Siniaalto-PWM (SPWM) -piiri Opampia käyttämällä

SPWM viittaa siniaalto-pulssinleveyden modulaatioon, joka on pulssinleveysjärjestely, jossa pulssit ovat kapeammat alussa, jotka asteittain laajenevat keskeltä ja sitten kapenevat jälleen järjestelyn lopusta. Tämä pulssisarja, kun se toteutetaan induktiivisessa sovelluksessa, kuten invertterissä, mahdollistaa lähdön muuntamisen eksponentiaaliseksi siniaaltomuodoksi, joka voi näyttää täsmälleen identtiseltä tavanomaisen verkkoisen siniaaltomuodon kanssa,

Siniaaltolähdön hankkiminen invertteristä voi olla tärkein ja edullisin ominaisuus, jotta yksikölle saadaan mahdollisimman tehokas, sen ulostulolaadun suhteen. Oppitaan, miten siniaalto PWM tai SPWM tehdään opampilla.

Siniaaltomuodon simulointi ei ole helppoa

Sinimuotoisen aaltolähdön saavuttaminen voi olla melko monimutkaista, eikä sitä ehkä suositella inverttereille, koska elektroniset laitteet eivät yleensä pidä eksponentiaalisesti nousevista virroista tai jännitteistä. Koska invertterit valmistetaan olennaisesti käyttämällä puolijohteisia elektronisia laitteita, sinimuotoista aaltomuotoa vältetään normaalisti.

Elektroniset teholaitteet, kun ne pakotetaan toimimaan sinimuotoisten aaltojen kanssa, tuottavat tehottomia tuloksia, koska laitteilla on taipumus lämmetä suhteellisen enemmän kuin käytettäessä neliöaaltopulsseilla.

Joten seuraavaksi paras vaihtoehto a siniaalto invertteristä on PWM, joka tarkoittaa pulssinleveyden modulointia.

PWM on edistynyt tapa (digitaalinen muunnos) asettaa eksponentiaalinen aaltomuoto suhteellisesti vaihtelevien neliöpulssileveyksien kautta, joiden nettoarvo lasketaan vastaavan tarkalleen valitun eksponentiaalisen aaltomuodon nettoarvoa, tässä 'nettoarvo' viittaa RMS-arvoon. Siksi täydellisesti laskettua PWM: ää tietyn siniaallon suhteen voidaan käyttää täydellisenä ekvivalenttina annetun siniaallon replikoinnissa.

Lisäksi PWM: t tulevat ihanteellisesti yhteensopiviksi elektronisten virtalähteiden (mosfettien, BJT: n, IGBTS: n) kanssa ja antavat niiden toimia pienellä lämmöntuotto.

Sinewave-PWM-aaltomuotojen luomista tai tekemistä pidetään kuitenkin yleensä monimutkaisena, ja siksi, että toteutusta ei ole helppo simuloida yhdessä mielessä.

Jopa minun piti käydä läpi joitain aivoriihiä, ennen kuin pystyin simuloimaan toiminnan oikein intensiivisen ajattelun ja kuvittelun avulla.

Mikä on SPWM

Helpoin tunnettu menetelmä synkronoivan PWM: n (SPWM) muodostamiseksi on syöttämällä pari eksponentiaalisesti vaihtelevaa signaalia opampin tuloon tarvittavaa prosessointia varten. Kahden tulosignaalin joukossa yhden on oltava taajuudeltaan paljon suurempi kuin toinen.

IC 555: tä voidaan myös käyttää tehokkaasti sinivastaavien PWM: ien tuottamiseen , sisällyttämällä sisäänrakennetut opampit ja R / C-kolmion ramppigeneraattoripiiri.

Seuraava keskustelu auttaa sinua ymmärtämään koko menettelyä.

Uusille harrastajille ja jopa ammattilaisille on nyt melko helppo ymmärtää, miten siniaalto-PWM: t (SPWM) toteutetaan käsittelemällä pari signaalia opampilla, selvitämme sen seuraavan kaavion ja simulaation avulla.

Kahden sisääntulosignaalin käyttäminen

Kuten edellisessä osassa mainittiin, toimenpide käsittää kahden eksponentiaalisesti vaihtelevan aaltomuodon syöttämisen opampin tuloihin.

Tässä opamp on määritetty tyypilliseksi vertailijaksi, joten voimme olettaa, että opamp alkaa heti verrata näiden kahden päällekkäisen aaltomuodon hetkellistä jännitetasoa sillä hetkellä, kun ne näkyvät tai niitä käytetään sen tuloihin.

Jotta opamp pystyy toteuttamaan vaaditut siniaalto-PWM: t oikein lähdössään, on välttämätöntä, että yhdellä signaaleista on paljon korkeampi taajuus kuin toisella. Hitaampi taajuus on tässä se, jonka oletetaan olevan näytteen siniaalto, joka PWM: ien on jäljiteltävä (replikoitava).

Ihannetapauksessa molempien signaalien tulisi olla siniaaltoja (toisella suurempi taajuus kuin toisella), mutta sama voidaan toteuttaa myös sisällyttämällä kolmioaalto (korkea taajuus) ja siniaalto (näyteaalto matalalla taajuudella).

Kuten seuraavista kuvista voidaan nähdä, suurtaajuussignaali johdetaan poikkeuksetta opampin käänteistuloon (-), kun taas toinen hitaampi siniaalto syötetään opampin ei-invertoivaan (+) tuloon.

Pahimmassa tapauksessa molemmat signaalit voivat olla kolmion aaltoja suositelluilla taajuustasoilla, kuten edellä on keskusteltu. Silti se auttaisi sinua saavuttamaan kohtuullisen hyvän siniaaltoa vastaavan PWM: n.

Suuremman taajuuden signaalia kutsutaan kantoaaltosignaaliksi, kun taas hitaampaa näytesignaalia kutsutaan moduloivaksi tuloksi.

SPWM: n luominen kolmion aallolla ja Sinewavella

Edellä olevaan kuvaan viitaten voimme visualisoida selvästi piirrettyjen pisteiden kautta kahden päällekkäisen tai päällekkäisen jännitteen pisteen kahdesta signaalista tietyllä aikavälillä.

Vaaka-akseli osoittaa aaltomuodon ajanjaksoa, kun taas pystyakseli osoittaa kahden samanaikaisesti käynnissä olevan, päällekkäisen aaltomuodon jännitetasot.

Kuva kertoo meille, kuinka opamp reagoisi esitettyihin kahden aaltomuodon yhteneviin hetkellisiin jännitetasoihin ja tuottaisi vastaavasti vaihtelevan siniaallon PWM ulostulossaan.

Menettelyä ei todellakaan ole niin vaikea kuvitella. Opamp yksinkertaisesti vertaa nopean kolmion aallon vaihtelevia hetkellisiä jännitetasoja suhteellisen paljon hitaampaan siniaalloon (tämä voi olla myös kolmion aalto) ja tarkistaa tapaukset, joissa kolmion aaltomuodon jännite voi olla pienempi kuin siniaaltojännite ja reagoi välittömästi luoden korkean logiikan tuotoksissaan.

Tätä ylläpidetään niin kauan kuin kolmioaaltopotentiaali on edelleen siniaaltopotentiaalin alapuolella ja sillä hetkellä, kun siniaaltopotentiaalin havaitaan olevan pienempi kuin hetkellisen kolmion aallon potentiaali, lähdöt palaavat matalalla ja ylläpitävät, kunnes tilanne palaa .

Tämä kahden päällekkäisen aaltomuodon hetkellisen potentiaalitason jatkuva vertailu opampien kahden sisääntulon yli johtaa vastaavasti vaihtelevien PWM: ien luomiseen, mikä voi olla täsmälleen opampin ei-invertoivaan tuloon syötetyn siniaaltomuodon replikaatio.

Opamp SPWM: n käsittely

Seuraava kuva näyttää yllä olevan toiminnan slo-mo-simulaation:

Täällä voimme todistaa, että yllä oleva selitys toteutetaan käytännössä, ja näin opamp suorittaisi saman (vaikka paljon nopeammin, ms).

Yläkuvassa on hiukan tarkempi SPWM-kuvaus kuin toisessa vierityskaaviossa, koska ensimmäisessä kuvassa minulla oli mukavuus graafisen asettelun taustalla, kun taas toisessa simuloidussa kaaviossa minun piti piirtää sama ilman kuvaajan koordinaatit, joten olen saattanut jättää huomiotta muutaman päällekkäisen pisteen ja siksi tuotokset näyttävät hieman epätarkoilta ensimmäiseen verrattuna.

Operaatio on kuitenkin varsin ilmeinen ja tuo selvästi esiin, kuinka opampin on tarkoitus käsitellä PWM-siniaaltoa vertaamalla kahta samanaikaisesti vaihtelevaa signaalia sen sisääntuloissa, kuten edellisissä osissa on selitetty.

Itse asiassa opamp käsitteli siniaalto-PWM: itä paljon tarkemmin kuin yllä esitetty simulaatio, se voi olla 100 kertaa parempi, tuottaa erittäin yhtenäiset ja hyvin mitoitetut PWM: t, jotka vastaavat syötettyä näytettä. siniaalto.

Piirikaavio