SPWM относится к синусоидальной широтно-импульсной модуляции, которая представляет собой схему ширины импульса, при которой импульсы уже в начале, которые постепенно расширяются в середине, а затем снова сужаются в конце схемы. Этот набор импульсов при реализации в индуктивном приложении, таком как инвертор, позволяет преобразовать выходной сигнал в экспоненциальную синусоидальную форму, которая может выглядеть точно так же, как обычная синусоидальная форма сетки.

Получение синусоидального выходного сигнала от инвертора может быть наиболее важной и наиболее выгодной функцией для обеспечения максимальной эффективности устройства с точки зрения его выходного качества. Давайте узнаем, как сделать синусоидальный PWM или SPWM с помощью операционного усилителя.

Имитировать синусоидальную форму волны непросто

Получение выходного синусоидального сигнала может быть довольно сложным и не рекомендуется для инверторов, поскольку электронные устройства обычно не «любят» экспоненциально нарастающие токи или напряжения. Поскольку инверторы в основном создаются с использованием твердотельных электронных устройств, синусоидальной формы волны обычно избегают.

Электронные силовые устройства, когда они вынуждены работать с синусоидальными волнами, дают неэффективные результаты, поскольку устройства имеют тенденцию становиться относительно более горячими по сравнению с работой с прямоугольными импульсами.

Итак, следующий лучший вариант реализации синусоида от инвертора это посредством ШИМ, что означает широтно-импульсную модуляцию.

ШИМ - это усовершенствованный способ (цифровой вариант) передачи экспоненциального сигнала через пропорционально изменяющуюся ширину прямоугольного импульса, чистое значение которого рассчитывается так, чтобы точно соответствовать чистому значению выбранной экспоненциальной формы сигнала, здесь `` чистое '' значение относится к среднеквадратичному значению. Следовательно, идеально рассчитанный ШИМ относительно данной синусоидальной волны может использоваться как идеальный эквивалент для воспроизведения данной синусоиды.

Кроме того, ШИМ становятся идеально совместимыми с электронными силовыми устройствами (МОП-транзисторы, BJT, IGBTS) и позволяют им работать с минимальным тепловыделением.

Однако генерация или создание синусоидальных сигналов PWM обычно считается сложной, и это потому, что эту реализацию нелегко смоделировать в уме.

Даже мне пришлось пройти через мозговой штурм, прежде чем я смог правильно смоделировать функцию с помощью интенсивного мышления и воображения.

Что такое SPWM

Самый простой известный метод генерации синусоидальной ШИМ (SPWM) - подача пары экспоненциально изменяющихся сигналов на вход операционного усилителя для необходимой обработки. Среди двух входных сигналов один должен быть намного выше по частоте по сравнению с другим.

В IC 555 также может эффективно использоваться для генерации синусоидальных ШИМ. , за счет включения встроенных операционных усилителей и треугольной схемы генератора R / C.

Следующее обсуждение поможет вам понять всю процедуру.

Новые любители и даже профессионалы теперь легко поймут, как реализованы синусоидальные ШИМ (SPWM) путем обработки пары сигналов с помощью операционного усилителя, давайте разберемся с этим с помощью следующей диаграммы и моделирования.

“Подключите двухпозиционный переключатель ”

Использование двух входных сигналов

Как упоминалось в предыдущем разделе, процедура включает подачу двух экспоненциально изменяющихся сигналов на входы операционного усилителя.

Здесь операционный усилитель настроен как типичный компаратор, поэтому мы можем предположить, что операционный усилитель мгновенно начнет сравнивать мгновенные уровни напряжения этих двух наложенных друг на друга сигналов в момент их появления или подачи на его входы.

Чтобы операционный усилитель мог правильно реализовать требуемые синусоидальные ШИМ на своем выходе, необходимо, чтобы один из сигналов имел гораздо более высокую частоту, чем другой. Более медленная частота здесь - это та, которая должна быть синусоидальной волной выборки, которую необходимо имитировать (реплицировать) с помощью ШИМ.

В идеале оба сигнала должны быть синусоидальными (один с более высокой частотой, чем другой), однако то же самое можно реализовать, включив треугольную волну (высокая частота) и синусоидальную волну (образец волны с низкой частотой).

Как видно на следующих изображениях, высокочастотный сигнал неизменно подается на инвертирующий вход (-) операционного усилителя, в то время как другой, более медленный синусоидальный сигнал подается на неинвертирующий (+) вход операционного усилителя.

В худшем случае оба сигнала могут быть треугольными волнами с рекомендованными уровнями частот, как описано выше. Тем не менее, это могло бы помочь вам получить достаточно хороший синусоидальный эквивалент ШИМ.

Сигнал с более высокой частотой называется сигналом несущей, а сигнал с более медленной выборкой называется модулирующим входом.

Создание SPWM с треугольной волной и синусоидальной волной

Ссылаясь на рисунок выше, мы можем четко визуализировать через нанесенные на график точки различные совпадающие или перекрывающиеся точки напряжения двух сигналов за заданный промежуток времени.

Горизонтальная ось обозначает период времени формы сигнала, а вертикальная ось указывает уровни напряжения двух одновременно работающих, наложенных сигналов.

Рисунок информирует нас о том, как операционный усилитель будет реагировать на показанные совпадающие мгновенные уровни напряжения двух форм сигналов и генерировать соответственно изменяющуюся синусоидальную ШИМ на своем выходе.

Процедуру на самом деле представить не так уж и сложно. Операционный усилитель просто сравнивает изменяющиеся мгновенные уровни напряжения быстрой треугольной волны с относительно гораздо более медленной синусоидой (это также может быть треугольная волна) и проверяет случаи, когда напряжение треугольной формы волны может быть ниже, чем напряжение синусоидальной волны, и реагирует мгновенно. создание высокой логики на его выходах.

Это поддерживается до тех пор, пока потенциал треугольной волны остается ниже потенциала синусоидальной волны, и в тот момент, когда обнаруживается, что потенциал синусоидальной волны ниже, чем мгновенный потенциал треугольной волны, выходы меняются с низким уровнем и сохраняются, пока ситуация не изменится. .

Это непрерывное сравнение мгновенных уровней потенциала двух наложенных друг на друга сигналов на двух входах операционных усилителей приводит к созданию соответственно меняющихся ШИМ, которые могут быть точной копией синусоидального сигнала, подаваемого на неинвертирующий вход операционного усилителя.

Opamp обработка SPWM

На следующем изображении показано замедленное моделирование вышеуказанной операции:

Здесь мы можем наблюдать, как приведенное выше объяснение реализуется на практике, и именно так операционный усилитель будет выполнять то же самое (хотя и с гораздо большей скоростью, в мс).

Верхний рисунок показывает немного более точное изображение SPWM, чем вторая диаграмма прокрутки, это потому, что на первом рисунке у меня было удобство макета графика в фоновом режиме, тогда как на второй моделируемой диаграмме мне пришлось построить то же самое без помощи координаты графика, поэтому я мог пропустить несколько совпадающих точек, и поэтому результаты выглядят немного неточными по сравнению с первым.

Тем не менее, эта операция довольно очевидна и ясно показывает, как операционный усилитель должен обрабатывать синусоидальную волну ШИМ, сравнивая два одновременно изменяющихся сигнала на его входах, как объяснялось в предыдущих разделах.

На самом деле операционный усилитель будет обрабатывать синусоидальные ШИМ намного точнее, чем показанное выше моделирование, может быть в 100 раз лучше, создавая чрезвычайно однородные и хорошо подобранные ШИМ, соответствующие подаваемому образцу. синусоидальная волна.