Το SPWM αναφέρεται στη Διαμόρφωση πλάτους παλμού κύματος Sine, η οποία είναι μια διάταξη πλάτους παλμού στην οποία οι παλμοί είναι στενότεροι στην αρχή, οι οποίοι σταδιακά γίνονται ευρύτεροι στη μέση και στη συνέχεια στενεύουν πάλι στο τέλος της διάταξης. Αυτό το σύνολο παλμών όταν εφαρμόζεται σε επαγωγική εφαρμογή όπως ο μετατροπέας επιτρέπει την έξοδο να μετατραπεί σε εκθετική κυματομορφή, η οποία μπορεί να μοιάζει ακριβώς με μια συμβατική κυματομορφή ημιτονοειδούς πλέγματος,

Η απόκτηση εξόδου σήματος από έναν μετατροπέα μπορεί να είναι το πιο κρίσιμο και το πιο πλεονεκτικό χαρακτηριστικό για απόδοση μέγιστης απόδοσης στη μονάδα, από την άποψη της ποιότητας εξόδου της. Ας μάθουμε πώς να φτιάχνουμε ημιτονοειδές κύμα PWM ή SPWM χρησιμοποιώντας ένα opamp.

Η προσομοίωση μιας κυματομορφής ημιτονοειδούς δεν είναι εύκολη

Η επίτευξη ημιτονοειδούς εξόδου κυμάτων μπορεί να είναι αρκετά περίπλοκη και μπορεί να μην συνιστάται για μετατροπείς, επειδή οι ηλεκτρονικές συσκευές συνήθως δεν «αρέσουν» σε εκθετικά αυξανόμενα ρεύματα ή τάσεις. Δεδομένου ότι οι μετατροπείς κατασκευάζονται ουσιαστικά με τη χρήση ηλεκτρονικών συσκευών στερεάς κατάστασης, αποφεύγεται συνήθως ημιτονοειδής κυματομορφή.

Οι ηλεκτρονικές συσκευές ισχύος όταν αναγκάζονται να λειτουργούν με ημιτονοειδή κύματα παράγουν αναποτελεσματικά αποτελέσματα, καθώς οι συσκευές τείνουν να είναι σχετικά πιο ζεστές σε σύγκριση με όταν λειτουργούν με παλμούς τετραγωνικών κυμάτων.

Έτσι, η επόμενη καλύτερη επιλογή για την εφαρμογή ημιτονοειδές κύμα από έναν μετατροπέα είναι με τη βοήθεια του PWM, που σημαίνει διαμόρφωση πλάτους παλμού.

Το PWM είναι ένας προηγμένος τρόπος (ψηφιακή παραλλαγή) για την εμφάνιση μιας εκθετικής κυματομορφής μέσω ενός αναλογικά μεταβαλλόμενου πλάτους τετραγωνικού παλμού του οποίου η καθαρή τιμή υπολογίζεται ώστε να ταιριάζει ακριβώς με την καθαρή τιμή μιας επιλεγμένης εκθετικής κυματομορφής, εδώ η «καθαρή» τιμή αναφέρεται στην τιμή RMS. Επομένως, ένα τέλεια υπολογισμένο PWM με αναφορά σε ένα δεδομένο ημιτονοειδές κύμα μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως ένα τέλειο ισοδύναμο για την αναπαραγωγή του δεδομένου κύματος.

Επιπλέον, τα PWM καθίστανται ιδανικά συμβατά με ηλεκτρονικές συσκευές ισχύος (mosfets, BJTs, IGBTS) και επιτρέπουν σε αυτές να λειτουργούν με ελάχιστη απαγωγή θερμότητας.

Ωστόσο, η δημιουργία ή η κατασκευή κυματομορφών PWM από sinewave θεωρείται συνήθως περίπλοκη και αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι η υλοποίηση δεν είναι εύκολο να προσομοιωθεί σε αυτούς.

Ακόμη και έπρεπε να περάσω από κάποια ανταλλαγή απόψεων πριν μπορέσω να προσομοιώσω σωστά τη λειτουργία μέσα από μια έντονη σκέψη και φαντασία.

Τι είναι το SPWM

Η ευκολότερη γνωστή μέθοδος δημιουργίας ενός sinewaver PWM (SPWM), είναι η τροφοδοσία μερικών εκθετικά διαφορετικών σημάτων στην είσοδο ενός opamp για την απαιτούμενη επεξεργασία. Μεταξύ των δύο σημάτων εισόδου το ένα πρέπει να είναι πολύ υψηλότερο στη συχνότητά του σε σύγκριση με το άλλο.

ο Το IC 555 μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί αποτελεσματικά για τη δημιουργία ημιτονοειδούς PWMs , ενσωματώνοντας τα ενσωματωμένα opamps και ένα κύκλωμα γεννήτριας κεκλιμένης ράμπας R / C.

Η ακόλουθη συζήτηση θα σας βοηθήσει να κατανοήσετε ολόκληρη τη διαδικασία.

Οι νέοι χομπίστες και ακόμη και οι επαγγελματίες θα είναι πλέον πολύ εύκολο να κατανοήσουν σχετικά με το πώς εφαρμόζονται τα PWMs ημιτονοειδούς κύματος (SPWM) με την επεξεργασία μερικών σημάτων χρησιμοποιώντας ένα opamp, ας το καταλάβουμε με τη βοήθεια του παρακάτω διαγράμματος και προσομοίωσης.

“ποιο από τα παρακάτω δεν είναι τύπος διακόπτη κυκλώματος; ”

Χρησιμοποιώντας δύο σήματα εισόδου

Όπως αναφέρθηκε στην προηγούμενη ενότητα, η διαδικασία περιλαμβάνει την τροφοδοσία δύο εκθετικά ποικίλων κυματομορφών στις εισόδους ενός opamp.

Εδώ το opamp έχει διαμορφωθεί ως τυπικός συγκριτής, οπότε μπορούμε να υποθέσουμε ότι το opamp θα ξεκινήσει αμέσως τη σύγκριση των στιγμιαίων επιπέδων τάσης αυτών των δύο υπερτιθέμενων κυματομορφών τη στιγμή που εμφανίζονται ή εφαρμόζονται στις εισόδους του.

Για να μπορέσει το opamp να εφαρμόσει σωστά τα απαιτούμενα PWM ημιτονοειδούς κύματος στην έξοδο του, είναι επιτακτική ανάγκη ένα από τα σήματα να έχει πολύ μεγαλύτερη συχνότητα από το άλλο. Η πιο αργή συχνότητα εδώ είναι αυτή που υποτίθεται ότι είναι το ημιτονοειδές κύμα δείγματος που πρέπει να μιμηθεί (να αναπαραχθεί) από τα PWMs.

Στην ιδανική περίπτωση, και τα δύο σήματα πρέπει να είναι κύματα (ένα με υψηλότερη συχνότητα από το άλλο), ωστόσο το ίδιο μπορεί επίσης να εφαρμοστεί με την ενσωμάτωση ενός τριγώνου κύματος (υψηλή συχνότητα) και ενός ημιτονοειδούς κύματος (δείγμα κύματος με χαμηλή συχνότητα).

Όπως φαίνεται στις ακόλουθες εικόνες, το σήμα υψηλής συχνότητας εφαρμόζεται πάντοτε στην είσοδο αναστροφής (-) του opamp, ενώ το άλλο πιο αργό κύμα εφαρμόζεται στην είσοδο μη αντιστροφής (+) του opamp.

Στη χειρότερη περίπτωση, και τα δύο σήματα μπορούν να είναι τριγωνικά κύματα με τα συνιστώμενα επίπεδα συχνότητας όπως συζητήθηκε παραπάνω. Ωστόσο, αυτό θα σας βοηθούσε να επιτύχετε ένα αρκετά καλό ισοδύναμο PWM.

Το σήμα με την υψηλότερη συχνότητα ονομάζεται σήμα φορέα, ενώ το βραδύτερο σήμα δείγματος ονομάζεται είσοδος διαμόρφωσης.

Δημιουργία SPWM με Triangle wave και Sinewave

Αναφερόμενος στο παραπάνω σχήμα, μπορούμε να απεικονίσουμε σαφώς μέσω σημείων που έχουν σχεδιαστεί τα διάφορα σημεία τάσης που συμπίπτουν ή αλληλεπικαλύπτονται των δύο σημάτων σε ένα δεδομένο χρονικό διάστημα.

Ο οριζόντιος άξονας υποδηλώνει τη χρονική περίοδο της κυματομορφής, ενώ ο κατακόρυφος άξονας υποδεικνύει τα επίπεδα τάσης των δύο ταυτόχρονα σε λειτουργία, υπερτιθέμενη κυματομορφή.

Η εικόνα μας ενημερώνει σχετικά με το πώς θα αποκρίνεται το opamp στα εμφανιζόμενα επίπεδα στιγμιαίας τάσης των δύο κυματομορφών και θα παράγει αντίστοιχα ποικίλο ημιτονοειδές κύμα PWM στην έξοδο του.

Η διαδικασία στην πραγματικότητα δεν είναι τόσο δύσκολο να φανταστεί κανείς. Το opamp συγκρίνει απλώς τα διάφορα επίπεδα στιγμιαίας τάσης του γρήγορου τριγώνου κύματος με το σχετικά πολύ πιο αργό κύμα (αυτό μπορεί επίσης να είναι ένα τριγωνικό κύμα) και ελέγχει τις περιπτώσεις κατά τις οποίες η τάση κυματομορφής τριγώνου μπορεί να είναι χαμηλότερη από την τάση ημιτονοειδούς κύματος και αποκρίνεται άμεσα δημιουργώντας υψηλή λογική στις εξόδους της.

Αυτό διατηρείται εφ 'όσον το δυναμικό τριγώνου κυμάτων συνεχίζει να είναι κάτω από το δυναμικό ημιτονοειδούς κύματος και τη στιγμή που το δυναμικό ημιτονοειδούς κύματος ανιχνεύεται ότι είναι χαμηλότερο από το δυναμικό στιγμιαίου κυματοειδούς τριγώνου, οι έξοδοι επανέρχονται με χαμηλό και διατηρούνται έως ότου επανέλθει η κατάσταση .

Αυτή η συνεχής σύγκριση των στιγμιαίων δυναμικών επιπέδων των δύο υπερτιθέμενων κυματομορφών στις δύο εισόδους των opamps έχει ως αποτέλεσμα τη δημιουργία των αντίστοιχα μεταβαλλόμενων PWMs που μπορεί να είναι ακριβώς η αντιγραφή της ημιτονοειδούς κυματομορφής που εφαρμόζεται στην μη αναστρέψιμη είσοδο του opamp.

Opamp Επεξεργασία του SPWM

Η παρακάτω εικόνα δείχνει την προσομοίωση slo-mo της παραπάνω λειτουργίας:

Εδώ μπορούμε να δούμε την παραπάνω εξήγηση να εφαρμόζεται πρακτικά, και έτσι ο opamp θα εκτελούσε το ίδιο (αν και με πολύ πιο γρήγορο ρυθμό, σε ms).

Το πάνω σχήμα δείχνει μια ελαφρώς πιο ακριβή απεικόνιση SPWM από το δεύτερο διάγραμμα κύλισης, διότι στο πρώτο σχήμα είχα την άνεση της διάταξης του γραφήματος στο παρασκήνιο ενώ στο δεύτερο προσομοιωμένο διάγραμμα έπρεπε να σχεδιάσω το ίδιο χωρίς τη βοήθεια του το γράφημα συντεταγμένων, επομένως θα μπορούσα να χάσω μερικά από τα σημεία που συμπίπτουν και επομένως οι έξοδοι φαίνονται λίγο ανακριβείς σε σύγκριση με το πρώτο.

Παρ 'όλα αυτά, η λειτουργία είναι αρκετά εμφανής και αναδεικνύει με σαφήνεια πώς ένα opamp υποτίθεται ότι επεξεργάζεται ένα ημιτονοειδές κύμα PWM συγκρίνοντας δύο ταυτόχρονα διαφορετικά σήματα στις εισόδους του, όπως εξηγείται στις προηγούμενες ενότητες.

Στην πραγματικότητα, ένα opamp θα επεξεργαζόταν τα PWMs του ημιτονοειδούς κύματος με μεγαλύτερη ακρίβεια από ό, τι φαίνεται στην παραπάνω προσομοίωση, μπορεί να είναι 100 φορές καλύτερα, παράγοντας ένα εξαιρετικά ομοιόμορφο και καλά διαστασιοποιημένο PWMs που αντιστοιχεί στο δείγμα τροφοδοσίας. ημιτονοειδές κύμα.