Vezje PWM s sinusnim valom (SPWM) z opampom

SPWM se nanaša na modulacijo širine impulza s sinusnim valom, ki je razporeditev širine impulza, pri kateri so impulzi na začetku ožji, ki se postopoma širijo na sredini in nato spet ožijo na koncu dogovora. Ta nabor impulzov, kadar je implementiran v induktivni aplikaciji, kot je pretvornik, omogoča pretvorbo izhoda v eksponentno sinusno valovno obliko, ki je lahko videti popolnoma enaka običajni mrežni sinusni valovni obliki,

Pridobivanje izhoda sinusnega vala od pretvornika je lahko najpomembnejša in najugodnejša značilnost za zagotavljanje največje učinkovitosti enote glede na kakovost izhoda. Naučimo se, kako narediti sinusni PWM ali SPWM z uporabo opampa.

Simulacija sinusne valovne oblike ni enostavna

Doseganje izhoda sinusnega vala je lahko precej zapleteno in morda ni priporočljivo za pretvornike, ker elektronske naprave običajno ne marajo eksponentno naraščajočih tokov ali napetosti. Ker so pretvorniki v bistvu izdelani s polprevodniškimi elektronskimi napravami, se sinusni valovni obliki običajno izognemo.

Elektronske napajalne naprave, kadar so prisiljene delovati s sinusoidnimi valovi, dajejo neučinkovite rezultate, saj se naprave navadno sorazmerno bolj vroče v primerjavi z delovanjem s kvadratnimi valovnimi impulzi.

Torej naslednja najboljša možnost za izvajanje a sinusni val iz pretvornika je s pomočjo PWM, kar pomeni modulacija širine impulza.

PWM je napreden način (digitalna različica) za prikazovanje eksponentne valovne oblike skozi sorazmerno različne kvadratne širine impulzov, katerih neto vrednost je izračunana tako, da se natančno ujema z neto vrednostjo izbrane eksponentne valovne oblike, tu se 'neto' vrednost nanaša na RMS vrednost. Zato lahko popolnoma izračunan PWM glede na dani sinusni val uporabimo kot popoln ekvivalent za kopiranje danega sinusnega vala.

Poleg tega PWM postanejo idealno združljivi z elektronskimi napajalnimi napravami (MOSFET-ji, BJT-ji, IGBTS) in omogočajo njihovo delovanje z minimalnim odvajanjem toplote.

Vendar se generiranje ali izdelava valovnih oblik sinewave PWM običajno šteje za zapleteno in to zato, ker implementacije v mislih ni enostavno simulirati.

Celo jaz sem moral skozi neko možgansko nevihto, preden sem lahko pravilno simuliral funkcijo z intenzivnim razmišljanjem in domišljijo.

Kaj je SPWM

Najpreprostejša znana metoda za ustvarjanje sintetičnega PWM (SPWM) je dovajanje nekaj eksponentno različnih signalov na vhod opampa za zahtevano obdelavo. Med obema vhodnima signaloma mora biti eden po frekvenci precej višji v primerjavi z drugim.

The IC 555 se lahko učinkovito uporablja tudi za ustvarjanje sinusno ekvivalentnih PWM , z vključitvijo vgrajenih opampov in R / C trikotnega generatorja rampe.

Naslednja razprava vam bo pomagala razumeti celoten postopek.

Novi ljubitelji in celo strokovnjaki bodo zdaj povsem enostavno razumeli, kako se sinhrono-valovna PWM (SPWM) izvaja z obdelavo nekaj signalov z uporabo opampa, ugotovimo s pomočjo naslednjega diagrama in simulacije.

Uporaba dveh vhodnih signalov

Kot je bilo omenjeno v prejšnjem poglavju, postopek vključuje dovajanje dveh eksponentno spremenljivih valovnih oblik na vhode opampa.

Tu je opamp konfiguriran kot tipičen primerjalnik, zato lahko domnevamo, da bo opamp takoj začel primerjati trenutne napetostne ravni teh dveh naloženih valovnih oblik v trenutku, ko se ti pojavijo ali so uporabljeni na njegovih vhodih.

Da bi opampu omogočili pravilno izvajanje zahtevanih sinusnih valov PWM na svojem izhodu, je nujno, da ima eden od signalov veliko višjo frekvenco kot drugi. Tu je počasnejša frekvenca, ki naj bi bila vzorčni sinusni val, ki ga morajo PWM posnemati (ponoviti).

V idealnem primeru bi morala biti oba signala sinusna vala (eden z višjo frekvenco kot drugi), vendar je mogoče isto uporabiti tudi z vključitvijo trikotnega vala (visoka frekvenca) in sinusnega vala (vzorčni val z nizko frekvenco).

Kot je razvidno iz naslednjih slik, se visokofrekvenčni signal vedno uporablja za invertirajoči vhod (-) opampa, drugi počasnejši sinusni val pa za neinvertirajoči (+) vhod opampa.

V najslabšem primeru sta lahko oba signala trikotni valovi s priporočenimi frekvencami, kot je opisano zgoraj. Kljub temu bi vam to pomagalo doseči razmeroma dober PWM, enakovreden sinusnim valom.

Signal z višjo frekvenco se imenuje nosilni signal, počasnejši vzorec pa modulacijski vhod.

Ustvarjanje SPWM z valom Triangle in Sinewave

Sklicujoč se na zgornjo sliko, lahko skozi narisane točke jasno predstavimo različne sovpadajoče se ali prekrivajoče se napetostne točke obeh signalov v določenem časovnem obdobju.

Vodoravna os označuje časovno obdobje valovne oblike, medtem ko navpična os označuje napetostne ravni obeh hkrati delujočih, nameščenih valovnih oblik.

Slika nas obvešča, kako bi se opamp odzval na prikazane sočasne trenutne ravni napetosti obeh valovnih oblik in na svojem izhodu ustvaril ustrezno spremenljiv sinusni PWM.

Postopka pravzaprav ni tako težko predstavljati. Opamp preprosto primerja spreminjajoče se trenutne ravni napetosti hitrega trikotnega vala s sorazmerno veliko počasnejšim sinusnim valom (to je lahko tudi trikotni val) in preveri primere, v katerih je napetost trikotnega vala lahko nižja od napetosti sinusnega vala in se takoj odzove ustvarjanje visoke logike na svojih izhodih.

To se ohranja, dokler je potencial trikotnega vala še vedno pod potencialom sinusnega vala in v trenutku, ko je potencial sinusnega vala nižji od trenutnega potenciala trikotnega vala, se izhodi vrnejo z nizkim in trajajo, dokler se situacija ne povrne .

Ta neprekinjena primerjava trenutnih potencialnih ravni dveh naloženih valovnih oblik na obeh vhodih opampov povzroči ustvarjanje ustrezno spreminjajočih se PWM-jev, kar je lahko natančna replikacija sinusne valovne oblike, ki se uporablja na neinvertirajočem vhodu opampa.

Opamp Procesiranje SPWM

Naslednja slika prikazuje slo-mo simulacijo zgornjega postopka:

Tu smo lahko priča, da se zgornja razlaga izvaja praktično, in prav tako bi opamp izvedel enako (čeprav z veliko hitrejšo hitrostjo, v ms).

Zgornja slika prikazuje nekoliko natančnejši prikaz SPWM kot drugi drsni diagram, ker sem na prvi sliki imel udobje postavitve grafa v ozadju, medtem ko sem moral na drugem simuliranem diagramu enako načrtovati brez pomoči koordinate grafa, zato sem morda pogrešal nekaj sovpadajočih se točk, zato so rezultati v primerjavi s prvim videti nekoliko netočni.

Kljub temu je operacija povsem očitna in nazorno prikazuje, kako naj bi opamp obdelal sinusni val PWM s primerjavo dveh hkrati spreminjajočih se signalov na svojih vhodih, kot je bilo pojasnjeno v prejšnjih oddelkih.

Pravzaprav bi opamp mnogo bolj natančno obdelal PWM s sinusnim valom kot zgoraj prikazana simulacija, morda je 100-krat boljši in ustvari izredno enakomerne in dobro dimenzionirane PWM, ki ustrezajo dovedenemu vzorcu. sinusni val.

Shema vezja