Circuit PWM d'ona sinusoïdal (SPWM) mitjançant Opamp

SPWM fa referència a la modulació de l’amplada del pols d’ona sinusoïdal, que és una disposició d’amplada del pols en què els polsos són més estrets a l’inici, que s’amplien gradualment al centre i, després, es tornen a reduir al final de l’arranjament. Aquest conjunt d’impulsos quan s’implementa en una aplicació inductiva com l’inversor permet transformar la sortida en una forma d’ona sinusoïdal exponencial, que pot semblar exactament idèntica a una forma d’ona sinusoïdal de la xarxa convencional,

L'adquisició d'una sortida d'ona sinusoïdal d'un inversor pot ser la característica més crucial i més avantatjosa per proporcionar la màxima eficiència a la unitat, en termes de qualitat de sortida. Aprenem a fer PWM d'ona sinusoïdal o SPWM mitjançant un opamp.

Simular una forma d'ona sinusoidal no és fàcil

Aconseguir una sortida d'ona sinusoidal pot ser bastant complex i potser no es recomana per als inversors, perquè als dispositius electrònics normalment no els agrada corrents o tensions que augmenten exponencialment. Com que els inversors es fabriquen essencialment mitjançant l'ús de dispositius electrònics d'estat sòlid, normalment s'evita una forma d'ona sinusoïdal.

Els dispositius electrònics de potència quan es veuen obligats a funcionar amb ones sinusoïdals produeixen resultats ineficients, ja que els dispositius tendeixen a escalfar-se relativament més en comparació que quan s’utilitzen amb impulsos d’ona quadrada.

Per tant, la següent millor opció per implementar un fitxer ona sinusoïdal d’un inversor és per cert PWM, que significa modulació de l'amplada de pols.

PWM és una forma avançada (variant digital) de presentar una forma d’ona exponencial a través d’una amplada de pols quadrat proporcionalment variable, el valor net del qual es calcula per coincidir exactament amb el valor net d’una forma d’ona exponencial seleccionada, aquí el valor 'net' fa referència al valor RMS. Per tant, es pot utilitzar un PWM perfectament calculat amb referència a una ona sinusoïdal donada com a equivalent perfecte per replicar l’ona sinusoïdal donada.

A més, els PWM es fan idealment compatibles amb els dispositius electrònics d’alimentació (mosfets, BJT, IGBTS) i permeten que funcionin amb una mínima dissipació de calor.

No obstant això, generar o crear formes d'ona PWM d'ona sinusoïdal normalment es considera complex, i això es deu al fet que la implementació no és fàcil de simular.

Fins i tot vaig haver de passar una pluja d’idees abans de poder simular correctament la funció mitjançant un pensament intens i una imaginació.

Què és SPWM

El mètode més fàcil conegut de generar un PWM sinuat (SPWM) és alimentar un parell de senyals que varien exponencialment a l'entrada d'un opamp per al processament requerit. Entre els dos senyals d’entrada, un ha de ser molt més elevat en freqüència en comparació amb l’altre.

El L'IC 555 també es pot utilitzar amb eficàcia per generar PWM equivalents a sinus , incorporant els seus opamps incorporats i un circuit de generador de rampa triangular R / C.

El debat següent us ajudarà a entendre tot el procediment.

Els nous aficionats i fins i tot els professionals ara ho tindran força fàcil d’entendre sobre com s’implementen els PWM d’ona sinusoïdal (SPWM) processant un parell de senyals mitjançant un opamp, esbrinem-ho amb l’ajuda del següent diagrama i la simulació.

Ús de dos senyals d’entrada

Com es va esmentar a la secció anterior, el procediment implica l'alimentació de dues formes d'ona que varien exponencialment a les entrades d'un opamp.

Aquí l'opamp es configura com un comparador típic, de manera que podem suposar que l'opamp començarà a comparar instantàniament els nivells de voltatge instantanis d'aquestes dues formes d'ona superposades en el moment en què apareixen o s'apliquen a les seves entrades.

Per tal que l’opamp pugui implementar correctament els PWM d’ona sinusoïdal requerits a la seva sortida, és imprescindible que un dels senyals tingui una freqüència molt superior a l’altra. La freqüència més lenta aquí és la que se suposa que és l'ona sinusoïdal de mostra que ha de ser imitada (replicada) pels PWM.

Idealment, tots dos senyals haurien de ser onades sinusoidals (una amb una freqüència més alta que l’altra), tot i que també es pot implementar el mateix incorporant una ona triangular (alta freqüència) i una ona sinusoïdal (ona de mostra amb baixa freqüència).

Com es pot veure a les imatges següents, el senyal d’alta freqüència s’aplica invariablement a l’entrada d’inversió (-) de l’opamp, mentre que l’altra ona sinusoïdal més lenta s’aplica a l’entrada d’inversió (+) de l’opamp.

En el pitjor dels casos, tots dos senyals poden ser ones triangulars amb els nivells de freqüència recomanats, tal com s’ha comentat anteriorment. Tot i això, us ajudaria a aconseguir un PWM equivalent a ona sinusoïdal raonablement bo.

El senyal amb una freqüència més alta es denomina senyal portador, mentre que el senyal de mostra més lent s’anomena entrada moduladora.

Creació d'un SPWM amb Triangle wave i Sinewave

En referència a la figura anterior, podem visualitzar clarament a través de punts traçats els diversos punts de tensió coincidents o superposats dels dos senyals en un període de temps determinat.

L'eix horitzontal significa el període de temps de la forma d'ona, mentre que l'eix vertical indica els nivells de tensió de les dues formes d'ona superposades que funcionen simultàniament.

La figura ens informa sobre com respondria l’opamp als nivells de voltatge instantanis coincidents mostrats de les dues formes d’ona i produiria una PWM d’ona sinusoïdal variable corresponent a la seva sortida.

El procediment no és tan difícil d’imaginar. L'opamp simplement compara els diferents nivells de voltatge instantanis de l'ona triangular ràpida amb l'ona sinusoïdal relativament més lenta (també pot ser una ona triangular) i comprova els casos en què la tensió de la forma d'ona del triangle pot ser inferior a la tensió d'ona sinusoïdal i respon instantàniament creant una lògica elevada a les seves sortides.

Això es manté sempre que el potencial d'ona triangular segueixi per sota del potencial d'ona sinusoïdal i en el moment en què es detecti que el potencial d'ona sinusoïdal és inferior al potencial d'ona triangular instantània, les sortides es tornen baixes i es mantenen fins que la situació es reverteixi .

Aquesta comparació contínua dels nivells potencials instantanis de les dues formes d’ona superposades sobre les dues entrades de les opamps dóna lloc a la creació de PWM que varien corresponentment, que poden ser exactament la replicació de la forma d’ona sinusoïdal aplicada a l’entrada no inversora de l’opamp.

Opamp processant el SPWM

La següent imatge mostra la simulació slo-mo de l'operació anterior:

Aquí podem assistir a la implementació pràctica de l’explicació anterior, i és així com l’opamp executaria el mateix (tot i que a un ritme molt més reduït, en ms).

La figura superior mostra una representació SPWM una mica més precisa que el segon diagrama de desplaçament, perquè a la primera figura tenia la comoditat del disseny del gràfic al fons, mentre que al segon diagrama simulat havia de representar el mateix sense l’ajut de les coordenades del gràfic, per tant, potser hauria perdut alguns dels punts coincidents i, per tant, les sortides semblen una mica imprecises en comparació amb el primer.

No obstant això, l'operació és bastant evident i mostra clarament com se suposa que un opamp processa una ona sinusoïdal PWM comparant dos senyals variables simultàniament a les seves entrades, tal com s'explica a les seccions anteriors.

En realitat, un opamp processaria els PWM d'ona sinusoïdal amb molta més precisió que la simulació mostrada anteriorment, pot ser 100 vegades millor, produint un PWM extremadament uniforme i ben dimensionat corresponent a la mostra alimentada. ona sinusoïdal.

Esquema de connexions