Синусоидална ШИМ (SPWM) верига, използваща Opamp

SPWM се отнася до модулация на широчината на импулса на синусоида, която е импулсно разположение с широчина на импулсите, при което импулсите са по-тесни в началото, които постепенно стават по-широки в средата и след това отново по-тесни от края на аранжировката. Този набор от импулси, когато се реализира в индуктивно приложение като инвертор, позволява изходът да се трансформира в експоненциална синусоидална форма, която може да изглежда точно идентична на конвенционалната синусоидална форма на мрежата,

Придобиването на изход на синусоида от инвертор може да бъде най-важната и най-изгодна характеристика за осигуряване на максимална ефективност на устройството по отношение на качеството на изхода. Нека се научим как да направим PWM на синусоида или SPWM с помощта на opamp.

Симулирането на форма на синусоида не е лесно

Постигането на изход на синусоидална вълна може да бъде доста сложно и може да не се препоръчва за инвертори, тъй като електронните устройства обикновено не 'харесват' експоненциално нарастващи токове или напрежения. Тъй като инверторите са направени по същество чрез използване на твърди електронни устройства, обикновено се избягва синусоидална форма на вълната.

Електронните захранващи устройства, когато са принудени да работят със синусоидални вълни, дават неефективни резултати, тъй като устройствата обикновено се нагряват сравнително в сравнение с тези, работещи с импулси с квадратна вълна.

Така че следващият най-добър вариант за прилагане на a синусоида от инвертор е по пътя на ШИМ, което означава модулация с широчина на импулса.

PWM е усъвършенстван начин (цифров вариант) за представяне на експоненциална форма на вълната чрез пропорционално варираща квадратна широчина на импулса, чиято нетна стойност се изчислява, за да съвпада точно с нетната стойност на избрана експоненциална форма на вълната, тук „нетна“ стойност се отнася до RMS стойността. Следователно перфектно изчислената ШИМ по отношение на дадена синусоида може да се използва като перфектен еквивалент за възпроизвеждане на дадената синусоида.

Освен това ШИМ стават идеално съвместими с електронни захранващи устройства (MOSFET, BJT, IGBTS) и им позволяват да работят с минимално разсейване на топлината.

Въпреки това генерирането или създаването на синусоидални PWM форми на вълната обикновено се счита за сложно и това е така, защото изпълнението не е лесно да се симулира в съзнанието им.

Дори трябваше да премина през някаква мозъчна атака, преди да мога да симулирам правилно функцията чрез интензивно мислене и въображение.

Какво е SPWM

Най-лесният познат метод за генериране на ШИМ на синуевър (SPWM) е чрез подаване на няколко експоненциално вариращи сигнала към входа на операционна система за необходимата обработка. Сред двата входни сигнала единият трябва да бъде много по-висок по своята честота в сравнение с другия.

The IC 555 може също така да се използва ефективно за генериране на синусоидални ШИМ , чрез включване на вградените му усилватели и R / C триъгълна генераторна верига.

Следващата дискусия ще ви помогне да разберете цялата процедура.

Новите любители и дори професионалистите вече ще открият, че е доста лесно да разберат как се прилагат ШИМ на синусоида (SPWM) чрез обработка на няколко сигнала с помощта на операционно усилвател, нека го разберем с помощта на следната схема и симулация.

Използване на два входни сигнала

Както бе споменато в предишния раздел, процедурата включва подаване на две експоненциално вариращи форми на вълната към входовете на opamp.

Тук opamp е конфигуриран като типичен компаратор, така че можем да предположим, че opamp незабавно ще започне да сравнява моментните нива на напрежение на тези две наслагвани форми на вълната в момента, в който те се появят или бъдат приложени към неговите входове.

За да може операционният усилвател да приложи правилно необходимите ШИМ на синусоида на изхода си, е наложително един от сигналите да има много по-висока честота от другия. По-бавната честота тук е тази, за която се предполага, че е пробната синусоида, която трябва да се имитира (репликира) от ШИМ.

В идеалния случай и двата сигнала трябва да са синусоиди (един с по-висока честота от другия), но същият може да бъде реализиран и чрез включване на триъгълна вълна (висока честота) и синусоида (пробна вълна с ниска честота).

Както може да се види на следващите изображения, високочестотният сигнал неизменно се прилага към инвертиращия вход (-) на opamp, докато другата по-бавна синусоида се прилага към неинвертиращия (+) вход на opamp.

В най-лошия случай и двата сигнала могат да бъдат триъгълни вълни с препоръчителните нива на честота, както е обсъдено по-горе. Все пак това би ви помогнало да постигнете разумно добър синусоидален еквивалент ШИМ.

Сигналът с по-висока честота се нарича носещ сигнал, докато по-бавният пробен сигнал се нарича модулиращ вход.

Създаване на SPWM с триъгълна вълна и синусоида

Позовавайки се на фигурата по-горе, можем ясно да визуализираме чрез нанесени точки различните съвпадащи или припокриващи се точки на напрежение на двата сигнала за даден период от време.

Хоризонталната ос означава периода от време на формата на вълната, докато вертикалната ос показва нивата на напрежение на двете едновременно работещи, насложени форми на вълната.

Фигурата ни информира за това как opamp ще реагира на показаните съвпадащи моментни нива на напрежение на двете форми на вълната и ще генерира съответно варираща PWM на синусоида на изхода си.

Процедурата всъщност не е толкова трудна за представяне. Opamp просто сравнява различните моментни нива на напрежение на бързата триъгълна вълна с относително много по-бавните синусоиди (това може да бъде и триъгълна вълна) и проверява случаите, в които напрежението на формата на вълната на триъгълника може да е по-ниско от напрежението на синусоида и реагира мигновено създаване на висока логика на изходите си.

Това се поддържа, докато потенциалът на триъгълната вълна продължава да бъде под потенциала на синусоидалната вълна и в момента, в който потенциалът на синусоидалната вълна бъде открит, че е по-нисък от моменталния потенциал на вълната на триъгълника, изходите се връщат с ниско ниво и се запазват, докато ситуацията се върне .

Това непрекъснато сравнение на моментните потенциални нива на двете насложени вълнови форми върху двата входа на opamps води до създаването на съответно променящите се PWM, което може да бъде точно репликацията на синусоидалната форма, приложена върху неинвертиращия вход на opamp.

Opamp Обработка на SPWM

Следващото изображение показва slo-mo симулация на горната операция:

Тук можем да станем свидетели на прилагането на горното обяснение на практика и по този начин opamp би изпълнявал същото (макар и с много по-бързи темпове, в ms).

Горната фигура показва малко по-точно изображение на SPWM от втората скролираща диаграма, това е така, защото на първата фигура имах комфорта на оформлението на графиката във фонов режим, докато във втората симулирана диаграма трябваше да начертая същото без помощта на координатите на графиката, следователно може да съм пропуснал няколко от съвпадащите точки и следователно изходите изглеждат малко неточни в сравнение с първата.

Независимо от това, операцията е съвсем очевидна и ясно показва как се предполага, че opamp трябва да обработва синусоидална вълна PWM чрез сравняване на два едновременно вариращи сигнала на входовете му, както е обяснено в предишните раздели.

Всъщност един усилвател би обработвал PWM на синусоидалната вълна много по-точно от показаната по-горе симулация, може да е 100 пъти по-добър, произвеждайки изключително еднакви и добре оразмерени PWM, съответстващи на подадената проба. синусоида.

Електрическа схема