Sinusvåg PWM (SPWM) krets med Opamp

SPWM hänvisar till Sine Wave Pulse Width Modulation, som är ett pulsbreddarrangemang där pulserna är smalare i början, som gradvis blir bredare i mitten och sedan smalare igen i slutet av arrangemanget. Denna uppsättning pulser vid implementering i en induktiv applikation som inverter gör det möjligt att omvandla utgången till en exponentiell sinusvågform, som kan se exakt ut identisk med en konventionell sinusvågform,

Att skaffa en sinusvågseffekt från en växelriktare kan vara den mest avgörande och mest fördelaktiga funktionen för att ge enheten maximal effektivitet när det gäller dess utgångskvalitet. Låt oss lära oss att göra sinusvåg PWM eller en SPWM med hjälp av en opamp.

Simulering av sinusvågform är inte lätt

Att uppnå en sinusformad vågutgång kan vara ganska komplicerat och kanske inte rekommenderas för växelriktare, eftersom elektroniska enheter normalt inte 'gillar' exponentiellt stigande strömmar eller spänningar. Eftersom växelriktare huvudsakligen tillverkas med hjälp av elektroniska halvledartillstånd, undviks normalt en sinusformad vågform.

Elektroniska kraftenheter när de tvingas arbeta med sinusformade vågor ger ineffektiva resultat eftersom enheterna tenderar att bli relativt mer heta jämfört med när de drivs med fyrkantvågspulser.

Så det näst bästa alternativet för att implementera en sinusvåg från en växelriktare är förresten av PWM, som står för pulsbreddsmodulation.

PWM är ett avancerat sätt (digital variant) att lägga fram en exponentiell vågform genom en proportionellt varierande fyrkantig pulsbredd vars nettovärde beräknas för att exakt matcha nettovärdet för en vald exponentiell vågform, här hänvisar 'nettovärde' till RMS-värdet. Därför kan en perfekt beräknad PWM med hänvisning till en given sinusvåg användas som en perfekt ekvivalent för att replikera den givna sinusvågen.

Dessutom blir PWM: er idealiskt kompatibla med elektroniska kraftenheter (mosfets, BJT, IGBTS) och låter dessa köras med minimal värmeavledning.

Generering eller tillverkning av sinusvågen PWM-vågformer anses dock normalt vara komplexa, och det beror på att implementeringen inte är lätt att simulera i sitt sinne.

Till och med jag var tvungen att gå igenom lite brainstorming innan jag korrekt kunde simulera funktionen genom intensivt tänkande och föreställning.

Vad är SPWM

Den enklaste kända metoden att generera en sinus-PWM (SPWM) är att mata ett par exponentiellt varierande signaler till ingången till en opamp för den erforderliga behandlingen. Bland de två ingångssignalerna måste man ha mycket högre frekvens jämfört med den andra.

De IC 555 kan också användas effektivt för att generera sinusekvivalenta PWM , genom att integrera dess inbyggda opamps och en R / C triangel rampgenerator krets.

Följande diskussion hjälper dig att förstå hela proceduren.

Nya hobbyister och även yrkesverksamma kommer nu att hitta det ganska lätt att förstå hur sinusvåg PWM (SPWM) implementeras genom att bearbeta ett par signaler med hjälp av en opamp, låt oss räkna ut det med hjälp av följande diagram och simulering.

Använda två ingångssignaler

Som nämnts i föregående avsnitt involverar proceduren matning av två exponentiellt varierande vågformer till ingångarna till en opamp.

Här är opampen konfigurerad som en typisk komparator, så vi kan anta att opampen omedelbart kommer att börja jämföra de momentana spänningsnivåerna för dessa två överlagrade vågformer när de dyker upp eller appliceras på dess ingångar.

För att göra det möjligt för opampen att implementera de erforderliga sinus-PWM: erna korrekt vid dess utgång är det absolut nödvändigt att en av signalerna har en mycket högre frekvens än den andra. Den långsammare frekvensen här är den som antas vara provets sinusvåg som måste imiteras (replikeras) av PWM: erna.

Helst bör båda signalerna vara sinusvågor (en med högre frekvens än den andra), men samma kan också implementeras genom att införliva en triangelvåg (hög frekvens) och en sinusvåg (sampelvåg med låg frekvens).

Som framgår av följande bilder appliceras högfrekvenssignalen alltid på den inverterande ingången (-) på opampen, medan den andra långsammare sinusvåg appliceras på opampens icke-inverterande (+) ingång.

I värsta fall kan båda signalerna vara triangelvågor med de rekommenderade frekvensnivåerna som diskuterats ovan. Ändå skulle det hjälpa dig att uppnå en rimligt bra sinusvågekvivalent PWM.

Signalen med högre frekvens betecknas som bärarsignal, medan den långsammare samplingssignalen kallas modulerande ingång.

Skapa en SPWM med triangelvåg och Sinewave

Med hänvisning till figuren ovan kan vi genom plottade punkter tydligt visualisera de olika sammanfallande eller överlappande spänningspunkterna för de två signalerna under en given tidsperiod.

Den horisontella axeln anger vågformens tidsperiod, medan den vertikala axeln anger spänningsnivåerna för de två samtidigt löpande, överlagrade vågformerna.

Figuren informerar oss om hur opampen skulle svara på de visade sammanfallande momentana spänningsnivåerna för de två vågformerna och producera en motsvarande varierande sinusvåg PWM vid dess utgång.

Förfarandet är faktiskt inte så svårt att föreställa sig. Opamp jämför helt enkelt den snabba triangelvågens varierande momentana spänningsnivåer med den relativt mycket långsammare sinusvåg (detta kan också vara en triangelvåg) och kontrollerar de fall då triangelns vågformsspänning kan vara lägre än sinusvågsspänningen och svarar direkt skapar hög logik vid sina utgångar.

Detta upprätthålls så länge som triangelvågspotentialen fortsätter att ligga under sinusvågspotentialen, och i det ögonblick som sinusvågspotentialen detekteras vara lägre än den momentana triangelvågspotentialen, återgår utgångarna med en låg och upprätthåller tills situationen återgår .

Denna kontinuerliga jämförelse av de momentana potentialnivåerna för de två överlagrade vågformerna över de två ingångarna till opamparna resulterar i skapandet av motsvarande varierande PWM: er, som kan vara exakt replikering av sinusvågformen applicerad på opampens icke-inverterande ingång.

Opamp Processioning the SPWM

Följande bild visar slo-mo-simuleringen av ovanstående operation:

Här kan vi bevittna att förklaringen ovan implementeras praktiskt, och det här är ganska hur opampen skulle exekvera detsamma (även om det är mycket fetare i ms).

Den övre figuren visar en något mer exakt SPWM-avbildning än det andra rullningsdiagrammet, detta beror på att i den första figuren hade jag komforten med graflayouten i bakgrunden medan jag i det andra simulerade diagrammet var tvungen att plotta samma utan hjälp av grafkoordinaterna, därför kanske jag har missat några av de sammanfallande punkterna och därför ser utgångarna lite felaktiga jämfört med den första.

Ändå är operationen ganska tydlig och visar tydligt hur en opamp ska behandla en PWM-sinusvåg genom att jämföra två samtidigt varierande signaler vid sina ingångar som förklarats i föregående avsnitt.

Egentligen skulle en opamp bearbeta sinusvåg PWM mycket mer exakt än den ovan visade simuleringen, kan vara 100 gånger bättre, vilket ger en extremt enhetlig och väldimensionerad PWM som motsvarar det matade provet. sinusvåg.

Kretsschema