWM}$ser mais alto que as frequências audíveis, para evitar ruídos. Normalmente, o ruído acima de 16kHz é considerado fraco o suficiente para que a maioria das pessoas não o distinga, especialmente por trás de um ruído mecânico normal de um motor em funcionamento.