Kini PWM?

PWM duro fun Iṣatunṣe Iwọn Iwọn Pulse. O n yi foliteji tan ati pipa ni igbohunsafẹfẹ ti o wa titi, yiyipada ipin ti tan{1}}akoko si pipa{2}} lati ṣakoso apapọ ifijiṣẹ agbara. O n niyen. Awọn iyokù ti wa ni o kan awọn olugbagbọ pẹlu awọn gaju.

Mu ipese 12V ti n wa LED ti o nilo 3V. Ni deede iwọ yoo lo resistor tabi olutọsọna laini, sun 9V bi ooru. Omugo egbin. Pẹlu PWM o yipada ni kikun 12V tan ati pipa ni iyara to pe iwọn otutu ti LED ṣe aropin rẹ. 25% iyipo iṣẹ yoo fun ọ ni aijọju 3V deede. LED naa rii 12V → 0V → 12V → 0V ni boya 1kHz, ṣugbọn ko le dara si isalẹ ki o gbona ni iyara yẹn, nitorinaa imọlẹ duro nigbagbogbo.

Awọn ọrọ igbohunsafẹfẹ. O lọra pupọ (labẹ 100Hz) ati pe o gba flicker han. Diẹ ninu awọn eniyan wo flicker to 200Hz. Mo maa n ṣiṣẹ dimming LED ni 20kHz o kan lati wa ni ailewu-tun jẹ ki o ma wa ni ibiti a ti gbọ ti o ba wa ni asopọ ẹrọ. Iyara iyipada yoo ni ipa lori awọn adanu paapaa, ṣugbọn a yoo gba si iyẹn.

Iṣiro: ti akoko rẹ ba jẹ T ati ni akoko -, akoko iṣẹ-ṣiṣe D=t/T. Rọrun. Agbara jiṣẹ jẹ aijọju D × V_supply × I_load, iyokuro awọn adanu. Awọn adanu wọnyẹn ni ibi ti awọn nkan ti nifẹ si.

Idi akọkọ: ṣiṣe. MOSFET ni itẹlọrun ṣubu boya 0.1-0.2V ni awọn ṣiṣan ti o tọ. MOSFET pa fa microamps. Nitorinaa o n tuka (0.1V × lọwọlọwọ) tabi ni ipilẹ ohunkohun. Ṣe afiwe iyẹn si olutọsọna laini sisọ 9V ni kikun lọwọlọwọ nigbagbogbo. Iyatọ igbesi aye batiri jẹ 40-50x ni awọn igba miiran, kii ṣe abumọ.

Keji: o le lo awọn ipese agbara ti o din owo. Ṣe o nilo lati wakọ mọto 48V ni iyara oniyipada? Pẹlu iṣakoso afọwọṣe o nilo ipese 0-48V oniyipada gbowolori. Pẹlu PWM o lo ipese 48V ti o wa titi (olowo poku) ati MOSFET kan (tun olowo poku). Ti ṣe.

Idi kẹta ko si ẹnikan ti o sọrọ nipa: rira. Gbiyanju lati wa ipese afọwọṣe oniyipada to dara ni iwọn didun. Awọn akoko idari jẹ ọsẹ 26 o kere ju lati ọdọ awọn aṣelọpọ to dara. MOSFETs? Ohun gbogbo wa ni iṣura ni Digikey. Nigbati iṣelọpọ ba pariwo si ọ, eyi ṣe pataki ju idiyele BOM lọ.

PWM

EMI yoo ba ọ. Ni igba akọkọ ti Mo ṣe igbimọ giga{1} PWM lọwọlọwọ (120A fun mọto DC), o pa ọkọ akero CAN lori ọkọ kan naa. Awọn apo-iwe ti ko bajẹ{4}} ku patapata. Yipada wiwakọ ẹnu-ọna ẹnu-ọna mi ti n ṣajọpọ nipasẹ ilẹ chassis, ti nfa awọn spikes 40V lori bata iyatọ CAN. Awọn ilẹkẹ ferrite ti a ṣafikun, awọn aaye gbigbe ni ayika, tun ni awọn ọran. Nígbẹ̀yìngbẹ́yín ní láti ṣàfikún àlẹ̀ pi sórí ìpèsè mọ́tò kí o sì ya àwọn ọkọ̀ òfuurufú ilẹ̀ sọ́tọ̀ pẹ̀lú ìsopọ̀ {{9} kan ṣoṣo. Mu mẹta ọkọ revs.

Wakọ ẹnu-ọna le ju bi o ti n wo lọ. O nilo idiwọ kekere lati ọdọ awakọ rẹ si ẹnu-ọna MOSFET{1}} awọn ọrọ inductance ni giga di/dt. Mo ti rii 10nH ti itọpa inductance fa awọn ifa foliteji 50V lakoko iyipada (V=L × di/dt). Iyẹn ti to lati Punch nipasẹ MOSFET ti o ni iwọn 60V. Awọn eniyan jiyan nipa mathimatiki ṣugbọn Mo ti rii lori aaye naa: 3A/ns yiyi lọwọlọwọ si 10nH fun ọ ni iwasoke 30V. Ṣafikun foliteji ipese ati pe o ti kọja iwọn ti o pọju pipe.

Lẹhinna iyaworan - nipasẹ awọn afara H{1}. O gbọdọ ni akoko ipari laarin pipa kekere - ẹgbẹ FET ati titan si oke{4}} (ati ni idakeji). Akoko ipari odo tumọ si pe awọn FET mejeeji n ṣe ni igbakanna-taara kukuru lati ipese si ilẹ nipasẹ awọn atako ikanni FET{7}}A nipasẹ 0.01Ω lẹẹmeji jẹ 1000A fun iṣẹju-aaya ṣaaju ki awọn nkan to gbamu. Ipo ikuna jẹ iyalẹnu: iho kekere ninu ohun alumọni, FET lọ kuru patapata, mu ohun gbogbo miiran jade ninu pq.

Ṣugbọn akoko ipari pupọ pupọ ati diode ti ara n ṣe lakoko akoko ti o ku. Awọn diodes ti ara jẹ ẹru{1}julọ siwaju siwaju (1{5}}2V), imularada lọra. O padanu ṣiṣe ati ṣe ina ooru diẹ sii. Iṣowo-pipa jẹ igbagbogbo akoko ipari 100-500ns da lori awọn abuda iyipada FET rẹ.

Iwa akọkọ ti gbogbo eniyan: igbohunsafẹfẹ giga julọ=awọn inductor / capacitors kekere=din owo. Nigba miiran otitọ. Ṣugbọn awọn adanu iyipada n pọ si pẹlu igbohunsafẹfẹ-o n padanu agbara ni gbogbo igba ti awọn iyipada FET. ESwitching ≈ 0.5 × Vsupply × Iload × (trise + tfall) × fsw. Ė awọn igbohunsafẹfẹ, ė awọn yipada pipadanu.

Fun awọn awakọ mọto, 20kHz jẹ wọpọ. Loke ohun ti a gbọ, awọn iduro akoko ẹrọ ko bikita. Ṣugbọn ninu ipese agbara kọǹpútà alágbèéká o ri 300kHz{13}}1MHz. Kí nìdí? Awọn oofa ti o kere ju. Inductor 1MHz jẹ 1/50th ti ara ni iwọn 20kHz ọkan pẹlu inductance kanna. Iyẹn tobi fun awọn ẹrọ to ṣee gbe. Iṣowo-pipa ni o nilo FETs yiyara (Qg kekere), ipilẹ to dara julọ, apẹrẹ awakọ ṣọra diẹ sii.

Olohun (Class D amps) nṣiṣẹ 250kHz{4}}1MHz. Ni isalẹ 200kHz ati pe o le gbọ igbohunsafẹfẹ ti ngbe bi ariwo giga-. Loke 1MHz ati pe o bẹrẹ ija pẹlu kikọlu redio AM. Pupọ awọn aṣa ṣe ipinnu ni 400-500kHz, àlẹmọ-kekere ni boya 50kHz lati yọ awọn ti ngbe kuro.

Apeere gidi: ṣe oluyipada ẹtu 500kHz lẹẹkan, gbiyanju lati lọ si 1MHz lati dinku igbimọ naa. Ṣiṣe ṣiṣe silẹ 4% (88% si 84%). Iyẹn ni afikun ooru 8W ni ipese 200W kan. Nilo heatsink nla kan, padanu gbogbo awọn ifowopamọ aaye lati inu inductor kekere. Duro ni 500kHz.

PWM

8-bit PWM (igbesẹ 256) dun dara titi ti o fi gbiyanju lati din LED kan jẹ laisiyonu lati 100% si 0%. Ni isalẹ 10% iṣẹ-ṣiṣe o gba awọn igbesẹ ti o han ni imọlẹ. Oju eniyan jẹ logarithmic-pupọ pupọ si awọn iyipada ni awọn ipele ina kekere. Nilo 12-bit (awọn igbesẹ 4096) o kere ju fun dimming dan ni iwọn ni kikun.

Ṣugbọn eyi ni mimu: 12-bit ni 20kHz tumọ si pe o nilo aago aago 20kHz × 4096=81.92MHz. Kii ṣe gbogbo awọn micros le ṣe iyẹn. Ati pe ti o ba nilo awọn ikanni PWM olominira lọpọlọpọ ni 12-bit, o n wo awọn agbeegbe aago igbẹhin tabi FPGA kan.

Iṣe-iṣẹ: lo 8{6}}bit PWM ṣugbọn satunṣe igbohunsafẹfẹ naa ni agbara. Ni imọlẹ giga ṣiṣe 20kHz, ni imọlẹ kekere ju silẹ si 100Hz. Fun ọ ni awọn igbesẹ ti o dara julọ nibiti o nilo wọn. Ṣugbọn nisisiyi o ni EMI-igbohunsafẹfẹ lati koju. Ko si ohun ti o jẹ ọfẹ.

Awọn VFD ile-iṣẹ (awọn awakọ igbohunsafẹfẹ oniyipada) yipada awọn ọgọọgọrun amps ni 480VAC. Ilana iṣakoso jẹ idiju diẹ sii -Modulation vector space, aaye -Iṣakoso itọsọna, ohunkohun ti-ṣugbọn labẹ o tun wa PWM yiyipada awọn IGBT mẹfa ni afara mẹta{{5}.

Awọn iyatọ ni iwọn yii:

Awọn awakọ ẹnu-ọna nilo awọn ipese ti o ya sọtọ 15V. Iyẹn jẹ awọn ipese ti o ya sọtọ 6 lilefoofo ni awọn agbara oriṣiriṣi to 680VDC (atunṣe 480VAC). Awakọ kọọkan nilo agbara tirẹ, resistor ẹnu-ọna tirẹ (0.5-2Ω aṣoju), aabo ti ara rẹ lọwọlọwọ.

Akoko ipari pọ si 2-5µs nitori awọn IGBT jẹ o lọra ju MOSFETs

dv/dt ṣe àsẹ̀ lórí àbájáde nítorí pé agbára USB mọ́tò pẹ̀lú àwọn igun yíyára yíyára ń fa ìsanwọ̀n ìwọ̀n-ọ̀kan tí ó wọ́pọ̀-. Mo ti wọn 20A ti o wọpọ{3} ipo lọwọlọwọ lori okun mọto 5HP, yato patapata si lọwọlọwọ motor. Ti o ni idi ti o nilo awọn kebulu idabobo ati ilẹ to dara.

Gbona: paapaa pipadanu 2% ni 50kW jẹ 1kW ti ooru. Omi itutu agbaiye pẹlu sisan yipada ati otutu interlocks. Ti sisan omi tutu ba lọ silẹ ni isalẹ ala, oludari ma mu awọn abajade jade lẹsẹkẹsẹ. Awọn ọna ṣiṣe ti a rii sun soke nitori ẹnikan gbagbe lati ṣayẹwo ipele itutu.

Yiyan paati n ni isokuso. IGBT kan ti a ṣe fun lilọsiwaju 100A le mu 80A nikan mu ni ibaramu iwọn 50, 60A ni iwọn 70. Ṣugbọn ti o bere kan ti o tobi motor fa 6x won won lọwọlọwọ fun orisirisi awọn aaya. Nitorina o ni iwọn fun tente oke, ko duro{9}}ipo, lẹhinna yọkuro fun iwọn otutu. Pari pẹlu 300A IGBT fun ohun elo "100A". Iye owo BOM jẹ ki rira rira ko dun.

Awọn aago STM32: pupọ julọ ni PWM 16-bit, diẹ ninu awọn awoṣe lọ si 32-bit ṣugbọn o ṣọwọn nilo rẹ. Ohun ti o ṣe pataki diẹ sii ni nọmba awọn ikanni ti o ṣe afiwe ati awọn abajade ibaramu. TIM1 ati TIM8 lori jara F4 ni awọn ikanni afiwe mẹrin kọọkan pẹlu awọn abajade ibaramu ati fifi sii akoko ipari eto. Pipe fun motor Iṣakoso.

Isoro: gbogbo awọn ikanni PWM lori aago kan ni a muṣiṣẹpọ si counter kanna. Ti o ba nilo awọn igbohunsafẹfẹ ominira, o nilo awọn aago lọtọ. Ati pe ọpọlọpọ awọn aago nikan wa pẹlu awọn ẹya ilọsiwaju. Lori STM32F4 o gba TIM1, TIM8 fun iṣakoso ilọsiwaju. TIM2-5 fun ipilẹ PWM. TIM9-14 jẹ 16-bit laisi iran akoko ipari. O sare jade ti ohun elo ba nilo awọn ifihan agbara PWM ti o ya sọtọ pupọ.

Awọn apẹrẹ ti a rii ni ibi ti wọn ti bu - bang PWM sinu sọfitiwia nitori wọn pari ni awọn ikanni aago. Ero ti o buruju. Jitter, Sipiyu lori, ni ayo inversion nigbati miiran interrupts ina. Kan san afikun $2 fun micro pẹlu awọn aago diẹ sii tabi lo PWM IC ita (bii PCA9685). Ara rẹ iwaju yoo dupẹ lọwọ rẹ.

ESP32 ni awọn ikanni PWM 16 nipa lilo agbeegbe LED PWM. O dun nla, ayafi gbogbo wọn jẹ lati inu aago 80MHz APB kan ati pinpin awọn ipin ni awọn ẹgbẹ. Ṣe o fẹ awọn igbohunsafẹfẹ oriṣiriṣi? Ṣe ireti pe wọn jẹ awọn ipin odidi. Paapaa ipinnu naa dinku bi igbohunsafẹfẹ ṣe n pọ si nitori pe o nlo aago ipilẹ kanna. Ni 20kHz o gba 12-bit, ni 40kHz o wa silẹ si 11-bit, bbl Datasheet ko jẹ ki eyi han gbangba.

Itankale -Spekitiriumu PWM: dipo igbohunsafẹfẹ ti o wa titi, o mu u ± 10% laileto. Ntan EMI kọja iwọn igbohunsafẹfẹ gbooro, dinku awọn itujade ti o ga julọ. Ṣe iranlọwọ lati kọja idanwo FCC/CE laisi ohun elo sisẹ pupọ. Pupọ julọ awọn eerun SMPS ode oni ni eyi ti a ṣe sinu. Cypress PSoC paapaa n jẹ ki o ṣakoso ilana ipadanu -sawtooth, triangular, pseudo-laileto.

PWM Interleaved: ṣiṣe awọn oluyipada pupọ kuro ni ipele. Awọn oluyipada meji ni iyipada ipele ipele 180 tumọ si kapasito titẹ sii ri idaji lọwọlọwọ ripple. Awọn oluyipada mẹrin ni iyipada ipele 90 iwọn - idamẹrin ripple. Ṣugbọn ni bayi o nilo amuṣiṣẹpọ alakoso deede laarin awọn ikanni ati iwọntunwọnsi fifuye ki wọn pin lọwọlọwọ ni dọgbadọgba. Nigbagbogbo nilo IC oluṣakoso igbẹhin ayafi ti micro rẹ ba ni awọn orisun to.

Awọn FET GaN le yipada labẹ 10ns. Ṣii soke 10MHz+ PWM loorekoore{4}}awọn inductor di kekere, o fẹrẹ jẹ awọn itọpa PCB. Ṣugbọn: Ifilelẹ igbimọ jẹ pataki, wiwakọ ẹnu-ọna nilo akiyesi to ṣe pataki, eyikeyi inductance fa ifasilẹ nla. Ko fun olubere. Ri oruka apẹrẹ GaN kan si 2x VDD nitori ẹnikan lo awakọ ẹnu-ọna boṣewa pẹlu 5cm ti gigun itọpa. FET ko ye.

PWM

Fun ọpọlọpọ awọn nkan: 20kHz, aago hardware PWM, 10-ipinnu bit. Pupọ fun iṣakoso motor ati dimming LED. Ṣafikun awakọ ẹnu-ọna IC (2A tente oke lọwọlọwọ o kere ju), awọn bọtini seramiki kekere-ESR ni ọtun ni sisan FET, ọkọ ofurufu ilẹ ti o sanra. Ṣayẹwo awọn iyipada igbi fọọmu pẹlu iwọn kan lori apẹrẹ akọkọ, nireti lati ṣe atunwo lẹẹkan.

Fun ohunkohun ti o wa loke 10A lemọlemọfún, kikopa gbona ṣaaju iṣeto. Mo lo ANSYS ṣugbọn paapaa FEA ipilẹ mu awọn iṣoro pupọ julọ. Ṣe okeere awọn fẹlẹfẹlẹ bàbà pẹlu awọn adanu bi awọn orisun ooru, ṣeto awọn ipo aala, ṣayẹwo boya ohunkohun ba de iwọn iwọn 125 iwọn ni iwọn ibaramu ti o pọju. Nigbagbogbo nilo heatsinks tabi afẹfẹ fi agbara mu ti o ba n yipada diẹ sii ju 50W.

Ati idanwo ni iwọn otutu. Idanwo iwọn otutu yara mu boya 60% ti awọn ọran. Gbona-apoti ni ibaramu iwọn 70 fun wakati 8 yoo wa iyoku-isun igbona, iyipada ẹnu-ọna ẹnu-ọna, alekun ESR capacitor. Iye owo mi ni ọsẹ kan ni ẹẹkan nigbati apẹrẹ kan ṣiṣẹ daradara ni iwọn 25 ṣugbọn FET ti wa ni iwọn 65 nitori Emi ko ṣe akọọlẹ fun iye iwọn otutu foliteji ala.

PWM niyẹn. Ilana ti o rọrun, awọn alaye ailopin.

Ohun ikẹhin: ti o ba n ṣe batiri{0} nkan PWM ti o ni agbara, ma ṣe din owo lori awọn sẹẹli. Gbiyanju diẹ ninu awọn ko -orukọ awọn akopọ lithium ni ẹẹkan-ko le mu awọn ripple lọwọlọwọ, foliteji ti wa labẹ ẹru, gbogbo eto ti bajẹ. Yipada si deedebatiri litiumu ionicawọn modulu pẹlu iwọn C{0} to peye, iṣoro ti sọnu. Awọn afikun $15 fun idii gba mi lọwọ awọn ipe atilẹyin mẹta ni ọsẹ kan.