Sinusbølge PWM (SPWM) krets ved bruk av Opamp

SPWM refererer til Sine Wave Pulse Width Modulation, som er et pulsbreddearrangement der pulser er smalere i starten, som gradvis blir bredere i midten, og deretter smalere igjen på slutten av arrangementet. Dette settet med pulser, når det implementeres i en induktiv applikasjon som inverter, gjør at utgangen kan transformeres til en eksponensiell sinusbølgeform, som kan se nøyaktig identisk ut med en konvensjonell sinusbølgeform,

Å anskaffe en sinusbølgeutgang fra en omformer kan være den mest avgjørende og den mest fordelaktige funksjonen for å gi maksimal effektivitet til enheten når det gjelder utgangskvaliteten. La oss lære å lage sinusbølge PWM eller en SPWM ved hjelp av en opamp.

Å simulere en Sinus-bølgeform er ikke lett

Å oppnå en sinusformet bølgeutgang kan være ganske komplisert og kan ikke anbefales for omformere, fordi elektroniske enheter normalt ikke 'liker' eksponentielt økende strøm eller spenning. Siden omformere hovedsakelig er laget ved bruk av solid state elektroniske enheter, unngås normalt en sinusformet bølgeform.

Elektroniske kraftenheter når de blir tvunget til å operere med sinusformede bølger, gir ineffektive resultater, siden enhetene har en tendens til å bli relativt mer varme sammenlignet med når de brukes med firkantbølgepulser.

Så det nest beste alternativet for å implementere en sinusbølge fra en inverter er forresten av PWM, som står for pulsbreddemodulasjon.

PWM er en avansert måte (digital variant) for å fremstille en eksponentiell bølgeform gjennom en proporsjonalt varierende firkantpulsbredde hvis nettoverdi beregnes for å nøyaktig matche nettoverdien av en valgt eksponensiell bølgeform, her refererer 'netto' verdi til RMS-verdien. Derfor kan en perfekt beregnet PWM med referanse til en gitt sinusbølge brukes som et perfekt ekvivalent for å replikere den gitte sinusbølgen.

Videre blir PWM-er ideelt kompatible med elektroniske kraftenheter (mosfets, BJTs, IGBTS) og lar disse kjøre med minimal varmespredning.

Men å generere eller lage sinewave PWM-bølgeformer anses vanligvis å være komplisert, og det er fordi implementeringen ikke er lett å simulere i tankene.

Selv måtte jeg gå gjennom noen idédugnad før jeg kunne simulere funksjonen riktig gjennom intens tenking og forestilling.

Hva er SPWM

Den enkleste kjente metoden for å generere en sinewaver PWM (SPWM), er ved å mate et par eksponentielt varierende signaler til inngangen til en opamp for den nødvendige behandlingen. Blant de to inngangssignalene må man ha mye høyere frekvens sammenlignet med den andre.

De IC 555 kan også brukes effektivt til å generere sinusekvivalente PWM-er , ved å inkorporere de innebygde opampene og en R / C trekant rampe generator krets.

Følgende diskusjon vil hjelpe deg med å forstå hele prosedyren.

Nye hobbyister og til og med fagfolk vil nå synes det er ganske lett å forstå hvordan sinusbølge PWM (SPWM) implementeres ved å behandle et par signaler ved hjelp av en opamp, la oss finne ut av det ved hjelp av følgende diagram og simulering.

Bruke to inngangssignaler

Som nevnt i forrige avsnitt, involverer prosedyren mating av to eksponentielt varierende bølgeformer til inngangene til en opamp.

Her er opampen konfigurert som en typisk komparator, så vi kan anta at opampen umiddelbart begynner å sammenligne de øyeblikkelige spenningsnivåene til disse to overlappede bølgeformene i det øyeblikket disse vises eller blir brukt på inngangene.

For å gjøre det mulig for opampen å implementere de nødvendige PWM-ene for sinusbølgen riktig ved utgangen, er det viktig at ett av signalene har en mye høyere frekvens enn den andre. Den lavere frekvensen her er den som skal være sinusbølgen som må imiteres (replikeres) av PWM-ene.

Ideelt sett bør begge signalene være sinusbølger (den ene med høyere frekvens enn den andre), men det samme kan også implementeres ved å innlemme en trekantbølge (høy frekvens) og en sinusbølge (prøvebølge med lav frekvens).

Som det kan sees på de følgende bildene, blir høyfrekvent signalet alltid påført den inverterende inngangen (-) til opampen, mens den andre langsommere sinusbølgen påføres den ikke-inverterende (+) inngangen til opampen.

I verste fall kan begge signalene være trekantbølger med de anbefalte frekvensnivåene som diskutert ovenfor. Likevel vil det hjelpe deg med å oppnå en rimelig god sinewave-ekvivalent PWM.

Signalet med høyere frekvens betegnes som bæresignal, mens det langsommere samplingssignalet kalles modulerende inngang.

Opprette en SPWM med Triangle wave og Sinewave

Med henvisning til figuren ovenfor kan vi tydelig visualisere gjennom plottede punkter de forskjellige sammenfallende eller overlappende spenningspunktene til de to signalene over et gitt tidsrom.

Den horisontale aksen angir tidsperioden for bølgeformen, mens den vertikale aksen indikerer spenningsnivåene til de to samtidig løpende, overliggende bølgeformen.

Figuren informerer oss om hvordan opampen vil reagere på de viste sammenfallende øyeblikkelige spenningsnivåene til de to bølgeformene og produsere en tilsvarende varierende sinusbølge PWM ved utgangen.

Fremgangsmåten er faktisk ikke så vanskelig å forestille seg. Opamp sammenligner ganske enkelt den raske trekantsbølgens varierende øyeblikkelige spenningsnivåer med den relativt mye langsommere sinusbølgen (dette kan også være en trekantbølge), og sjekker tilfellene der trekantskurven kan være lavere enn sinusbølgespenningen og reagerer med en gang skaper høy logikk ved utgangene.

Dette opprettholdes så lenge trekantbølgepotensialet fortsetter å være under sinusbølgepotensialet, og i det øyeblikket sinusbølgepotensialet oppdages å være lavere enn det øyeblikkelige trekantbølgepotensialet, går utgangene tilbake med lavt og vedvarer til situasjonen går .

Denne kontinuerlige sammenligningen av de øyeblikkelige potensialnivåene til de to overlagrede bølgeformene over de to inngangene til opampene, resulterer i å skape de tilsvarende varierende PWM-ene, som kan være nøyaktig replikasjonen av sinusbølgeformen som er brukt på den ikke-inverterende inngangen til opampen.

Opamp prosessering av SPWM

Følgende bilde viser slo-mo-simuleringen av operasjonen ovenfor:

Her kan vi være vitne til at forklaringen ovenfor blir implementert praktisk, og dette er ganske hvordan opampen ville utføre det samme (selv om det var mye lavere, i ms).

Den øvre figuren viser en litt mer nøyaktig SPWM-avbildning enn det andre rullediagrammet. Dette skyldes at jeg i den første figuren hadde komforten til grafoppsettet i bakgrunnen, mens jeg i det andre simulerte diagrammet måtte tegne det samme uten hjelp fra grafkoordinatene, derfor har jeg kanskje gått glipp av noen av de sammenfallende punktene, og derfor ser utgangene litt unøyaktige sammenlignet med den første.

Likevel er operasjonen ganske tydelig og bringer tydelig frem hvordan en opamp skal behandle en PWM-sinusbølge ved å sammenligne to samtidig varierende signaler ved inngangene som forklart i de forrige avsnittene.

Egentlig ville en opamp behandle sinusbølge-PWM-ene mye mer nøyaktig enn den ovennevnte simuleringen, og kan være 100 ganger bedre, og produsere en ekstremt jevn og godt dimensjonert PWM-størrelse som tilsvarer den matede prøven. sinusbølge.

Kretsdiagram