Az SPWM a szinuszhullám impulzusszélesség-modulációra utal, amely olyan impulzusszélesség-elrendezés, amelyben az impulzusok kezdetben keskenyebbek, amelyek közepén fokozatosan egyre szélesebbek, majd az elrendezés végén ismét keskenyebbek. Ez az impulzuskészlet egy induktív alkalmazásban, például az inverterben megvalósítva lehetővé teszi a kimenet átalakítását egy exponenciális szinuszhullámformává, amely pontosan megegyezhet egy hagyományos rács szinusz hullámformával,
A szinuszhullám kimenetének inverterből történő megszerzése lehet a legfontosabb és a legelőnyösebb tulajdonság az egység maximális hatékonyságának elérése érdekében, annak kimeneti minőségét tekintve. Tanuljuk meg, hogyan lehet szinusz hullámú PWM-et vagy SPWM-et készíteni opamp segítségével.
A szinusz hullám alakjának szimulálása nem könnyű
A szinuszos hullám kimenetének elérése meglehetősen bonyolult lehet, és nem feltétlenül ajánlott inverterek számára, mivel az elektronikus eszközök általában nem „szeretik” az exponenciálisan növekvő áramokat vagy feszültségeket. Mivel az invertereket lényegében szilárdtest-elektronikai eszközökkel készítik, a szinuszos hullámformát általában elkerülik.
Az elektronikus áramellátó készülékek, amikor szinuszos hullámokkal kénytelenek működni, nem hatékony eredményeket produkálnak, mivel az eszközök hajlamosak viszonylag jobban felmelegedni, mint a négyzethullámú impulzusokkal működtetve.
Tehát a következő legjobb megoldás a szinusz hullám egy inverterből az a PWM, amely az impulzusszélesség modulációt jelenti.
A PWM az exponenciális hullámforma egy arányosan változó négyzetes impulzusszélességen keresztül történő előrehaladott módja (digitális változat), amelynek nettó értékét úgy számolják, hogy pontosan megfeleljen egy kiválasztott exponenciális hullámforma nettó értékének, itt a „nettó” érték az RMS értékre utal. Ezért egy tökéletesen kiszámított PWM egy adott szinuszhullámra vonatkoztatva tökéletes egyenértékként használható az adott szinuszhullám replikálásához.
Ezenkívül a PWM-ek ideálisan kompatibilisek az elektronikus áramforrásokkal (mosfetek, BJT-k, IGBTS), és lehetővé teszik ezek minimális hőelvezetéssel történő működését.
A szinuszhullámú PWM hullámformák létrehozását vagy létrehozását azonban általában komplexnek tekintik, és ez azért van, mert a megvalósítást nem könnyű szimulálni.
Még nekem is át kellett esni némi ötletelésen, mielőtt intenzív gondolkodás és képzelet segítségével helyesen szimulálhattam volna a funkciót.
Mi az SPWM
A legegyszerűbb módszer a sinewaver PWM (SPWM) előállítására az, hogy egy pár exponenciálisan változó jelet táplálunk egy opamp bemenetére a szükséges feldolgozáshoz. A két bemeneti jel között az egyiknek a frekvenciájánál jóval magasabbnak kell lennie, mint a másik.
A Az IC 555 hatékonyan használható szinusz ekvivalens PWM-ek előállítására is , beépített opampjainak és R / C háromszög rámpagenerátor áramkörének beépítésével.
A következő beszélgetés segít megérteni az egész eljárást.
Az új hobbisták és még a szakemberek számára is elég könnyű megérteni, hogy a szinusz hullámú PWM-ek (SPWM) hogyan valósulnak meg egy jel feldolgozásával egy opamp segítségével, kitaláljuk a következő ábra és szimuláció segítségével.
Két bemeneti jel használata
Amint az előző szakaszban említettük, az eljárás magában foglalja két exponenciálisan változó hullámforma betáplálását egy opamp bemenetére.
Itt az opamp tipikus komparátorként van konfigurálva, így feltételezhetjük, hogy az opamp azonnal megkezdi e két egymásra helyezett hullámforma pillanatnyi feszültségszintjének összehasonlítását abban a pillanatban, amikor ezek megjelennek vagy a bemeneteire kerülnek.
Annak érdekében, hogy az opamp képes legyen a kimeneten a szükséges szinusz hullámú PWM-eket helyesen megvalósítani, elengedhetetlen, hogy az egyik jel sokkal magasabb frekvenciával rendelkezzen, mint a másik. A lassabb frekvencia itt állítólag a minta szinuszhullám, amelyet a PWM-eknek kell utánozni (replikálni).
Ideális esetben mindkét jelnek szinuszhullámnak kell lennie (az egyiknek magasabb frekvenciája van, mint a másiknak), ugyanakkor ugyanaz megvalósítható háromszög hullám (nagy frekvencia) és szinusz hullám (alacsony frekvenciájú mintahullám) beépítésével is.
Mint a következő képeken látható, a nagyfrekvenciás jel változatlanul az opamp invertáló bemenetére (-), míg a másik lassabb szinuszhullám az opamp nem invertáló (+) bemenetére kerül.
A legrosszabb esetben mindkét jel háromszög hullám lehet, a fentiekben ismertetett ajánlott frekvenciaszintekkel. Mégis ez segít elérni egy meglehetősen jó szinuszhullám-egyenértékű PWM-et.
A magasabb frekvenciájú jelet vivőjelnek nevezzük, míg a lassabb mintajelet moduláló bemenetnek.
SPWM létrehozása háromszög hullámmal és Sinewave-nel
A fenti ábrára hivatkozva egyértelműen ábrázolhatjuk ábrázolt pontokon keresztül a két jel különböző egybeeső vagy egymást átfedő feszültségpontjait egy adott időtartam alatt.
A vízszintes tengely a hullámalak időtartamát, míg a függőleges tengely a két egyidejűleg futó, egymásra helyezett hullámforma feszültségszintjét jelzi.
Az ábra arról tájékoztat minket, hogy az opamp hogyan reagál a két hullámforma ábrázolt egybeeső pillanatnyi feszültségszintjére, és a kimenetén ennek megfelelően változó szinusz hullámot hoz létre.
Az eljárást valójában nem olyan nehéz elképzelni. Az opamp egyszerűen összehasonlítja a gyors háromszög hullámának változó pillanatnyi feszültségszintjét a viszonylag lassabb szinuszhullámmal (ez lehet háromszög hullám is), és ellenőrzi azokat az eseteket, amikor a háromszög hullámalakjának feszültsége alacsonyabb lehet a szinusz hullám feszültségénél, és azonnal reagál magas logikát teremtve a kimenetein.
Ez addig tart, amíg a háromszög hullámpotenciálja továbbra is a szinusz hullám potenciál alatt van, és abban a pillanatban, amikor a szinusz hullám potenciál alacsonyabbnak tűnik, mint a pillanatnyi háromszög hullám potenciál, a kimenetek alacsony értékkel térnek vissza, és addig tartanak, amíg a helyzet vissza nem tér. .
A két egymásra helyezett hullámforma pillanatnyi potenciálszintjeinek folyamatos összehasonlítása az opampok két bemenetén keresztül a megfelelően változó PWM-ek létrehozását eredményezi, amelyek pontosan az opamp nem invertáló bemenetén alkalmazott szinusz hullámforma replikációját jelenthetik.
Opamp az SPWM feldolgozása
Az alábbi kép a fenti művelet slo-mo szimulációját mutatja:
Itt tanúi lehetünk a fenti magyarázat gyakorlatias megvalósításának, és az opamp ugyanúgy végrehajtaná ugyanezt (bár sokkal gyorsabban, ms-ban).
A felső ábra kissé pontosabb SPWM ábrázolást mutat, mint a második görgető diagram, ez azért van, mert az első ábrán a grafikon elrendezésének kényelme volt a háttérben, míg a második szimulált diagramon ugyanezt kellett ábrázolnom. a gráf koordinátái, ezért lehet, hogy kihagytam néhányat az egybeeső pontokból, ezért a kimenetek kissé pontatlannak tűnnek az elsőhöz képest.
Mindazonáltal a művelet teljesen nyilvánvaló, és világosan megmutatja, hogy egy opampnak miként kell feldolgoznia egy PWM szinuszhullámot, összehasonlítva a bemenetein két egyidejűleg változó jelet, az előző szakaszokban leírtak szerint.
Valójában egy opamp sokkal pontosabban dolgozza fel a szinusz hullámú PWM-eket, mint a fent bemutatott szimuláció, 100-szor jobb lehet, rendkívül egyenletes és jól méretezett PWM-eket hozva létre, amelyek megfelelnek az adagolt mintának. szinuszos hullám.
Kördiagramm
Előző: Automatikus tolókapu vezérlő áramkör Következő: Egyszerű gördülő RGB LED áramkör
