Dè th' ann am PWM?

Tha PWM a’ seasamh airson Pulse Width Modulation. Tha thu a’ tionndadh bholtaids air is dheth aig tricead stèidhichte, ag atharrachadh a’ cho-mheas eadar ùine agus dheth-gus smachd a chumail air lìbhrigeadh cumhachd cuibheasach. Sin agad e. Tha an còrr dìreach a 'dèiligeadh ris na buaidhean.

Gabh solar 12V a 'draibheadh LED a dh' fheumas 3V. Mar as trice bhiodh tu a’ cleachdadh resistor no riaghlaiche sreathach, losgadh dheth 9V mar theas. Sgudal gòrach. Le PWM tionndaidhidh tu an 12V slàn air is dheth luath gu leòr is gu bheil tomad teirmeach an LED a’ toirt a-mach e. 25% cearcall a’ toirt dhut timcheall air 3V co-ionann. Tha an LED a’ faicinn 12V → 0V → 12V → 0V aig is dòcha 1kHz, ach chan urrainn dha fuarachadh agus teasachadh cho luath sin, agus mar sin bidh soilleireachd a’ fuireach seasmhach.

Cùisean tricead. Ro shlaodach (fo 100Hz) agus gheibh thu flicker faicsinneach. Bidh cuid a’ faicinn flicker suas gu 200Hz. Mar as trice bidh mi a’ ruith lasachadh LED aig 20kHz dìreach airson a bhith sàbhailte- cuideachd ga chumail a-mach às an raon a chluinnear ma tha ceangal meacanaigeach sam bith ann. Bidh atharrachadh astar a’ toirt buaidh air call cuideachd, ach ruigidh sinn sin.

Am matamataigs: mas e T an ùine agad agus air{0}} tha an ùine t, cearcall dleastanais D=t/T. Sìmplidh. Tha cumhachd air a lìbhrigeadh timcheall air D × V_supply × I_load, às aonais call. Is e na call sin far am fàs cùisean inntinneach.

A 'chiad adhbhar: èifeachdas. Bidh MOSFET ann an sùghaidh a’ tuiteam is dòcha 0.1-0.2V aig sruthan reusanta. Bidh MOSFET a’ toirt dheth microamps. Mar sin tha thu an dàrna cuid a’ sgapadh (0.1V × gnàthach) no gu bunaiteach gun dad. Dèan coimeas eadar sin agus riaghladair sreathach a bhios a’ tuiteam 9V aig làn-shruth an-còmhnaidh. Is e eadar-dhealachadh beatha bataraidh 40-50x ann an cuid de chùisean, gun a bhith cus.

San dàrna àite: faodaidh tu solar cumhachd nas saoire a chleachdadh. A bheil feum agad air motair 48V a dhràibheadh aig astar caochlaideach? Le smachd analog feumaidh tu solar caochlaideach daor 0-48V. Le PWM bidh thu a’ cleachdadh solar stèidhichte 48V (saor) agus MOSFET (cuideachd saor). Dèanta.

An treas adhbhar nach eil duine a 'bruidhinn mu dheidhinn: solarachadh. Feuch ri solar math analog caochlaideach a lorg ann an tomhas-lìonaidh. Tha amannan stiùiridh 26 seachdainean aig a’ char as lugha bho luchd-saothrachaidh iomchaidh. MOSFETan? Tha a h-uile dad ann an stoc aig Digikey. Nuair a tha cinneasachadh a’ sgreuchail ort, tha seo nas cudromaiche na cosgais BOM.

PWM

Cuiridh EMI iongnadh ort. A’ chiad turas a rinn mi bòrd PWM àrd -(120A airson motair DC), mharbh e am bus CAN air an aon charbad. Chan eil pacaidean truaillidh-gu tur marbh. Thionndaidh e a-mach gu robh an fhàinne draibhidh geata agam a ’ceangal tron talamh chassis, a’ toirt spìcean 40V air paidhir eadar-dhealaichte CAN. Chaidh grìogagan ferrite a chur ris, fearann air a ghluasad timcheall, bha cùisean fhathast ann. Mu dheireadh dh'fheumadh sinn criathrag pi a chur ris an t-solar motair agus na plèanaichean talmhainn a sgaradh le aon{9}}cheangal puing. Thug e tri chathraichean air ais.

Tha draibheadh geata nas duilghe na tha e a’ coimhead. Feumaidh tu bacadh ìosal bhon draibhear agad gu geata MOSFET-lorg cùisean inntrigidh aig àrd di/dt. Tha mi air 10nH de inductance lorg fhaicinn ag adhbhrachadh spìcean bholtachd 50V aig àm an atharrachaidh (V=L × di/dt). Tha sin gu leòr airson faighinn tro MOSFET le ìre 60V. Bidh daoine ag argamaid mun matamataigs ach tha mi air fhaicinn air an raon: tha 3A/ns ag atharrachadh sruth gu 10nH a’ toirt dhut spìc 30V. Cuir ris a’ bholtadh solair agus tha thu thairis air an ìre as àirde iomlan.

An uairsin bidh losgadh-troimhe ann an drochaidean H-. FEUMAIDH ùine a bhith agad eadar an taobh ìosal a chuir dheth agus an taobh àrd a thionndadh (agus a chaochladh). Tha Zero deadtime a’ ciallachadh gum bi an dà FET a’ giùlan aig an aon àm-dìreach goirid bho sholarachadh gu talamh tro fhrith-rathaidean an t-seanail FET. 50A tro 0.01Ω dà uair fhathast 1000A airson na microseconds mus spreadh cùisean. Tha am modh teip iongantach: bidh sgàineadh beag anns an t-silicon, FET a 'dol goirid gu maireannach, a' toirt a-mach a h-uile càil eile san t-seine.

Ach cus ùine marbh agus bidh an diode bodhaig a’ giùlan rè na h-ùine marbh. Tha diodes bodhaig uamhasach-drop air adhart àrd (1-2V), faighinn air ais slaodach. Bidh thu a 'call èifeachdas agus a' gineadh barrachd teas. Mar as trice bidh malairt dheth eadar 100-500ns ùine marbh a rèir feartan tionndaidh an FET agad.

A’ chiad instinct aig a h-uile duine: tricead nas àirde=inductors/capacitors nas lugha=nas saoire. Uaireannan fìor. Ach le bhith ag atharrachadh call a’ dol am meud le tricead-bidh tu a’ call lùth gach uair a dh’ atharraicheas FET. ESwitching ≈ 0,5 × Vsupply × Iload × (trise + tfall) × fsw. Dùblachadh an tricead, dùblachadh an call suidse.

Airson draibhearan motair, tha 20kHz cumanta. Gu h-àrd a chluinnear, chan eil dragh air cuibhreannan ùine meacanaigeach. Ach ann an solar cumhachd laptop chì thu 300kHz-1MHz. Carson? Magnetics nas lugha. Tha inductor 1MHz gu corporra 1 / 50mh meud meud 20kHz leis an aon inductance. Tha sin fìor mhòr airson innealan gluasadach. Is e malairt dheth gu bheil feum agad air FETn nas luaithe (Qg nas ìsle), cruth nas fheàrr, dealbhadh draibhear nas faiceallach.

Tha fuaim (amps Clas D) a’ ruith 250kHz-1MHz. Fo 200kHz agus cluinnidh tu tricead a’ ghiùlan mar fhuaim àrd. Os cionn 1MHz agus tòisichidh tu a’ sabaid le eadar-theachd rèidio AM. Bidh a’ mhòr-chuid de dhealbhaidhean a’ socrachadh aig 400-500kHz, criathrag pas-ìosal aig is dòcha 50kHz gus an giùlan a thoirt air falbh.

Fìor eisimpleir: rinn inneal-tionndaidh boc 500kHz aon uair, dh’ fheuch e ri dhol gu 1MHz gus am bòrd a lughdachadh. Thuit èifeachdas 4% (88% gu 84%). Is e sin teas a bharrachd 8W ann an solar 200W. Feum air heatsink nas motha, chaill e na sàbhalaidhean àite gu lèir bhon inductor nas lugha. Dh'fhuirich e aig 500kHz.

PWM

Tha fuaim 8{7}}bit PWM (256 ceumannan) ceart gu leòr gus am feuch thu ri LED a lùghdachadh gu rèidh bho 100% gu 0%. Fo chearcall dleastanais 10% gheibh thu ceumannan faicsinneach ann an soilleireachd. Tha sùil daonna logarithmic - tòrr nas mothachail air atharrachaidhean aig ìrean solais ìosal. Feum air 12-bit (4096 ceumannan) aig a’ char as lugha airson lasachadh rèidh thairis air an làn raon.

Ach seo an glacadh: tha 12-bit aig 20kHz a’ ciallachadh gu bheil feum agad air gleoc timer 20kHz × 4096=81.92MHz. Chan urrainn dha a h-uile micros sin a dhèanamh. Agus ma tha feum agad air grunn shianalan PWM neo-eisimeileach aig 12-bit, tha thu a’ coimhead air iomaill timer sònraichte no FPGA.

Freagairt: cleachd 8-bit PWM ach atharraich am tricead gu dinamach. Aig soilleireachd àrd ruith 20kHz, aig soilleireachd ìosal tuiteam gu 100Hz. A’ toirt dhut ceumannan nas fèarr far a bheil feum agad orra. Ach a-nis tha EMI tricead caochlaideach agad airson dèiligeadh ris. Chan eil dad an-asgaidh.

Bidh VFDn gnìomhachais (dràibhean tricead caochlaideach) ag atharrachadh ceudan de amp aig 480VAC. Tha an ro-innleachd smachd nas iom-fhillte -modaladh vectar fànais, smachd achadh, ge bith dè a tha ann ach fon sin tha e fhathast PWM ag atharrachadh sia IGBTan ann an drochaid trì ìrean.

Eadar-dhealachaidhean aig an ìre seo:

Feumaidh draibhearan geata solar 15V iomallach. Is e sin 6 solar iomallach a’ seòladh aig diofar chomasan suas gu 680VDC (480VAC ceartaichte). Feumaidh gach draibhear a chumhachd fhèin, an resistor geata aige fhèin (0.5-2Ω àbhaisteach), an dìon overcurrent aige fhèin.

Bidh ùine marbh ag èirigh gu 2-5µs leis gu bheil IGBTn nas slaodaiche na MOSFETs

dv/dt sìoltachain air an toradh leis gu bheil comas càball motair agus oirean tionndaidh luath ag adhbhrachadh sruthan modh cumanta mòr. Tha mi air 20A de shruth modh cumanta- a thomhas air càball motair 5HP, gu tur air leth bhon t-sruth motair. Sin as coireach gu bheil feum agad air càballan dìon agus bunait cheart.

Teirmeach: tha eadhon call 2% aig 50kW 1kW de theas. Fuarachadh uisge le suidsichean sruthadh agus eadar-ghlasan teòthachd. Ma thuiteas sruth fuarachaidh fon stairsnich, cuiridh an rianadair às do thoraidhean sa bhad. Chaidh siostaman fhaicinn a’ losgadh oir dhìochuimhnich cuideigin sùil a thoirt air ìre an fhuarachaidh.

Bidh taghadh co-phàirtean a 'fàs neònach. Is dòcha nach làimhsich IGBT le ìre airson 100A leantainneach ach 80A aig 50 ceum àrainneachd, 60A aig 70 ceum. Ach bidh tòiseachadh air motair mòr a’ tarraing sruth ìre 6x airson grunn dhiog. Mar sin tha thu a’ meudachadh airson stùc, gun a bhith ag ràdh gu bheil thu seasmhach, agus an uairsin a’ diùltadh teòthachd. Crìochnaich le 300A IGBT airson tagradh “100A”. Tha cosgais BOM a’ fàgail solar gu math mì-thoilichte.

Luchd-ama STM32: tha PWM 16-bit aig a’ mhòr-chuid, bidh cuid de mhodalan a’ dol gu 32-bit ach is ann ainneamh a bhios feum agad air. Is e an rud as cudromaiche an àireamh de shianalan coimeas agus toraidhean co-phàirteach. Tha ceithir seanalan coimeas aig TIM1 agus TIM8 air an t-sreath F4 gach fear le toraidhean co-phàirteach agus cuir a-steach àm marbh prògramaichte. Fìor mhath airson smachd motair.

Duilgheadas: tha na seanalan PWM uile air aon timer air an sioncronadh chun aon chunntair. Ma tha feum agad air triceadan neo-eisimeileach, feumaidh tu timers fa leth. Agus chan eil ann ach uimhir de timers le feartan adhartach. Air an STM32F4 gheibh thu TIM1, TIM8 airson smachd adhartach. TIM2-5 airson PWM bunaiteach. Tha TIM9-14 16-bit às aonais ginealach ùine marbh. Bidh thu a’ ruith a-mach gu sgiobalta ma tha feum aig an tagradh air grunn chomharran PWM iomallach.

Chunnaic iad dealbhaidhean far am bìd iad PWM ann am bathar-bog oir ruith iad a-mach à seanailean timer. Beachd uamhasach. Jitter, CPU os an cionn, tionndadh prìomhachais nuair a bhios cuid eile a’ briseadh teine. Dìreach pàigh an $ 2 a bharrachd airson meanbh le barrachd timers no cleachd PWM IC taobh a-muigh (mar PCA9685). Bheir do chuid fhèin san àm ri teachd taing dhut.

Tha seanalan 16 PWM aig ESP32 a’ cleachdadh an iomaill LED PWM. A ’faireachdainn glè mhath, ach a-mhàin gu bheil iad uile a’ tighinn bho aon ghleoc APB 80MHz agus a ’roinn luchd-sgaraidh ann am buidhnean. A bheil thu ag iarraidh triceadan eadar-dhealaichte? An dòchas gur e co-mheasan iomlan a th’ annta. Cuideachd bidh an rùn a’ dol sìos mar a bhios tricead ag àrdachadh leis gu bheil e a’ cleachdadh an aon ghleoc bonn. Aig 20kHz gheibh thu 12-bit, aig 40kHz tha thu sìos gu 11-bit, msaa. Chan eil Datasheet a' dèanamh seo follaiseach.

Spread-speactram PWM: an àite tricead stèidhichte, bidh thu ga chuairteachadh ±10% air thuaiream. A ’sgaoileadh an EMI thairis air raon tricead nas fharsainge, a’ lughdachadh sgaoilidhean as àirde. A’ cuideachadh le bhith a’ faighinn seachad air deuchainnean FCC/CE às aonais uimhir de bhathar-cruaidh sìolaidh. Tha seo air a thogail a-steach aig a’ mhòr-chuid de chips SMPS an latha an-diugh. Leigidh Cypress PSoC leat eadhon smachd a chumail air a’ phàtran dithering-sàbhalaidh, triantanach, meallta-air thuaiream.

PWM eadar-dhuilleagach: ruith grunn luchd-tionndaidh a-mach às an ìre. Tha dà inneal-tionndaidh aig gluasad ìre 180 ceum a’ ciallachadh gu bheil an capacitor cuir a-steach a’ faicinn leth an t-sruth ripple. Bidh ceithir luchd-tionndaidh aig ìre 90 ceum a' gluasad-ceathramh an ripple. Ach a-nis feumaidh tu sioncronadh ìre mionaideach eadar seanalan agus cothromachadh luchdan gus am bi iad a’ roinn sruth co-ionann. Mar as trice bidh feum air rianadair sònraichte IC mura h-eil goireasan gu leòr aig a’ mhicreofon agad.

Faodaidh GaN FETs tionndadh a-steach fo 10ns. A’ fosgladh suas tricead 10MHz+ PWM-bidh inductors gu bhith beag bìodach, cha mhòr dìreach lorgan PCB. Ach: tha cruth bùird deatamach, feumaidh draibheadh geata fìor aire, bidh inntrigeadh sam bith ag adhbhrachadh cus mòr. Chan ann airson luchd-tòiseachaidh. Chunnaic sinn fàinne dealbhaidh GaN gu 2x VDD oir chleachd cuideigin draibhear geata àbhaisteach le 5cm de dh'fhaid lorg. Cha do mhair am FET.

PWM

Airson a’ mhòr-chuid de stuth: 20kHz, timer bathar-cruaidh PWM, rùn 10-bit. Gu leòr airson smachd motair agus lasachadh LED. Cuir a-steach draibhear geata IC (2A stùc as ìsle an-dràsta), bonaidean ceirmeag ESR ìosal dìreach aig drèana FET, plèana talmhainn reamhar. Thoir sùil air na cruthan-tonn suidse le farsaingeachd air a’ chiad prototype, bi an dùil ath-aithris aon uair.

Airson rud sam bith os cionn 10A atharrais leantainneach, teirmeach mus tèid a dhealbhadh. Bidh mi a’ cleachdadh ANSYS ach tha eadhon FEA bunaiteach a’ glacadh a’ mhòr-chuid de dhuilgheadasan. Às-mhalairt na sreathan copair le call mar stòran teas, suidhich suidheachaidhean crìche, dèan cinnteach a bheil dad a ’bualadh teòthachd snaim 125 ceum aig a’ char as àirde. Mar as trice bidh feum agad air heatsinks no èadhar èiginneach ma tha thu ag atharrachadh barrachd air 50W.

Agus dèan deuchainn air aig teòthachd. Bidh deuchainn teòthachd an t-seòmair a’ glacadh is dòcha 60% de chùisean. Lorgaidh am bogsa teth aig 70 ceum àrainneachd airson 8 uairean an còrr ruith teirmeach, gluasad stairsneach geata, àrdachadh ESR capacitor. Chosg mi seachdain aon uair nuair a dh’ obraich dealbhadh gu math aig 25 ceum ach chaidh am FET suas aig 65 ceum leis nach robh mi a’ toirt cunntas air co-èifeachd teòthachd bholtachd stairsnich.

Is e sin PWM. Bun-bheachd sìmplidh, mion-fhiosrachadh gun chrìoch.

An rud mu dheireadh: ma tha thu a’ dèanamh stuth PWM le cumhachd bataraidh, na bi saor air ceallan. Dh’ fheuch cuid gun-ainmich pacaidean lithium aon uair-nach b’ urrainn dhuinn an sruth ripple a làimhseachadh, bholtaids air a shìneadh fo luchd, siostam slàn air a dhonnadh. Air atharrachadh gu ceartbataraidh lithium ionicmodalan le rangachadh C- reusanta, chaidh an duilgheadas à sealladh. Shàbhail an $ 15 a bharrachd gach pasgan mi bho thrì fiosan taic san t-seachdain.