PWM näme? In- Polinovel

PWM impuls giňligi modulýasiýasyny aňladýar. Belli bir ýygylykda naprýa .eniýäni açýarsyňyz we öçürýärsiňiz, ortaça elektrik üpjünçiligini gözegçilikde saklamak üçin - wagtynyň - wagtyna bolan gatnaşygy üýtgedýärsiňiz. Ine. Galanlary diňe netijeleri bilen iş salyşýar.

3V zerur LED sürýän 12V üpjünçiligi alyň. Adatça rezistor ýa-da çyzykly sazlaýjy ulanarsyňyz, 9V-ni ýylylyk hökmünde ýakarsyňyz. Samsyk galyndylar. PWM bilen doly 12V açýar we çalt öçürýärsiňiz, LED-iň ýylylyk massasy ortaça . 25% nobat aýlawy size takmynan 3V ekwiwalent berýär. LED 12V → 0V → 12V → 0V belki 1kHz-de görýär, ýöne çalt sowadyp we gyzdyryp bilmeýär, şonuň üçin ýagtylyk hemişelik bolýar.

Quygylyk meselesi. Örän haýal (100Hz-den pes) we göze dürtülip başlaýar. Käbir adamlar 200 GHz-a çenli çişirilişini görýärler. Adatça howpsuz bolmak üçin 20 kHz-da LED garaňkylygy işledýärin {{6} also, şeýle hem mehaniki birikdirme bar bolsa, ony eşidilýän aralykdan saklaýar. Çalt çalyşmak ýitgilere-de täsir edýär, ýöne şoňa ýeteris.

Matematika: eger möhletiňiz T bolsa we - wagt bolsa, D=t / T. Pleönekeý. Getirilen kuwwat takmynan D × V_supply × I_load, minus ýitgileri. Şol ýitgiler zatlaryň gyzykly ýeridir.

Birinji sebäp: netijelilik. Doldurmakda MOSFET, ähtimal toklarda 0,1-0.2V peselýär. MOSFET off mikroamplary çekýär. Şeýlelik bilen ýa-da ýaýradýarsyňyz (0,1V × tok) ýa-da esasan hiç zat. Muny doly tokda 9V düşýän çyzykly sazlaýjy bilen deňeşdiriň. Batareýanyň ömri tapawudy käbir ýagdaýlarda 40-50x bolýar, ulaldyp bolmaýar.

Ikinjisi: arzan elektrik üpjünçiligini ulanyp bilersiňiz. Üýtgeýän tizlikde 48V motor sürmeli? Analog dolandyryş bilen gymmat bahaly üýtgeýän 0-48V üpjünçilik gerek. PWM bilen kesgitlenen 48V üpjünçiligi (arzan) we MOSFET (arzan) ulanýarsyňyz. Boldy.

Üçünji sebäp, hiç kim gürleşmeýär: satyn alyşlar. Ses derejesinde gowy üýtgeýän analog üpjünçiligini gözläp görüň. Gurşun wagty mynasyp öndürijilerden iň az 26 hepde. MOSFET? Digikey-de hemme zat bar. Önümçilik size gygyrsa, bu BOM bahasyndan has möhümdir.

PWM

EMI sizi gorkuzar. Ilkinji gezek ýokary - häzirki PWM tagtasyny (DC motor üçin 120A) etdim, şol ulagda CAN awtobusyny öldürdi. Korrupsiýa däl paketler - düýbünden öldi. Derwezämiň sürüjisi jyňňyrdady, şassi meýdançada birleşip, CAN diferensial jübütinde 40V tüpeň döretdi. Ferrit monjuklar goşuldy, meýdançalar göçürildi, henizem meseleler bardy. Ahyrynda motor üpjünçiligine pi süzgüç goşmaly we ýer uçarlaryny bir - nokat baglanyşygy bilen aýyrmaly boldy. Üç sany wersiýa aldy.

Derwezäniň sürüjisi görünişinden has kyn. Sürüjiňizden MOSFET derwezesine low- ýokary di / dt induksiýa meselelerine pes päsgelçilik gerek. 10nH yz induksionynyň kommutasiýa wagtynda 50V naprýa .eniýe süýşmegine sebäp bolandygyny gördüm (V=L × di / dt). 60V derejeli MOSFET-iň üstünden urmak ýeterlikdir. Adamlar matematika barada jedel edýärler, ýöne men munuň çäginde gördüm: 3A / ns tok 10nH-e geçmek size 30V tizlik berýär. Üpjünçilik naprýa .eniýesini goşuň we iň ýokary derejeden ýokary.

Soňra H {{1} id köprülerinde - atyş bar. Pes - tarap FET-i öçürmek we ýokary - tarapyny açmak (we tersine) arasynda wagt bolmaly. Nol möhleti, FET-leriň ikisiniň hem bir wagtyň özünde - FET kanalynyň aralyklary bilen ýerden gysga . 50 A çenli 0.01Ω iki gezek mikrosekuntlar üçin 1000A bolýar. Şowsuzlyk tertibi ajaýyp: kremniýdäki kiçijik krater, FET hemişelik gysga bolýar, zynjyrdaky beýleki zatlary çykarýar.

Tooöne gaty köp wagt we beden diody ölen döwürde geçirilýär. Beden diodlary gorkunç {{1} forward ýokary öňe düşmek (1 {{5} V 2V), haýal dikeldiş. Netijeliligi ýitirýärsiňiz we has köp ýylylyk öndürýärsiňiz. Söwda-satuw, adatça, FET-iň kommutasiýa aýratynlyklaryna baglylykda 100-500ns wagt bolýar.

Her kimiň ilkinji instinkti: has ýokary ýygylyk=kiçi induktorlar / kondensatorlar=arzan. Käwagt dogry. Lossesöne ýitgiler kommutasiýa frequ {4} frequ ýygylygy bilen ýokarlanýar, her gezek FET geçişinde energiýa ýitirýärsiňiz. ESwitching ≈ 0.5 × Vsupply × Iload × (trise + tfall) × fsw. Encyygylygy iki esse, kommutasiýa ýitgisini iki esse köpeldiň.

Motor hereketlendirijileri üçin 20kHz adatydyr. Oveokarda eşidilýän, mehaniki wagt yzygiderliligi gyzyklanmaýar. Emma noutbuk elektrik üpjünçiliginde 300kHz {{13} M 1MHz görýärsiňiz. Näme üçin? Kiçijik magnit. 1MHz induktor fiziki taýdan şol bir induksionly 20kHz ululykda 1/50. Göçme enjamlar üçin gaty uly. Söwda-satuw, has çalt FET-ler (aşaky Qg), has gowy ýerleşiş, has seresap sürüjiniň dizaýny gerek.

Audio (D synp amperleri) 250kHz - 1MHz işleýär. 200kHz-den aşakda we göterijiniň ýygylygyny ýokary {{9} ited pyntyk ýaly eşidip bilersiňiz. 1MHz-dan ýokary we AM radio päsgelçiligi bilen söweşip başlaýarsyňyz. Dizaýnlaryň köpüsi, göterijini aýyrmak üçin 400-500kHz, pes pasly süzgüç, belki 50kHz.

Hakyky mysal: tagtany gysgaltmak üçin 1MHz-a gitmäge synanyşyp, bir gezek 500kHz tok öwrüji etdi. Netijelilik 4% peseldi (88% -den 84% -e çenli). Bu 200W üpjünçilikde 8W goşmaça ýylylyk. Has uly gyzdyryjy gerek, kiçi induktordan ähli ýer tygşytlamalaryny ýitirdi. 500 KHz-da galdy.

PWM

8 - bit PWM (256 ädim), LED-ni 100% -den 0% -e çenli arassalamaga synanyşýançaňyz gowy eşidilýär. 10% wezipe sikliniň aşagynda ýagtylykda görünýän ädimleri alarsyňyz. Adamyň gözi logarifmiki, pes ýagtylyk derejesindäki üýtgeşmelere has duýgur. Doly aralykda tekiz garalmak üçin iň az 12 bitli (4096 ädim) gerek.

Hereöne ine, tutmak: 20kHz-da 12 bitlik 20kHz × 4096=81.92 MGs taýmer sagadynyň gerekdigini aňladýar. Mikroslaryň hemmesi muny edip bilmeýär. 12 bitli köp sanly garaşsyz PWM kanaly gerek bolsa, ýörite taýmer periferiýalaryna ýa-da FPGA seredýärsiňiz.

Iş usuly: 8 - bit PWM ulanyň, ýöne ýygylygy dinamiki sazlaň. Highokary ýagtylykda 20kHz, pes ýagtylykda 100Hz-a düşýär. Gerek ýeriňizde has gowy ädimler berýär. Nowöne indi işlemek üçin üýtgeýän ýygylykly EMI bar. Hiç zat mugt.

Senagat VFD-leri (üýtgeýän ýygylykly diskler) 480VAC-da ýüzlerçe amper çalyşýar. Dolandyryş strategiýasy has çylşyrymly - kosmos wektorynyň modulýasiýasy, - haýsy bolsa-da, - gönükdirilen dolandyryş, ýöne aşagynda PWM üç - fazaly köprüde alty IGBT çalyşýar.

Bu masştabdaky tapawutlar:

Derwezäniň sürüjilerine 15V izolirlenen enjam gerek. 680VDC (düzedilen 480VAC) çenli dürli potensialda ýüzýän 6 sany izolirlenen üpjünçilik. Her bir sürüjiniň öz güýji, öz derwezesi rezistory (adaty 0,5-2Ω), öz-özüni goramagy zerur.

IGBT-ler MOSFET-den has haýal bolany üçin, iş wagty 2-5µ-e çenli ýokarlanýar

çykyşda dv / dt süzgüçler, sebäbi motor kabeliniň sygymlylygy we çalt kommutasiýa gyralary ullakan umumy - re modeim akymlaryna sebäp bolýar. 5HP motor kabelinde umumy motor - re modeim tokynyň 20A ölçedim, motor togundan düýbünden aýry. Şonuň üçin goralýan kabeller we dogry toprak gerek.

Malylylyk: hatda 50kW-da 2% ýitgi 1kW ýylylykdyr. Akym wyklýuçatelleri we temperatura baglanyşyklary bilen suw sowadyşy. Sowadyjy akym bosagadan aşak düşse, gözegçilik ediji derrew çykyşlary öçürýär. Görülen ulgamlar ýanýar, sebäbi kimdir biri sowadyjy derejesini barlamagy ýatdan çykardy.

Komponent saýlamak geň bolýar. 100A üznüksiz bahalandyrylan IGBT diňe 50A gurşawda 80A, 70A derejesinde 60A işledip biler. Aöne uly hereketlendirijini işe girizmek 6x derejeli tok birnäçe sekundyň dowamynda çekýär. Şeýlelik bilen, - ýagdaýy däl-de, iň ýokary derejesi üçin ulalyň, soňra temperatura üçin peseliň. "100A" goýmasy üçin 300A IGBT bilen gutaryň. BOM bahasy satyn almalary gaty gynandyrýar.

STM32 taýmerleri: köpüsinde 16 bitli PWM bar, käbir modeller 32 bitli bolýar, ýöne size seýrek gerek. Has möhümi, deňeşdirilýän kanallaryň sany we goşmaça netijeler. F4 seriýasyndaky TIM1 we TIM8, biri-biriniň üstüni ýetirýän netijeler we programmirläp boljak möhleti goýmak bilen dört sany deňeşdirme kanaly bar. Motor dolandyryşy üçin ajaýyp.

Mesele: bir taýmerdäki ähli PWM kanallary şol bir hasaplaýjy bilen sinhronlanýar. Garaşsyz ýygylyklar gerek bolsa, aýratyn taýmerler gerek. Öňdebaryjy aýratynlyklary bolan taýmerler gaty köp. STM32F4-de ösen dolandyryş üçin TIM1, TIM8 alarsyňyz. Esasy PWM üçin TIM2-5. TIM9-14 16 bitli, öli nesil ýok. Programma birnäçe izolirlenen PWM signallaryna mätäç bolsa, çalt gutararsyňyz.

Programma üpjünçiliginde - bang PWM-ni dişlän ýerlerinde dizaýn gördüňiz, sebäbi taýmer kanallary gutardy. Aýylganç pikir. Jitter, CPU üstünden, beýleki ýangyny keseninde ileri tutulýan inwersiýa. Has köp taýmerli mikro üçin goşmaça 2 dollar töläň ýa-da daşarky PWM IC ulanyň (PCA9685 ýaly). Geljekki özüňiz sag bolsun aýdýar.

ESP32-de LED PWM periferiýa ulanyp 16 PWM kanaly bar. Gowy görünýär, bularyň hemmesi bir 80MHz APB sagadyndan alnan we bölüjileri toparlara bölýär. Dürli ýygylyklary isleýärsiňizmi? Bitewi gatnaşyklar diýip umyt edýärin. Şeýle hem şol bir esasy sagady ulanýandygy sebäpli ýygylyk artdygyça çözgüt azalýar. 20 KHz-da 12 bit, 40kHz-da bolsa 11 bit we ş.m. alarsyňyz. Maglumatlar sahypasy muny açyk görkezmeýär.

- spektr PWM ýaýratyň: kesgitlenen ýygylygyň ýerine, tötänleýin ± 10% bölýärsiňiz. EMI-ni has giň ýygylyk aralygynda ýaýradýar, iň ýokary zyňyndylary azaldýar. Süzgüçli enjamlar bolmazdan, FCC / CE synagyndan geçmäge kömek edýär. Döwrebap SMPS çipleriniň köpüsi munuň içinde gurlan. Cypress PSoC hatda size - pyçak, üçburçluk, pseudo - tötänleýin nagyşlary dolandyrmaga mümkinçilik berýär.

Interleaved PWM: birnäçe öwrüjini fazadan işlediň. 180 dereje faza çalşygynda iki öwrüji, giriş kondensatorynyň toguň ýarysyny görýändigini aňladýar. 90 gradus faza çalşygynda dört öwrüji - süýüm. Nowöne indi kanallary deň derejede paýlaşmak üçin kanallaryň we ýük balansynyň arasynda takyk faza sinhronizasiýasy gerek. Adatça mikroňyzda ýeterlik çeşme bolmasa, ýörite gözegçilik ediji IC gerek.

GaN FET-ler 10ns-a çenli girip biler. 10MHz + PWM ýygylyklaryny açýar {{4} uct induktorlar kiçijik bolýar, diňe PCB yzlary diýen ýaly. : Öne: tagtanyň ýerleşişi gaty möhümdir, derwezäniň sürüjisi çynlakaý ünsi talap edýär, islendik induktiwlik uly çaknyşyklara sebäp bolýar. Täze başlanlar üçin däl. GaN dizaýn halkasyny 2x VDD-e gördüň, sebäbi kimdir biri 5 sm yz uzynlygyndaky adaty derweze sürüjisini ulandy. FET diri galmady.

PWM

Köp zatlar üçin: 20kHz, apparat taýmer PWM, 10 - bit ölçegi. Motor dolandyryşy we LED yşyklandyryş üçin köp. Derwezäniň sürüjisi IC (iň ýokary 2A iň pes), FET drena atynda pes ESR keramiki gapaklary, ýagly ýer tekizligini goşuň. Ilkinji prototipiň çägindäki kommutasiýa tolkun formalaryny barlaň, bir gezek gaýtalanmagyna garaşyň.

10A-dan ýokary zat üçin yzygiderli, termiki simulýasiýa. ANSYS ulanýaryn, ýöne esasy FEA-da köp problema ýüze çykýar. Mis gatlaklaryny ýylylyk çeşmesi hökmünde ýitgiler bilen eksport ediň, araçäk şertlerini kesgitläň, iň ýokary gurşawda 125 dereje çatryk tempiniň bardygyny ýa-da ýokdugyny barlaň. Adatça 50W-den köp işleýän bolsaňyz, gyzdyryjy ýa-da mejbury howa gerek.

Ony temperaturada barlaň. Otag otagynyň synagy meseleleriň 60% -ini tutýar. 8 sagatlap 70 dereje gurşawda gyzgyn - guty galan - termiki gaçmagy, derwezäniň bosagasy çalşygyny, kondensatoryň ESR ýokarlanmagyny tapýar. Dizaýn 25 dereje gowy işläninde hepdede bir gezek çykdajy ediň, ýöne FET 65 dereje uzaldy, sebäbi naprýa .eniýe temperatura koeffisiýentini hasaba almadym.

Bu PWM. Pleönekeý düşünje, tükeniksiz jikme-jiklikler.

Iň soňky zat: batareýa {{0} power işleýän PWM zatlary bilen meşgullanýan bolsaňyz, öýjüklere arzan düşmäň. - adyny litiý paketleri ýok {{3} synap gördüm, tok tokyny dolandyryp bilmedim, ýüküň aşagynda naprýa .eniýe, tutuş ulgam öçdi. Dogry geçdiion litiý batareýasymynasyp C - reýtingli modullar, mesele ýitdi. Her paket üçin goşmaça 15 dollar meni hepdede üç goldaw jaňyndan halas etdi.