Sinusbølge PWM (SPWM) kredsløb ved hjælp af Opamp

SPWM refererer til sinusbølgepulsbreddemodulation, som er et pulsbreddearrangement, hvor impulserne er smallere i starten, som gradvist bliver bredere i midten og derefter smallere igen i slutningen af ​​arrangementet. Dette sæt pulser, når det implementeres i en induktiv applikation som inverter, gør det muligt at omdanne output til en eksponentiel sinusbølgeform, som kan se nøjagtigt identisk ud med en konventionel sinusbølgeform,

At erhverve en sinusbølgeoutput fra en inverter kan være den mest afgørende og mest fordelagtige funktion til at gøre enheden maksimal effektivitet med hensyn til dens outputkvalitet. Lad os lære at lave sinusbølge PWM eller en SPWM ved hjælp af en opamp.

Det er ikke let at simulere en sinusbølgeform

At opnå en sinusformet bølgeoutput kan være ret kompleks og kan ikke anbefales til invertere, fordi elektroniske enheder normalt ikke 'kan lide' eksponentielt stigende strømme eller spændinger. Da omformere i det væsentlige er fremstillet ved hjælp af solid state elektroniske enheder, undgås normalt en sinusformet bølgeform.

Elektroniske kraftenheder, når de tvinges til at arbejde med sinusformede bølger, giver ineffektive resultater, da enhederne har tendens til at blive relativt mere varme sammenlignet med når de drives med firkantbølgepulser.

Så den næstbedste mulighed for at implementere en sinusbølge fra en inverter er forresten af ​​PWM, som står for pulsbreddemodulation.

PWM er en avanceret måde (digital variant) til at frembringe en eksponentiel bølgeform gennem en proportionalt varierende firkantet pulsbredde, hvis nettoværdi beregnes til nøjagtigt at matche nettoværdien af ​​en valgt eksponentiel bølgeform, her refererer 'nettoværdi' til RMS-værdien. Derfor kan en perfekt beregnet PWM med reference til en given sinusbølge bruges som en perfekt ækvivalent til replikering af den givne sinusbølge.

Desuden bliver PWM'er ideelt kompatible med elektroniske enheder (mosfets, BJT'er, IGBTS) og tillader disse at køre med minimal varmeafledning.

Men generering eller fremstilling af sinewave PWM-bølgeformer betragtes normalt som komplekse, og det er fordi implementeringen ikke er let at simulere i deres sind.

Selv jeg var nødt til at gennemgå nogle brainstorming, før jeg korrekt kunne simulere funktionen gennem en intens tænkning og forestilling.

Hvad er SPWM

Den nemmeste kendte metode til generering af en sinus-PWM (SPWM) er ved at føde et par eksponentielt varierende signaler til input af en opamp til den krævede behandling. Blandt de to indgangssignaler skal den ene være meget højere i sin frekvens sammenlignet med den anden.

Det IC 555 kan også bruges effektivt til at generere sinusækvivalente PWM'er ved at inkorporere de indbyggede opamps og et R / C trekant rampe generator kredsløb.

Den følgende diskussion hjælper dig med at forstå hele proceduren.

Nye hobbyister og endda fagfolk vil nu finde det ret nemt at forstå, hvordan sinusbølge PWM'er (SPWM) implementeres ved at behandle et par signaler ved hjælp af en opamp, lad os finde ud af det ved hjælp af følgende diagram og simulering.

Brug af to indgangssignaler

Som nævnt i det foregående afsnit involverer proceduren tilførsel af to eksponentielt varierende bølgeformer til indgangene til en opamp.

Her er opampen konfigureret som en typisk komparator, så vi kan antage, at opampen straks begynder at sammenligne de øjeblikkelige spændingsniveauer for disse to overlejrede bølgeformer, i det øjeblik disse vises eller anvendes på dens indgange.

For at gøre det muligt for opampen at implementere de krævede sinusbølge-PWM'er korrekt ved dens output, er det bydende nødvendigt, at et af signalerne har en meget højere frekvens end den anden. Den langsommere frekvens her er den, der formodes at være prøve sinusbølgen, som skal imiteres (replikeres) af PWM'erne.

Ideelt set skal begge signalerne være sinusbølger (det ene med en højere frekvens end det andet), men det samme kan også implementeres ved at inkorporere en trekantbølge (høj frekvens) og en sinusbølge (prøvebølge med lav frekvens).

Som det kan ses på de følgende billeder påføres højfrekvenssignalet altid opampens inverterende input (-), mens den anden langsommere sinusbølge påføres opampens ikke-inverterende (+) input.

I værste fald kan begge signalerne være trekantbølger med de anbefalede frekvensniveauer som beskrevet ovenfor. Stadig det vil hjælpe dig med at opnå en rimelig god sinusbølgeækvivalent PWM.

Signalet med den højere frekvens betegnes som bæresignalet, mens det langsommere prøvesignal kaldes moduleringsindgangen.

Oprettelse af en SPWM med Triangle wave og Sinewave

Med henvisning til figuren ovenfor kan vi tydeligt visualisere gennem plottede punkter de forskellige sammenfaldende eller overlappende spændingspunkter for de to signaler over et givet tidsrum.

Den vandrette akse angiver tidsperioden for bølgeformen, mens den lodrette akse angiver spændingsniveauerne for de to samtidigt kørende, overlejrede bølgeformer.

Figuren informerer os om, hvordan opampen reagerer på de viste sammenfaldende øjeblikkelige spændingsniveauer for de to bølgeformer og producerer en tilsvarende varierende sinusbølge PWM ved dens output.

Proceduren er faktisk ikke så vanskelig at forestille sig. Opamp sammenligner simpelthen de hurtige trekantbølges varierende øjeblikkelige spændingsniveauer med den relativt meget langsommere sinusbølge (dette kan også være en trekantbølge) og kontrollerer de tilfælde, hvor trekantspændingen kan være lavere end sinusspændingen og reagerer med det samme skaber høj logik ved sine output.

Dette opretholdes, så længe trekantsbølgepotentialet fortsætter med at være under sinusbølgepotentialet, og i det øjeblik, sinusbølgepotentialet detekteres at være lavere end det øjeblikkelige trekantsbølgepotentiale, vender udgangene tilbage med en lav og opretholder indtil situationen vender .

Denne kontinuerlige sammenligning af de øjeblikkelige potentielle niveauer af de to overlejrede bølgeformer over de to indgange af opamperne resulterer i oprettelsen af ​​de tilsvarende varierende PWM'er, som kan være nøjagtig replikationen af ​​sinusbølgeformen anvendt på den ikke-inverterende input af opampen.

Opamp-processering af SPWM

Følgende billede viser slo-mo-simuleringen af ​​ovenstående operation:

Her kan vi være vidne til, at den ovennævnte forklaring implementeres praktisk, og det er sådan, opampen ville udføre det samme (dog med en meget federe hastighed i ms).

Den øverste figur viser en lidt mere nøjagtig SPWM-afbildning end det andet rullediagram, dette skyldes, at jeg i den første figur havde komforten med graflayoutet i baggrunden, mens jeg i det andet simulerede diagram var nødt til at tegne det samme uden hjælp fra grafkoordinaterne, derfor har jeg måske gået glip af et par af de sammenfaldende punkter, og output ser derfor lidt unøjagtige ud i forhold til den første.

Ikke desto mindre er operationen meget tydelig og tydeligt frembringer, hvordan en opamp formodes at behandle en PWM-sinusbølge ved at sammenligne to samtidigt forskellige signaler ved sine indgange som forklaret i de foregående afsnit.

Faktisk ville en opamp behandle sinusbølge-PWM'erne meget mere nøjagtigt end den ovenfor viste simulering, kan være 100 gange bedre og producere en ekstremt ensartet og veldimensioneret PWM'er svarende til den tilførte prøve. sinusbølge.

Kredsløbsdiagram