Sinusoidālā PWM (SPWM) shēma, izmantojot Opamp

SPWM attiecas uz sinusa viļņa impulsa platuma modulāciju, kas ir impulsa platuma izkārtojums, kurā impulsi sākumā ir šaurāki, kas pakāpeniski kļūst platāki pa vidu un pēc tam atkal šaurāki par izkārtojuma beigām. Šis impulsu kopums, ja tas tiek ieviests induktīvā lietojumā, piemēram, invertorā, ļauj izvadi pārveidot par eksponenciālu sinusa viļņu formu, kas var izskatīties tieši identiska parastajai tīkla sinusa viļņu formai,

Sinewave izejas iegūšana no invertora var būt vissvarīgākā un visizdevīgākā funkcija, lai sniegtu vienībai maksimālu efektivitāti attiecībā uz tā izejas kvalitāti. Uzzināsim, kā padarīt sinusa viļņu PWM vai SPWM, izmantojot opamp.

Simulēt sinusa viļņu formu nav viegli

Sinusoidālā viļņa izejas sasniegšana varētu būt diezgan sarežģīta un to nevar ieteikt invertoriem, jo ​​elektroniskajām ierīcēm parasti nepatīk “eksponenciāli pieaugošās strāvas vai spriegumi”. Tā kā invertorus galvenokārt ražo, izmantojot cietvielu elektroniskās ierīces, parasti tiek novērsta sinusoidāla viļņu forma.

Elektroniskās barošanas ierīces, ja tās ir spiestas darboties ar sinusoidāliem viļņiem, rada neefektīvus rezultātus, jo ierīces mēdz salīdzinoši vairāk sakarst, nekā darbinot ar kvadrātveida viļņu impulsiem.

Tātad nākamais labākais risinājums a sinusa vilnis no invertora ir kā PWM, kas nozīmē pulsa platuma modulāciju.

PWM ir uzlabots veids (digitālais variants) eksponenciālas viļņu formas izveidei, izmantojot proporcionāli mainīgus kvadrātveida impulsu platumus, kuru neto vērtība tiek aprēķināta, lai precīzi atbilstu izvēlētā eksponenciālā viļņa neto vērtībai, šeit 'neto' vērtība attiecas uz RMS vērtību. Tāpēc perfekti aprēķinātu PWM, atsaucoties uz konkrēto sinusoidālo viļņu, var izmantot kā perfektu ekvivalentu dotā sinusa viļņa atkārtošanai.

Turklāt PWM kļūst ideāli saderīgi ar elektroniskām barošanas ierīcēm (mosfets, BJT, IGBTS) un ļauj tām darboties ar minimālu siltuma izkliedi.

Tomēr sinewave PWM viļņu formu ģenerēšana vai izgatavošana parasti tiek uzskatīta par sarežģītu, un tas ir tāpēc, ka ieviešanu nav viegli simulēt vienā prātā.

Pat man bija jāpārdzīvo prāta vētras, pirms es spēju pareizi simulēt funkciju, intensīvi domājot un iztēlojoties.

Kas ir SPWM

Visvienkāršākā zināmā metode, kā ģenerēt sinewaver PWM (SPWM), ir padot pāris eksponenciāli atšķirīgus signālus opamp ieejai vajadzīgajai apstrādei. Starp diviem ieejas signāliem viena frekvencei jābūt daudz augstākai par otru.

The IC 555 var efektīvi izmantot arī sinusa ekvivalenta PWM ģenerēšanai , iekļaujot tajā iebūvētos opampus un R / C trīsstūra uzbrauktuves ģeneratora ķēdi.

Šī diskusija palīdzēs jums izprast visu procedūru.

Jaunajiem hobijiem un pat profesionāļiem tagad būs diezgan viegli saprast, kā tiek īstenoti sinusoidālā viļņa PWM (SPWM), apstrādājot pāris signālus, izmantojot opamp, izdomāsim to ar šīs diagrammas un simulācijas palīdzību.

Izmantojot divus ieejas signālus

Kā minēts iepriekšējā sadaļā, procedūra ietver divu eksponenciāli mainīgu viļņu formu padošanu opamp ieejām.

Šeit opamp ir konfigurēts kā tipisks salīdzinātājs, tāpēc mēs varam pieņemt, ka opamp nekavējoties sāks salīdzināt šo divu uzlikto viļņu formu momentānos sprieguma līmeņus brīdī, kad tie parādās vai tiek lietoti tā ieejām.

Lai opamp varētu pareizi izpildīt nepieciešamos sinusa viļņu PWM pie izejas, ir svarīgi, lai vienam no signāliem būtu daudz augstāka frekvence nekā citiem. Lēnāka frekvence šeit ir tā, kas, domājams, ir sinusa viļņa paraugs, kuru PWM nepieciešams atdarināt (atkārtot).

Ideālā gadījumā abiem signāliem vajadzētu būt sinewaves (vienam ar augstāku frekvenci nekā otram), taču to pašu var arī īstenot, iekļaujot trijstūra vilni (augsta frekvence) un sinusoidālu viļņu (parauga vilnis ar zemu frekvenci).

Kā redzams turpmākajos attēlos, augstfrekvences signāls vienmēr tiek piemērots opampa invertējošajai ieejai (-), bet otrs lēnākais sinusoidālais signāls tiek izmantots opampa neinvertējošajai (+) ieejai.

Sliktākajā gadījumā abi signāli var būt trīsstūra viļņi ar ieteicamajiem frekvences līmeņiem, kā tika apspriests iepriekš. Tas joprojām palīdzēs jums sasniegt samērā labu sinusviļņu ekvivalentu PWM.

Signālu ar augstāku frekvenci sauc par nesēja signālu, bet lēnāko parauga signālu sauc par modulējošu ieeju.

SPWM izveide ar trīsstūra viļņu un Sinewave

Atsaucoties uz iepriekš redzamo attēlu, caur iezīmētiem punktiem mēs varam skaidri vizualizēt dažādus divu signālu sakritošos vai pārklāšanās sprieguma punktus noteiktā laika posmā.

Horizontālā ass apzīmē viļņu formas periodu, savukārt vertikālā ass norāda divu vienlaikus darbojošās, virsū novietotās viļņu formas sprieguma līmeņus.

Attēls informē mūs par to, kā opamp reaģēs uz parādītajiem sakritošajiem momentānajiem divu viļņu sprieguma līmeņiem un izejā radīs attiecīgi mainīgu sinusa viļņu PWM.

Procedūru patiesībā nav tik grūti iedomāties. Opamp vienkārši salīdzina ātrā trijstūra viļņa dažādos momentānās sprieguma līmeņus ar salīdzinoši daudz lēnāko sinusviļņu (tas var būt arī trīsstūra vilnis), un pārbauda gadījumus, kad trijstūra viļņa spriegums var būt zemāks par sinusa viļņa spriegumu un reaģē uzreiz radot augstu loģiku tā izlaidumos.

Tas tiek saglabāts tik ilgi, kamēr trijstūra viļņu potenciāls joprojām ir zem sinusoidālā viļņa potenciāla, un brīdī, kad tiek atklāts, ka sinusoidālā viļņa potenciāls ir zemāks par momentāno trijstūra viļņu potenciālu, izejas atgriežas ar zemu un saglabājas, līdz situācija atgriežas. .

Šis nepārtrauktais divu uzlikto viļņu formas momentāno potenciālu līmeņu salīdzinājums pa abām opampu ieejām rada attiecīgi atšķirīgu PWM izveidi, kas var būt tieši sinusa viļņu formas replikācija, kas piemērota opamp neinvertējošajai ieejai.

Opamp SPWM apstrāde

Šajā attēlā parādīta iepriekš minētās operācijas simulācija:

Šeit mēs varam redzēt, kā iepriekš minētais skaidrojums tiek praktiski ieviests, un tieši šādi opamp izpildīs to pašu (lai gan ar daudz ātrāku ātrumu, ms).

Augšējā attēlā parādīts nedaudz precīzāks SPWM attēlojums nekā otrajā ritināšanas diagrammā, tas ir tāpēc, ka pirmajā attēlā man bija fona diagrammas izkārtojuma ērtums, bet otrajā simulētajā diagrammā tas pats man bija jāplāno bez grafika koordinātas, tāpēc es, iespējams, esmu palaidis garām dažus sakritošos punktus, un tāpēc izejas izskatās nedaudz neprecīzas, salīdzinot ar pirmo.

Neskatoties uz to, darbība ir diezgan acīmredzama un skaidri parāda, kā opampam vajadzētu apstrādāt PWM sinusoidālu viļņu, salīdzinot divus vienlaikus mainīgus signālus tā ieejās, kā paskaidrots iepriekšējās sadaļās.

Faktiski opamp apstrādās sinusa viļņu PWM daudz precīzāk nekā iepriekš parādītā simulācija, tas var būt 100 reizes labāks, radot ārkārtīgi vienveidīgus un labi izmērītus PWM, kas atbilst padotajam paraugam. sinewave.

Ķēdes shēma