Design and Experimental Validation of a PWM-Based Digital Signal Generator Using Harmonic Synthesis

Der zunehmende Einsatz digital gesteuerter leistungselektronischer Systeme hat zu einer wachsenden Nachfrage nach flexibler und präziser Signalerzeugung geführt. Im Vergleich zu herkömmlichen analogen Ansätzen bieten digitale Signalgeneratoren eine verbesserte Reproduzierbarkeit, Programmierbarkeit und Integration in moderne Steuerungsplattformen. Insbesondere die Pulsweitenmodulation (PWM) in Kombination mit der digitalen Wellenformsynthese ermöglicht die Erzeugung einer Vielzahl von Signalformen unter Verwendung von Standard-Mikrocontroller-Hardware.Diese Masterarbeit konzentriert sich auf den Entwurf und die experimentelle Validierung eines PWM-basierten digitalen Signalgenerators unter Verwendung harmonischer Synthese. Das Ziel ist es, sinusförmige und nicht-sinusförmige Referenzwellenformen digital zu erzeugen und sie am Ausgang einer leistungselektronischen Stufe unter Verwendung eines passiven Tiefpassfilters zu rekonstruieren.Die praktische Umsetzung erfolgt auf einem TMS320F28069M-Mikrocontroller in Kombination mit DRV8301-Evaluierungsboards. MATLAB/Simulink wird für den modellbasierten Entwurf und die automatische Codegenerierung verwendet, während LTspice-Simulationen die Analyse und Dimensionierung des passiven Ausgangsfilters unterstützen. Die digitalen Referenzsignale werden mit einem harmonischen Ansatz erzeugt und mit den integrierten PWM-Modulen des Mikrocontrollers in PWM-Signale umgewandelt.Die Leistung des implementierten Systems wird durch Zeitbereichsmessungen von sinusförmigen, rechteckigen und sägezahnförmigen Wellenformen sowie durch eine gemessene Amplitudenfrequenzantwort des Ausgangsfilter bewertet. Die Ergebnisse zeigen eine clÜbersetzt mit DeepL.com (kostenlose Version)