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Am Puls der Lüftung

Puls-Weiten-Modulierte Gebläseregler für den automobilen Einsatz

6. Mai 2011, 13:32 Uhr | Von Eric Hustedt, Jim Tompkins und Peter Sommerfeld

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Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Regelung über Pulsweitenmodulation

Der Einsatz der Pulsweitenmodulation (PWM) bei der Regelung von Lüftermotoren erlaubt es, die effektive Spannung und damit den Strom des Motors stufenlos zu regeln. Dies geschieht ohne die hohe Verlustleistung der anderen Methoden. Bei der PWM-Methode wird ein Schalter mit einer hohen Frequenz von etwa 20 kHz ein- und ausgeschaltet. Das Verhältnis der Zeit im ausgeschalteten Zustand und der Zeit im eingeschalteten Zustand, das Puls-Pause-Verhältnis, bestimmt hierbei die effektive Spannung, die sich über dem Motor aufbaut. Diese ist relativ konstant, da die Zeitkonstante des Motors sehr viel größer ist als die Schaltperiode. Somit sieht der Motor die effektive Gleichspannung und nicht die PWM-Spannung (Bild 1), was zu einer deutlichen Reduzierung der Verlustleistung führt.

Da bei der PWM-Methode der Schalter entweder ausgeschaltet oder eingeschaltet ist, fällt bei beiden Schaltzuständen wenig oder gar keine Verlustleistung an. Im eingeschalteten Zustand des Schalters fällt die meiste Spannung über dem Motor ab und nur sehr wenig Spannung über dem Schalter selbst, so dass die Verlustleistung im Schalter selbst klein ist. Bei ausgeschaltetem Schalter fällt die gesamte Spannung über dem Schalter ab und der Strom ist null, was bedeutet, dass hier keine Verlustleistung anfällt.

Nur während des eigentlichen Schaltprozesses fällt an einem Feldeffekttransistor, der üblicherweise als Schalter verwendet wird, eine nennenswerte Verlustleistung an. Diese Verlustleistung ist im Maximum – wenn Schalter und Last den gleichen Widerstand haben – sehr hoch, weshalb das Schalten zügig erfolgt, um diesen kritischen Punkt möglichst schnell zu durchschreiten. Dies erlaubt, die Verlustleistung sehr niedrig zu halten, was sich direkt auf den Kraftstoffverbrauch auswirkt.