Sinus-PWM-Schaltung (SPWM) mit Opamp

Versuchen Sie Unser Instrument, Um Probleme Zu Beseitigen





SPWM bezieht sich auf die Sinuswellenimpulsbreitenmodulation, bei der es sich um eine Impulsbreitenanordnung handelt, bei der die Impulse zu Beginn schmaler sind, in der Mitte allmählich breiter werden und am Ende der Anordnung wieder schmaler werden. Dieser Satz von Impulsen ermöglicht, wenn er in einer induktiven Anwendung wie einem Wechselrichter implementiert wird, die Umwandlung des Ausgangs in eine exponentielle Sinuswellenform, die genau identisch mit einer herkömmlichen Sinuswellenform des Gitters aussehen kann.

Das Erfassen eines Sinuswellenausgangs von einem Wechselrichter kann das wichtigste und vorteilhafteste Merkmal sein, um dem Gerät hinsichtlich seiner Ausgangsqualität maximale Effizienz zu verleihen. Lassen Sie uns lernen, wie man mit einem Operationsverstärker eine Sinuswellen-PWM oder eine SPWM erstellt.



Das Simulieren einer Sinuswellenform ist nicht einfach

Das Erreichen eines Sinuswellenausgangs kann sehr komplex sein und wird für Wechselrichter möglicherweise nicht empfohlen, da elektronische Geräte exponentiell ansteigende Ströme oder Spannungen normalerweise nicht „mögen“. Da Wechselrichter im Wesentlichen unter Verwendung elektronischer Festkörpergeräte hergestellt werden, wird normalerweise eine sinusförmige Wellenform vermieden.

Elektronische Leistungsvorrichtungen führen, wenn sie gezwungen werden, mit Sinuswellen zu arbeiten, zu ineffizienten Ergebnissen, da die Vorrichtungen dazu neigen, relativ heißer zu werden als wenn sie mit Rechteckwellenimpulsen betrieben werden.



Also die nächstbeste Option zur Implementierung eines Sinuswelle von einem Wechselrichter ist übrigens PWM, was für Pulsweitenmodulation steht.

PWM ist eine fortgeschrittene Methode (digitale Variante) zum Erzeugen einer Exponentialwellenform durch proportional variierende Rechteckimpulsbreiten, deren Nettowert so berechnet wird, dass er genau mit dem Nettowert einer ausgewählten Exponentialwellenform übereinstimmt. Hier bezieht sich der Nettowert auf den Effektivwert. Daher kann eine perfekt berechnete PWM in Bezug auf eine gegebene Sinuswelle als perfektes Äquivalent zum Replizieren der gegebenen Sinuswelle verwendet werden.

Darüber hinaus sind PWMs ideal mit elektronischen Leistungsgeräten (Mosfets, BJTs, IGBTS) kompatibel und ermöglichen den Betrieb dieser Geräte mit minimaler Wärmeableitung.

Das Erzeugen oder Erstellen von Sinuswellen-PWM-Wellenformen wird jedoch normalerweise als komplex angesehen, und das liegt daran, dass die Implementierung in den eigenen Augen nicht einfach zu simulieren ist.

Sogar ich musste ein Brainstorming durchlaufen, bevor ich die Funktion durch intensives Denken und Vorstellen richtig simulieren konnte.

Was ist SPWM?

Das einfachste bekannte Verfahren zum Erzeugen einer Sinus-PWM (SPWM) besteht darin, dem Eingang eines Operationsverstärkers für die erforderliche Verarbeitung ein paar exponentiell variierende Signale zuzuführen. Unter den beiden Eingangssignalen muss eines in seiner Frequenz viel höher sein als das andere.

Das Der IC 555 kann auch effektiv zur Erzeugung von Sinus-äquivalenten PWMs verwendet werden durch Einbau seiner eingebauten Operationsverstärker und einer R / C-Dreiecksrampengeneratorschaltung.

Die folgende Diskussion hilft Ihnen, das gesamte Verfahren zu verstehen.

Neue Hobbyisten und sogar Profis werden es jetzt ziemlich leicht verstehen, wie Sinus-PWMs (SPWM) implementiert werden, indem einige Signale mithilfe eines Operationsverstärkers verarbeitet werden. Lassen Sie es uns anhand des folgenden Diagramms und der Simulation herausfinden.

Verwenden von zwei Eingangssignalen

Wie im vorherigen Abschnitt erwähnt, umfasst das Verfahren das Einspeisen von zwei exponentiell variierenden Wellenformen in die Eingänge eines Operationsverstärkers.

Hier ist der Operationsverstärker als typischer Komparator konfiguriert, sodass wir davon ausgehen können, dass der Operationsverstärker sofort mit dem Vergleich der momentanen Spannungspegel dieser beiden überlagerten Wellenformen beginnt, sobald diese auftreten oder an seine Eingänge angelegt werden.


Damit der Operationsverstärker die erforderlichen Sinuswellen-PWMs korrekt an seinem Ausgang implementieren kann, muss eines der Signale eine viel höhere Frequenz als das andere haben. Die langsamere Frequenz ist hier diejenige, die die Abtastsinuswelle sein soll, die von den PWMs nachgeahmt (repliziert) werden muss.

Idealerweise sollten beide Signale Sinuswellen sein (eines mit einer höheren Frequenz als das andere), dasselbe kann jedoch auch durch Einbau einer Dreieckswelle (hohe Frequenz) und einer Sinuswelle (Abtastwelle mit niedriger Frequenz) implementiert werden.

Wie in den folgenden Bildern zu sehen ist, wird das Hochfrequenzsignal immer an den invertierenden Eingang (-) des Operationsverstärkers angelegt, während die andere langsamere Sinuswelle an den nicht invertierenden (+) Eingang des Operationsverstärkers angelegt wird.

Im schlimmsten Fall können beide Signale Dreieckwellen mit den empfohlenen Frequenzpegeln sein, wie oben erläutert. Dies würde Ihnen jedoch helfen, ein einigermaßen gutes PWM mit Sinuswellenäquivalent zu erzielen.

Das Signal mit der höheren Frequenz wird als Trägersignal bezeichnet, während das langsamere Abtastsignal als modulierender Eingang bezeichnet wird.

Erstellen eines SPWM mit Dreieckwelle und Sinuswelle

Unter Bezugnahme auf die obige Abbildung können wir durch aufgetragene Punkte die verschiedenen zusammenfallenden oder überlappenden Spannungspunkte der beiden Signale über einen bestimmten Zeitraum klar visualisieren.

Die horizontale Achse gibt den Zeitraum der Wellenform an, während die vertikale Achse die Spannungspegel der beiden gleichzeitig laufenden, überlagerten Wellenformen angibt.

Die Abbildung informiert uns darüber, wie der Operationsverstärker auf die gezeigten übereinstimmenden momentanen Spannungspegel der beiden Wellenformen reagieren und an seinem Ausgang eine entsprechend variierende Sinuswellen-PWM erzeugen würde.

Das Verfahren ist eigentlich gar nicht so schwer vorstellbar. Der Operationsverstärker vergleicht einfach die variierenden momentanen Spannungspegel der schnellen Dreieckswelle mit der relativ viel langsameren Sinuswelle (dies kann auch eine Dreieckswelle sein) und prüft die Fälle, in denen die Spannung der Dreieckswellenform niedriger als die Sinuswellenspannung sein kann, und reagiert sofort Erstellen einer hohen Logik an den Ausgängen.

Dies wird aufrechterhalten, solange das Dreieckwellenpotential weiterhin unter dem Sinuswellenpotential liegt und sobald festgestellt wird, dass das Sinuswellenpotential niedriger als das momentane Dreieckwellenpotential ist, werden die Ausgänge mit einem niedrigen Wert zurückgesetzt und so lange aufrechterhalten, bis sich die Situation umkehrt .

Dieser kontinuierliche Vergleich der momentanen Potentialpegel der beiden überlagerten Wellenformen über die beiden Eingänge der Operationsverstärker führt zur Erzeugung der entsprechend variierenden PWMs, die genau die Replikation der Sinuswellenform sein können, die auf den nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers angewendet wird.

Opamp-Verarbeitung des SPWM

Das folgende Bild zeigt die Zeitlupensimulation der obigen Operation:

Hier können wir beobachten, wie die obige Erklärung praktisch umgesetzt wird, und genau so würde der Opamp dasselbe ausführen (wenn auch mit einer viel schnelleren Rate in ms).

Die obere Abbildung zeigt eine etwas genauere SPWM-Darstellung als das zweite Bildlaufdiagramm. Dies liegt daran, dass ich in der ersten Abbildung den Komfort des Diagrammlayouts im Hintergrund hatte, während ich im zweiten simulierten Diagramm dasselbe ohne die Hilfe von zeichnen musste die Diagrammkoordinaten, daher habe ich möglicherweise einige der übereinstimmenden Punkte übersehen, und daher sehen die Ausgaben im Vergleich zur ersten etwas ungenau aus.

Trotzdem ist die Operation ziemlich offensichtlich und zeigt deutlich, wie ein Operationsverstärker eine PWM-Sinuswelle verarbeiten soll, indem er zwei gleichzeitig variierende Signale an seinen Eingängen vergleicht, wie in den vorherigen Abschnitten erläutert.

Tatsächlich würde ein Opamp die Sinuswellen-PWMs viel genauer verarbeiten als die oben gezeigte Simulation, könnte 100-mal besser sein und eine extrem gleichmäßige und gut dimensionierte PWMs erzeugen, die der zugeführten Probe entspricht. Sinus.

Schaltplan




Zurück: Automatische Schiebetorsteuerung Weiter: Einfacher RGB-LED-Bildlauf mit Bildlauf