Sinusni PWM (SPWM) krug koji koristi Opamp

SPWM se odnosi na modulaciju širine impulsa sinusnog vala, što je raspored širine impulsa u kojem su impulsi na početku uži, koji se postupno šire na sredini, a zatim opet užu na kraju aranžmana. Ovaj skup impulsa kada se implementira u induktivnu aplikaciju poput pretvarača omogućuje izlaz da se transformira u eksponencijalni sinusni oblik, koji može izgledati potpuno identično uobičajenom sinusnom valnom obliku mreže,

Pribavljanje sinusnog izlaza iz pretvarača može biti najvažnija i najpovoljnija značajka za postizanje maksimalne učinkovitosti jedinice u smislu njene izlazne kvalitete. Naučimo kako napraviti sinusni PWM ili SPWM koristeći opamp.

Simulacija sinusnog oblika nije lako

Postizanje izlaza sinusoidnog vala moglo bi biti prilično složeno i možda se ne bi preporučilo za pretvarače, jer elektronički uređaji obično ne 'vole' eksponencijalno rastuće struje ili napone. Budući da se pretvarači uglavnom izrađuju pomoću elektroničkih uređaja u čvrstom stanju, sinusni valni oblik obično se izbjegava.

Elektronički uređaji za napajanje kad su prisiljeni raditi sa sinusnim valovima daju neučinkovite rezultate, jer se uređaji obično relativno više zagrijavaju u usporedbi s onima koji rade s kvadratnim valnim impulsima.

Dakle, sljedeća najbolja opcija za implementaciju a sinusni val iz pretvarača je putem PWM-a, što znači modulacija širine impulsa.

PWM je napredni način (digitalna varijanta) prikazivanja eksponencijalnog valnog oblika kroz proporcionalno promjenjive kvadratne širine impulsa čija se neto vrijednost izračunava da se točno podudara s neto vrijednosti odabranog eksponencijalnog valnog oblika, ovdje se 'neto' vrijednost odnosi na RMS vrijednost. Stoga se savršeno izračunati PWM u odnosu na zadani sinusni val može koristiti kao savršeni ekvivalent za repliciranje datog sinusnog vala.

Nadalje, PWM postaju idealno kompatibilni s elektroničkim uređajima za napajanje (MOSFET-ovi, BJT-ovi, IGBTS) i omogućuju im rad uz minimalno odvođenje topline.

Međutim, generiranje ili stvaranje sinusnih PWM valnih oblika obično se smatra složenim, a to je zato što implementaciju nije lako simulirati u njihovom umu.

Čak sam i morao proći kroz neku moždanu oluju prije nego što sam uspio pravilno simulirati funkciju kroz neko intenzivno razmišljanje i maštanje.

Što je SPWM

Najjednostavnija poznata metoda generiranja sinewaver PWM-a (SPWM) je dodavanjem nekoliko eksponencijalno različitih signala na ulaz opampa za potrebnu obradu. Među dva ulazna signala jedan mora biti mnogo veći u svojoj frekvenciji u odnosu na drugi.

The IC 555 se također može učinkovito koristiti za generiranje PWM-a ekvivalentnih sinusima , ugrađujući svoje ugrađene opampe i krug generatora rampe R / C trokuta.

Sljedeća rasprava pomoći će vam da razumijete cijeli postupak.

Novim hobistima, pa čak i profesionalcima, sada će biti prilično lako razumjeti način na koji se sinusni valovi PWM (SPWM) implementiraju obradom nekoliko signala pomoću opampa, shvatimo to uz pomoć sljedećeg dijagrama i simulacije.

Korištenje dva ulazna signala

Kao što je spomenuto u prethodnom odjeljku, postupak uključuje napajanje dvaju eksponencijalno različitih valnih oblika na ulaze opampa.

Ovdje je opamp konfiguriran kao tipična usporednica, pa možemo pretpostaviti da će opamp trenutno početi uspoređivati ​​trenutne razine napona ove dvije superponirane valne forme onog trenutka kada se pojave ili se primijene na njegove ulaze.

Da bi se opampu omogućilo da pravilno implementira potrebne PWM-ove sinusnog vala na svom izlazu, neophodno je da jedan od signala ima puno veću frekvenciju od drugog. Ovdje je sporija frekvencija ona za koju se pretpostavlja da je sinusni val uzorka kojeg trebaju imitirati (replicirati) PWM-ovi.

Idealno bi bilo da oba signala budu sinusni valovi (jedan s višom frekvencijom od drugog), međutim isti se također može provesti uključivanjem vala trokuta (visoke frekvencije) i sinusnog vala (uzorka vala s niskom frekvencijom).

Kao što se može vidjeti na sljedećim slikama, signal visoke frekvencije uvijek se primjenjuje na invertirajući ulaz (-) opampa, dok se drugi sporiji sinusni val primjenjuje na neinvertirajući (+) ulaz opampa.

U najgorem slučaju, oba signala mogu biti valovi trokuta s preporučenim razinama frekvencije kao što je gore spomenuto. Ipak, to bi vam pomoglo da postignete razumno dobar PWM ekvivalent sinevalnog vala.

Signal s višom frekvencijom naziva se prijenosnim signalom, dok se sporiji signal uzorka naziva modulirajući ulaz.

Stvaranje SPWM-a s trokutnim valom i sinusnim valom

Pozivajući se na gornju sliku, možemo jasno prikazati kroz ucrtane točke razne podudarne ili preklapajuće naponske točke dvaju signala tijekom određenog vremenskog raspona.

Horizontalna os označava vremensko razdoblje valnog oblika, dok vertikalna os označava naponske razine dva simultano pokrenuta, superponirana valna oblika.

Slika nas informira o tome kako bi opamp reagirao na prikazane trenutne razine napona dvaju valnih oblika i stvarao odgovarajuće varirajući sinusni PWM na svom izlazu.

Postupak zapravo nije tako teško zamisliti. Opamp jednostavno uspoređuje trenutne razine napona brzog vala trokuta s relativno puno sporijim sinusnim valom (to također može biti val trokuta) i provjerava slučajeve tijekom kojih napon valnog oblika trokuta može biti niži od napona sinusnog vala i reagira trenutno stvarajući visoku logiku na svojim izlazima.

To se održava sve dok je potencijal vala trokuta i dalje ispod potencijala sinusnog vala i u trenutku kada se utvrdi da je potencijal sinusnog vala niži od trenutnog potencijala vala trokuta, izlazi se vraćaju s niskim i održavaju se sve dok se situacija ne vrati .

Ova kontinuirana usporedba trenutnih razina potencijala dvaju superponiranih valnih oblika preko dva ulaza opampa rezultira stvaranjem odgovarajuće promjenjivih PWM-a, što može biti točno replikacija sinusnog valnog oblika primijenjenog na neinvertirajući ulaz opampa.

Opamp u obradi SPWM-a

Sljedeća slika prikazuje slo-mo simulaciju gore navedenog postupka:

Ovdje možemo biti svjedoci da se gornje objašnjenje praktično provodi, i to je upravo način na koji bi opamp izvršio isto (premda mnogo brže, u ms).

Gornja slika prikazuje malo precizniji prikaz SPWM-a od drugog dijagrama pomicanja, jer je to na prvoj slici bilo ugodno za raspored grafova u pozadini, dok sam na drugom simuliranom dijagramu morao isto nacrtati bez pomoći koordinate grafa, stoga sam možda propustio nekoliko podudarnih točaka i stoga izlazi izgledaju malo netočni u usporedbi s prvim.

Ipak, operacija je sasvim evidentna i jasno pokazuje kako bi opamp trebao obraditi PWM sinusni val uspoređujući dva simultano različita signala na svojim ulazima kao što je objašnjeno u prethodnim odjeljcima.

Zapravo bi opamp mnogo preciznije obrađivao sinusno-valne PWM-ove od gore prikazane simulacije, možda bi bio 100 puta bolji, proizvodeći izuzetno jednolike i dobro dimenzionirane PWM-ove koji odgovaraju dovedenom uzorku. sinusni val.

Kružni dijagram