PWM 제어

 

PWM 제어는 ON/Off 듀티 비율을 조절하여 모터 양단의 전압을 조절하는 방법으로 전기 에너지를 열로 낭비하는 저항제어, 리니어 제어에 비해서 효율적인 모터 제어 방법이다. 그러나 차량내 모터, 제어기 등의 증가로 EMC 기준이 강화되고 있으며, PWM과 같은 구형파의 경우 주파수 도메인에서 PWM 주파수와 같은 fundamental 피크 노이즈와 그에 배수인 harmonic 노이즈가 발생하여 이에 대한 적절한 설계가 꼭 필요하다. 

특히 배터리로 구동되는 전기차, 모빌리티, UAM등의 경우 전력 손실 감소에 의한 주행 거리 향상이 필수적이며 이에 PWM 제어가 증가할것으로 예상된다. 

 

• PWM 제어 작동 방식
  • PWM 주파수: 가청 주파수 대역을 피해서 20kHz를 주파수로 사용한다. 
  • 듀티 사이클(%): 모터 속도를 제어합니다.
  • 0% 듀티 사이클 → 모터 꺼짐
  • 50% 듀티 사이클 → 모터 절반 속도
  • 100% 듀티 사이클 → 모터 최대 속도
• PWM 제어의 장점
  • 고효율: 저항제어나 리니어 제어에 비해 에너지 손실이 최소화된다.
  • 부드러운 속도 제어: 모터 속도에 대한 선형 제어를 제공한다.
  • 낮은 발열: FET가 완전히 켜지거나 꺼지므로 과도한 열 발산을 방지한다.
  • 더 긴 모터 수명: 모터 구성 요소의 스트레스를 줄인다.
  • 마이크로컨트롤러 및 ECU와 호환: ECU 제어 팬, 전자식 스로틀 제어(ETC), 전기식 파워 스티어링(EPS)에 사용된다.
• PWM 제어의 단점
  • PWM 파형이기 때문에 기본 제어 주파수의 배수로 주파수 영역에서 노이즈가 발생한다. 제품 양산시 노이즈 스펙 (예, CISPR12, CISPR32 등)을 만족시키기 위해서 적절한 EMC 설계를 필요로 한다.
  • 저항제어 또는 리니어 제어대비 가격이 비싸다.
• PWM 제어의 일반적인 자동차 응용 분야
  • Blower Motor Fans: 부드러운 HVAC 팬 속도 제어.
  • Radiator Cooling Fans: ECU가 엔진 온도에 따라 속도를 조정한다.
  • Electronic Throttle Control(ETC) – 스로틀 밸브를 정확하게 제어한다.
  • Power Seats & Windows – 갑작스러운 움직임을 방지하고 부드러운 이동을 제공한다.
  • Electric Fuel Pumps – 최적의 연료 대 공기 비율을 제공하기 위해서 연료 라인의 압력을 조절한다.