Kedu ihe bụ PWM?

PWM na-anọchi anya Modth Width Pulse. Ị na-agbanye voltaji ma gbanyụọ n'otu oge, na-agbanwe oke nke oge ịgbanyụ{{1} ka ọ bụrụ oge - iji jikwaa nkezi nnyefe ike. Ọ bụ ya. Ndị ọzọ na-emeso naanị ihe ga-esi na ya pụta.

Were ọkọnọ 12V na-anya ọkụ nke chọrọ 3V. Nọmalị, ị ga-eji resistor ma ọ bụ linear regulator, gbanyụọ 9V dị ka okpomọkụ. Nfufu nzuzu. Site na PWM, ị na-agbanye ma gbanyụọ 12V zuru oke nke ọma na ọkụ ọkụ LED na-eme ka ọ pụta . 25% okirikiri ọrụ na-enye gị ihe ruru 3V. Igwe ọkụ ahụ na-ahụ 12V → 0V → 12V → 0V na ikekwe 1kHz, mana ọ nweghị ike ịjụ oyi ma kpoo ọkụ ahụ ngwa ngwa, ya mere nchapụta na-adịgide adịgide.

Okwu ugboro ugboro. Ọ dị nwayọ (n'okpuru 100Hz) ma ị na-ahụ flicker. Ụfọdụ ndị mmadụ na-ahụ flicker ruo 200Hz. M na-agbakarị ọkụ ọkụ ọkụ ọkụ na 20kHz naanị ka ọ dị mma-na-emekwa ka ọ ghara ịdị na-ege ntị ma ọ bụrụ na enwere njikọ igwe ọ bụla. Ịgbanwe ọsọ na-emetụtakwa mfu, mana anyị ga-erute nke ahụ.

Math: ọ bụrụ na oge gị bụ T na na -oge bụ t, ọrụ okirikiri D=t/T. Dị mfe. Ike ewepụtara bụ ihe dị ka D × V_supply × I_load, ewepụrụ mfu. Mfu ndị ahụ bụ ebe ihe na-atọ ụtọ.

Ihe mbụ kpatara ya: arụmọrụ. MOSFET na saturation na-adaba ma eleghị anya 0.1-0.2V na mmiri dị mma. MOSFET kwụsịrị na-adọta microamps. Yabụ na ị na-agbasa (0.1V × ugbu a) ma ọ bụ na ọ nweghị ihe ọ bụla. Tulee nke ahụ na onye na-ahazi linear na-atụba 9V n'uju na-aga n'ihu. Ọdịiche ndụ batrị bụ 40-50x n'ọnọdụ ụfọdụ, ọ bụghị ikwubiga okwu ókè.

Nke abụọ: ị nwere ike iji ọkụ ọkụ dị ọnụ ala. Ị chọrọ ịnya moto 48V na ọsọ ọsọ? Site na njikwa analọg ị chọrọ ọkọnọ 0-48V dị oke ọnụ. Site na PWM ị na-eji ọkọnọ 48V edobere (dị ọnụ ala) yana MOSFET (dịkwa ọnụ ala). Emechaala.

Ihe kpatara na ọ nweghị onye na-ekwu maka ya: ịzụ ahịa. Gbalịa nweta ezigbo ihe analọgụ na-agbanwe agbanwe na olu. Oge ndu bụ opekempe izu 26 site n'aka ndị nrụpụta dị mma. MOSFET? Ihe niile dị na ngwaahịa Digikey. Mgbe mmepụta na-eti gị mkpu, nke a dị mkpa karịa ego BOM.

PWM

EMI ga-agba gị ume. Oge mbụ m mere bọọdụ PWM dị ugbu a{1} (120A maka moto DC), o gburu ụgbọ ala CAN n'otu ụgbọ ala ahụ. Ngwungwu emebibeghị- nwụrụ anwụ kpamkpam. A tụgharịrị na mgbịrịgba mbanye ọnụ ụzọ m na-ejikọta site na chassis ala, na-ebute spikes 40V na ụzọ dị iche iche CAN. Akpụkpọ anụ ferrite agbakwunyere, ala akwagharị gburugburu, ka nwere nsogbu. N'ikpeazụ, a ga-etinye ihe nzacha pi na moto ahụ wee kewaa ụgbọ elu ala na otu - njikọ. Were ntụle bọọdụ atọ.

Mbanye ọnụ ụzọ ámá siri ike karịa ka ọ dị. Ị ga-achọ ihe mgbochi dị ala site na onye ọkwọ ụgbọ ala gị gaa n'ọnụ ụzọ MOSFET{1}} trace inductance okwu na di/dt dị elu. Ahụla m 10nH nke trace inductance na-akpata 50V voltaji spikes n'oge mgbanwe (V=L × di/dt). Nke ahụ ezuola ịkụ ọkpọ site na MOSFET ruru 60V. Ndị mmadụ na-arụrịta ụka maka mgbakọ na mwepụ mana ahụla m ya na oke: 3A/ns ịgbanwee ugbu a na 10nH na-enye gị 30V spike. Tinye voltaji ọkọnọ na ị gafere ọkwa kacha.

Mgbe ahụ, a na-agbapụ - n'ime àkwà mmiri H{1}. Ị ghaghị ịnwe oge n'etiti ịgbanyụ obere{3}} n'akụkụ FET na ịgbanwuo n'akụkụ elu- (na ọzọ). Oge ọnwụ efu pụtara na FET abụọ ahụ na-eme otu oge- kpọmkwem mkpụmkpụ site na ọkọnọ ruo n'ala site na nguzogide ọwa FET{7}}A ruo 0.01Ω ugboro abụọ ka bụ 1000A maka microseconds tupu ihe agbawa. Ọnọdụ ọdịda ahụ dị egwu: obere oghere dị na silicon, FET na-adị mkpụmkpụ na-adịgide adịgide, na-ewepụ ihe ọ bụla ọzọ na agbụ.

Ma oke ọnwụ na diode ahụ na-eduzi n'oge oge nwụrụ anwụ. Diodes ahụ dị egwu - nrịba n'ihu dị elu (1-2V), mgbake ngwa ngwa. Ị na-efunahụ arụmọrụ ma na-emepụta okpomọkụ ọzọ. Azụmahịa na-abụkarị oge 100-500ns dabere na njirimara mgbanwe FET gị.

mmuo mbụ onye ọ bụla nwere: ugboro dị elu=obere inductor/capacitors=dị ọnụ ala. Mgbe ụfọdụ eziokwu. Mana ngbanwe mfu na-abawanye na ugboro ole -ị na-efunahụ ike oge ọ bụla mgbanwe FET. ESwitching ≈ 0.5 × Vsupply × Iload × (trise + tfall) × fsw. Ugboro abụọ ugboro, okpukpu abụọ mfu ngbanwe.

Maka draịva moto, 20kHz na-adịkarị. N'elu audible, n'ibu oge na-agbanwe agbanwe adịghị eche. Mana n'ọkwa ọkụ laptọọpụ ị na-ahụ 300kHz{13}}1MHz. Gịnị kpatara? Obere magnetik. Ihe inductor 1MHz bụ 1/50th nke anụ ahụ nke 20kHz nwere otu inductance. Nke ahụ dị ukwuu maka ngwaọrụ mkpanaka. Azụmahịa bụ ị chọrọ FET ngwa ngwa (Qg dị ala), nhazi nke ka mma, imewe ọkwọ ụgbọ ala kpachapụ anya.

Audio (Klas D amps) na-agba 250kHz{4}}1MHz. N'okpuru 200kHz ma ị nwere ike ịnụ ugboro ole onye na-ebu ya dị ka ụda mkpọtụ dị elu-. N'elu 1MHz wee malite ịlụ ọgụ na nnyonye anya redio AM. Ọtụtụ atụmatụ na-edozi na 400-500kHz, nzacha dị ala na ikekwe 50kHz iji wepụ onye na-ebu ya.

Ezigbo ihe atụ: mere onye ntụgharị ego 500kHz otu ugboro, nwara ịga 1MHz iji mebie bọọdụ ahụ. Ịrụ ọrụ gbadara 4% (88% ruo 84%). Nke ahụ bụ 8W mgbakwunye ọkụ na ọkọnọ 200W. Achọrọ heatsink ka ukwuu, nchekwa ohere niile tụfuru site na inductor pere mpe. Ọ nọrọ na 500kHz.

PWM

8-bit PWM (usoro 256) na-ada nke ọma ruo mgbe ị nwara ibelata ọkụ ọkụ nke ọma site na 100% ruo 0%. N'okpuru okirikiri ọrụ 10% ị ga-enweta usoro a na-ahụ anya na nchapụta. Anya mmadụ bụ logarithmic-ọ na-enwe mmetụta karịa maka mgbanwe na ọkwa ọkụ dị ala. Achọrọ 12-bit (4096 nzọụkwụ) opekempe maka mbelata nke ọma n'ofe oke.

Mana nke a bụ ihe enwetara: 12-bit na 20kHz pụtara na ị chọrọ elekere elekere 20kHz × 4096=81.92MHz. Ọ bụghị micros niile nwere ike ime nke ahụ. Ma ọ bụrụ na ịchọrọ ọtụtụ ọwa PWM nọọrọ onwe ya na 12-bit, ị na-elele akụkụ oge raara onwe ya nye ma ọ bụ FPGA.

Ihe nlere anya: jiri 8-bit PWM mana megharịa ugboro ole n'ike. Na nchapụta dị elu na-agba ọsọ 20kHz, na nchapụta dị ala daa na 100Hz. Na-enye gị usoro kacha mma ebe ịchọrọ ha. Mana ugbu a ị nwere EMI na-agbanwe agbanwe-frequency ị ga-emeso ya. Ọ dịghị ihe bụ free.

VFD nke ụlọ ọrụ mmepụta ihe (draịva na-agbanwe agbanwe) na-atụgharị ọtụtụ narị amps na 480VAC. Usoro njikwa dị mgbagwoju anya -space vector modulation, field -controled control, ihe ọ bụla-ma n'okpuru ya ka PWM na-agbanwe IGBT isii n'ime akwa atọ{{5}.

Ọdịiche dị na nha a:

Ndị ọkwọ ụgbọ ala chọrọ akụrụngwa dịpụrụ adịpụ 15V. Nke ahụ bụ akụrụngwa 6 dịpụrụ adịpụ na-ese n'elu n'ike dị iche iche ruo 680VDC (480VAC emeziri). Onye ọkwọ ụgbọ ala ọ bụla chọrọ ike nke ya, ihe mgbochi ọnụ ụzọ ámá nke ya (0.5-2Ω ụdị), nchebe nke onwe ya.

Oge nwuru anwu na-abawanye ruo 2-5µs n'ihi na IGBT ji nwayọ karịa MOSFET

dv/dt nzacha na mmepụta n'ihi na ike eriri moto gbakwunyere ngbanwe ngwa ngwa na-ebute nnukwu mmiri ọkụ na-ahụkarị-. Atụla m 20A nke ọsọ ọsọ - na eriri moto 5HP, dị iche na nke ugbu a. Ọ bụ ya mere ị ga-eji chọọ eriri mkpuchi na ala kwesịrị ekwesị.

Thermal: ọbụna 2% ọnwụ na 50kW bụ 1kW okpomọkụ. Mmiri jụrụ oyi na mgba ọkụ na-asọpụta na mkpuchi okpomọkụ. Ọ bụrụ coolant eruba dara n'okpuru ọnụ ụzọ, onye njikwa na-ewepụ mpụta ozugbo. Sistemụ a hụrụ na-ere ọkụ n'ihi na mmadụ chefuru ịlele ọkwa oyi.

Nhọrọ akụrụngwa na-atụ egwu. Otu IGBT gosiri maka 100A na-aga n'ihu nwere ike ijikwa 80A na gburugburu ogo 50, 60A na ogo 70. Mana ịmalite nnukwu moto na-adọkpụrụ 6x ugbu a maka ọtụtụ sekọnd. Yabụ na ị na-agba maka ọnụ ọgụgụ kacha elu, ọ bụghị kwụ ọtọ{9}}, wee chegharịa maka okpomọkụ. Mechie na 300A IGBT maka ngwa "100A". Ọnụ ego BOM na-eme ka ịzụ ahịa ghara inwe obi ụtọ.

Oge STM32: Ọtụtụ nwere PWM 16-bit, ụfọdụ ụdị na-aga na 32-bit mana ọ naghị adị gị mkpa. Ihe dị mkpa karịa bụ ọnụọgụ ọwa atụnyere na ntinye nkwado. TIM1 na TIM8 na usoro F4 nwere ọwa atụnyere anọ nke ọ bụla nwere ntinye nkwado yana ntinye oge ịnwụrụ mmemme. Zuru oke maka njikwa moto.

Nsogbu: ọwa PWM niile n'otu oge na-emekọrịtara ọnụ na otu counter. Ọ bụrụ na ịchọrọ ugboro ole nọọrọ onwe gị, ịchọrọ ngụ oge dị iche iche. Ma enwere naanị ọtụtụ ngụ oge nwere atụmatụ dị elu. Na STM32F4 ị ga-enweta TIM1, TIM8 maka njikwa dị elu. TIM2-5 maka isi PWM. TIM9-14 bụ 16-bit na-enweghị ọgbọ nwụrụ anwụ. Ị na-agwụ ngwa ngwa ma ọ bụrụ na ngwa ahụ chọrọ ọtụtụ akara PWM dịpụrụ adịpụ.

Ahụrụ atụmatụ ebe ha tara- na-akụ PWM na ngwanrọ n'ihi na ọwa ngụ oge agwụla. Echiche dị egwu. Jitter, CPU n'elu, ntụgharị mbụ mgbe ndị ọzọ kwụsịrị ọkụ. Naanị kwụọ $2 agbakwunyere maka micro nwere ọtụtụ oge ma ọ bụ jiri PWM IC dị na mpụga (dị ka PCA9685). Onwe gị n'ọdịnihu ga-ekele gị.

ESP32 nwere ọwa PWM 16 na-eji peripheral LED PWM. Ọ na-ada ụda nke ukwuu, belụsọ na ha niile sitere n'otu elekere 80MHz APB wee kesaa ndị nkesa na otu. Chọrọ frequencies dị iche iche? Echere na ha bụ ọnụọgụ ọnụọgụgụ. Mkpebi na-ebelata ka ugboro ole na-abawanye n'ihi na ọ na-eji otu elekere ntọala. Na 20kHz ị ga-enweta 12-bit, na 40kHz ị na-agbada na 11-bit, wdg. Datasheet adịghị eme ka nke a pụta ìhè.

Na-agbasa -Spekitim PWM: kama ugboro ugboro, ị na-emegharị ya ±10% na-enweghị usoro. Na-agbasa EMI n'ofe oke ugboro, na-ebelata oke ikuku. Na-enyere aka ịgafe ule FCC/CE na-enweghị ngwaike nzacha. Ọtụtụ ibe SMPS ọgbara ọhụrụ nwere nke a arụnyere n'ime ya. Cypress PSoC na-ahapụ gị ka ị jikwaa ụkpụrụ ndapụta{6}}sawtooth, triangular, pseudo-random.

PWM nwere njikọ chiri anya: mee ka ọtụtụ ntụgharị pụọ na ngalaba. Ndị ntụgharị abụọ na ngbanwe usoro ogo 180 pụtara ihe ntinye ntinye na-ahụ ọkara nke ugbu a. Ndị ntụgharị anọ na ngbanwe nke ogo 90{4}} nkeji iri na ise. Mana ugbu a, ịchọrọ ịmekọrịta usoro nkenke n'etiti ọwa na nhazi ibu ka ha na-ekekọrịta ugbu a n'otu aka ahụ. Ọ na-achọkarị onye njikwa raara onwe ya nye IC belụsọ ma micro gị nwere akụrụngwa zuru oke.

GaN FET nwere ike ịgbanwe n'okpuru 10ns. Na-emepe ugboro 10MHz+ PWM{4}}inductor na-aghọ obere, ọ fọrọ nke nta ka ọ bụrụ naanị PCB. Mana: nhazi osisi dị oke egwu, mbanye ọnụ ụzọ chọrọ nlebara anya nke ukwuu, inductance ọ bụla na-ebute oke nfe. Ọ bụghị maka ndị mbido. Hụrụ mgbanaka imewe GaN ruo 2x VDD n'ihi na mmadụ jiri ọkwọ ụgbọ ala ọkọlọtọ nwere 5cm ogologo nchọta. FET adịghị ndụ.

PWM

Maka ọtụtụ ihe: 20kHz, ngwaike ngụ oge PWM, mkpebi 10-bit. Ọtụtụ maka njikwa moto na ibelata LED. Tinye onye ọkwọ ụgbọ ala IC (2A kacha ugbu a kacha nta), okpu seramiiki dị ala-ESR ziri ezi na igbapu FET, ụgbọ elu ala mara abụba. Lelee ụdị mgbanwe ebili mmiri na oke na prototype nke mbụ, na-atụ anya na ị ga-emegharị otu ugboro.

Maka ihe ọ bụla n'elu 10A na-aga n'ihu, simulation thermal tupu nhazi. Ana m eji ANSYS mana ọbụlagodi FEA na-ejide ọtụtụ nsogbu. Bupụ akwa ọla kọpa na mfu dị ka isi mmalite okpomọkụ, dozie ọnọdụ oke, lelee ma ọ bụrụ na ihe ọ bụla ruru ogo junction 125 na oke ambient. Na-achọkarị heatsinks ma ọ bụ ikuku mmanye ma ọ bụrụ na ị na-agbanwe karịa 50W.

Ma nwalee ya na okpomọkụ. Nnwale okpomọkụ ụlọ na-ejide eleghị anya 60% nke nsogbu. Igbe na-ekpo ọkụ- na 70 degrees ambient maka awa 8 na-achọta ihe fọdụrụ-ọkụ ọkụ, mgbanwe ọnụ ụzọ ámá, mmụba ESR capacitor. Eriri m otu izu otu ugboro mgbe imewe rụrụ ọrụ nke ọma na ogo 25 mana FET kwụsịrị na ogo 65 n'ihi na enweghị m akaụntụ maka ọnụọgụ ọkụ ọkụ ọkụ.

Nke ahụ bụ PWM. Echiche dị mfe, nkọwa na-adịghị agwụ agwụ.

Ihe ikpeazụ: ọ bụrụ na ị na-eme batrị - ihe PWM kwadoro, adịla ọnụ ala na sel. nwara ụfọdụ mba - aha lithium ngwugwu otu oge - enweghị ike ijikwa ripple ugbu a, voltaji na-agbada n'okpuru ibu, sistemụ niile agbazere. Gbanyere na nke ọmabatrị lithium ionicmodul nwere ezigbo C{0}, nsogbu kwụsịrị. Mgbakwunye $15 kwa ngwugwu zọpụtara m site na oku nkwado atọ kwa izu.