PWM çi ye?

PWM ji bo Modulasyona Berfirehiya Pulse radiweste. Tu voltajê li ser frekansek sabît diguherînî û jê dikî, ji bo kontrolkirina radestkirina hêzê ya navînî rêjeya-dema vekêşanê bi off-ê diguherînî. Her eve. Ya mayî tenê bi encaman re mijûl dibe.

Pêvekek 12V hilînin ku LEDek ku hewcedariya 3V heye. Bi gelemperî hûn ê berxwedanek an rêgezek rêzik bikar bînin, 9V wekî germê bişewitînin. çopê ehmeqî. Bi PWM-ê hûn 12V-ya tam bi têra xwe bi lez vediguherînin û jê dikin ku girseya termal a LED-ê wê bigihîje navberê. 25% çerxa peywirê bi qasî 3V-ê dide we. LED 12V → 0V → 12V → 0V di belkî 1kHz de dibîne, lê ew nikare ewqas zû sar bibe û germ bibe, ji ber vê yekê şewq domdar dimîne.

Frequency girîng e. Pir hêdî (di bin 100Hz de) û hûn felqek xuya dibin. Hin kes felqê heya 200Hz dibînin. Ez bi gelemperî ronahiya LED-ê li 20kHz dixebitim tenê ji bo ku ewle bim-her weha heke hevgirêdanek mekanîkî hebe wê ji rêza bihîstwerê dûr dixe. Leza guheztinê bandorê li windahiyan jî dike, lê em ê bigihîjin wê.

Matematîkî: heke heyama we T be û di-dem de t be, çerxa peywirê D=t/T. Asan. Hêza ku tê peyda kirin bi qasî D × V_darvekirin × I_load e, kêm windahiyan. Ew windahiyên ku tiştên balkêş dibin.

Sedema yekem: karîgerî. MOSFET di têrbûnê de belkî 0,1-0,2V di herikên maqûl de dadikeve. MOSFET-a jêkirî mîkroampan dikişîne. Ji ber vê yekê hûn an belav dikin (0.1V × niha) an jî di bingeh de tiştek tune. Wê bi rêgezek xêzikî re bidin hev ku 9V di heyama tam de bi domdarî davêje. Cûdahiya jiyana batterê di hin rewşan de 40-50x e, ne zêde ye.

Ya duyemîn: hûn dikarin dabînkirina hêza erzantir bikar bînin. Ma hûn hewce ne ku motorek 48V bi leza guherbar ajotin? Digel kontrola analogê hûn hewcedariyek guhêrbarek biha ya 0-48V hewce ne. Bi PWM re hûn dabînkerek 48V sabît (erzan) û MOSFET (her weha erzan) bikar tînin. Kirin.

Sedema sêyemîn kes li ser naaxive: kirîn. Biceribînin ku di qebareyê de dabînkerek analogek guhêrbar baş peyda bikin. Demên rêberiyê ji hilberînerên hêja kêmtirîn 26 hefte ne. MOSFETs? Her tişt li Digikey di stokê de ye. Dema ku hilberîn li we diqîre, ev ji lêçûna BOM-ê bêtir girîng e.

PWM

EMI dê we bişewitîne. Cara yekem min panelek-PWM ya bilind (120A ji bo motorek DC) kir, wê otobusa CAN a li ser heman wesayîtê kuşt. Pakêtên ne xerabûyî-bi tevahî mirine. Derket holê ku zengila ajokara dergehê min di nav axa şasiyê de bi hev ve diçû, li ser cotê cûda CAN tîrêjên 40V çêdikir. Kulîlkên ferrîte lê zêde kirin, zevî li derdorê gerandin, hîn jî pirsgirêk hebûn. Di dawiyê de neçar ma ku parzûnek pi li ser peydakirina motorê zêde bike û balafirên erdê bi yek-têkiliyek xalî veqetîne. Sê revên panelê girtin.

Gate drive ji ya ku xuya dike dijwartir e. Pêdivî ye ku hûn ji ajokera xwe berbi dergehê MOSFET-ê ve împedansa nizm bin-li di/dt bilind de mijarên induktansê bişopînin. Min dît ku 10nH induktasyona şopê di dema veguheztinê de dibe sedema bilindbûna voltaja 50V (V=L × di/dt). Ew bes e ku meriv bi MOSFET-a bi nirxa 60V ve bixebite. Mirov di derbarê matematîkê de nîqaş dikin, lê min ew di çarçovê de dîtiye: 3A/ns veguheztina niha li 10nH ji we re 30V pîvaz dide. Voltaja dabînkirinê zêde bikin û hûn li ser rêjeya herî zêde ya bêkêmasî ne.

Dûv re fîşekên-di nav H-piran de heye. DIVÊ ku we di navbera girtina-FET-a nizm û zivirandina li ser-aliyê bilind de (û berûvajî) demeka mirinê hebe. Dema mirina sifir tê vê wateyê ku her du FET bi hevdemî re derbas dibin-kurteya rasterast ji peydakirinê ber bi erdê ve bi berxwedana kanala FET-ê re. 50A heya 0,01Ω du caran hîn jî 1000A ye ji bo mîkro çirkeyan berî ku tişt biteqe. Moda têkçûnê balkêş e: kratera piçûk a di siliconê de, FET bi domdarî kurt dibe, her tiştê din di zincîrê de derdixe.

Lê dema mirina pir zêde û dioda laş di heyama mirinê de derbas dibe. Dîodên laş tirsnak in-hilweşîna pêş a bilind (1-2V), vegerandina hêdî. Hûn karbidestiyê winda dikin û bêtir germê çêdikin. Bazirganî bi gelemperî 100-500ns dema mirinê ye ku li gorî taybetmendiyên guheztina FET-a we ve girêdayî ye.

Xwezaya yekem a her kesî: frekansa bilind=induktor/kapacitorên piçûk=erzantir. Carinan rast. Lê windahiyên guheztinê bi frekansê re zêde dibin-her gava ku FET derbas dibe hûn enerjiyê winda dikin. ESwitching ≈ 0,5 × Vsupply × Iload × (trise + tfall) × fsw. Frekansê du qat bikin, windabûna veguheztinê ducar bikin.

Ji bo ajokarên motorê, 20kHz hevpar e. Li jor domdarên dema mekanîkî yên bihîstî ne girîng e. Lê di dabînkirina hêza laptopê de hûn 300kHz-1MHz dibînin. Çima? magnetîkên piçûktir. Induktorek 1 MHz ji hêla fîzîkî ve 1/50-ê mezinahiya 20kHz-ê bi heman induktansê ye. Ew ji bo amûrên portable mezin e. Bazirganî ev e ku hûn hewceyê FET-ên zûtir (Qg kêmtir), sêwirana çêtir, sêwirana ajokarê baldartir in.

Deng (ampên sinifa D) 250 kHz-1MHz dixebitîne. Di bin 200 kHz de û hûn dikarin frekansa hilgir wekî qîrînek bilind-bibihîzin. Li jor 1MHz û hûn bi destwerdana radyoya AM re dest bi şer dikin. Piraniya sêwiranan li 400-500 kHz, parzûna kêm-derbasbûnê li belkî 50 kHz bicîh dibin da ku hilgir jêbirin.

Mînaka rastîn: carekê veguhezkarek 500kHz kir, hewl da ku here 1MHz da ku panelê piçûk bike. Karîbûn %4 daket (88% ber 84%). Ew 8W germa zêde ye di dabînkirina 200W de. Pêdiviya germahiyek mezintir hebû, hemî teserûfa cîhê ji induktora piçûktir winda kir. Li 500 kHz dimîne.

PWM

8-PWM bit (256 gavan) baş xuya dike heya ku hûn hewl bidin ku LEDek bi hêsanî ji 100% berbi 0% kêm bikin. Di bin 10% çerxa peywirê de hûn gavên berbiçav di ronahiyê de digirin. Çavê mirov logarîtmîk e - ji guherînên di asta ronahiya kêm de pir hesastir e. Ji bo ronîkirina bêkêmasî li seranserê rêzê herî kêm 12-bit (4096 gav) hewce ne.

Lê li vir ev e: 12-bit li 20kHz tê vê wateyê ku hûn hewceyê demjimêra demjimêra 20kHz × 4096=81.92MHz in. Ne hemî mîkro dikarin wiya bikin. Û heke hûn hewceyê gelek kanalên PWM-ya serbixwe yên 12-bit hewce ne, hûn li periferîkên demjimêrker an FPGA-ya taybetî digerin.

Çare: 8-PWM bit bikar bînin lê frekansê bi dînamîk eyar bikin. Di ronahiya bilind de 20 kHz dimeşe, di ronahiya kêm de 100 Hz dadikeve. Li cîhê ku hûn hewceyê wan gavên xweşiktir dide we. Lê naha we EMI-frekansa guhêrbar heye ku hûn pê re mijûl bibin. Tiştek belaş nîne.

VFD-yên pîşesaziyê (ajokên frekansa guhêrbar) bi sedan amp li 480VAC diguhezînin. Stratejiya kontrolê tevlihevtir e-modulasyona vektora fezayê, kontrolkirina zeviyê-her çi dibe bila bibe-lê di binê wê de hîn jî PWM şeş IGBT di pira sê-qonaxê de vediguhezîne.

Cûdahî di vê pîvanê de:

Ji ajokarên dergehê hewceyê pêdiviyên veqetandî yên 15V hewce ne. Ew 6 pêdiviyên veqetandî yên ku di potansiyelên cihêreng de heya 680VDC (480VAC hatî rast kirin) diherikin. Her ajoker hewceyê hêza xwe, berxwedana deriyê xwe (0,5-2Ω tîpîk), parastina xweya zêde ya zêde hewce dike.

Deadtime 2-5 μs zêde dibe ji ber ku IGBT ji MOSFET-an hêdîtir in

dv/dt li ser dergehê fîlter dike ji ber ku kapasîteya kabloya motorê û kêlekên bi lez guheztin dibe sedema herikîna moda-a gelemperî. Min li ser kabloyek motorê ya 5HP 20A ya moda hevpar pîvaye, bi tevahî ji herika motorê cuda ye. Ji ber vê yekê hûn hewceyê kabloyên parastî û zemînek rast in.

Termal: 2% windabûna li 50kW jî 1kW germ e. Sarkirina avê bi guheztinên herikandinê û navberên germahiyê. Ger herikîna sarkerê dakeve binê behrê, kontrolker derdan tavilê asteng dike. Pergalên dîtin dişewitin ji ber ku kesek ji bîr kir ku asta sarkerê kontrol bike.

Hilbijartina pêkhateyan xerîb dibe. IGBT-ya ku ji bo 100A domdar hatî destnîşan kirin dibe ku tenê 80A li 50 pileya hawîrdorê, 60A li 70 pileyî bigire dest. Lê destpêkirina motorek mezin ji bo çend saniyeyan 6x nirxa niha dikişîne. Ji ber vê yekê hûn ji bo lûtkeyê, ne ji bo rewşa domdar-, paşê ji bo germahiyê kêm bikin. Ji bo serîlêdana "100A" bi 300A IGBT bi dawî bibin. Mesrefa BOM kirînê pir nerazî dike.

Demjimêrên STM32: Piranîya PWM 16-bit hene, hin model diçin 32-bit lê hûn kêm kêm pêdiviya we bi wê heye. Ya ku bêtir girîng e, hejmara kanalên berhevkirî û derketinên pêvek e. TIM1 û TIM8 li ser rêza F4 çar kanalên hevberî hev hene ku her yek bi derketinên temamker û têketina dema mirinê ya bernamekirî heye. Ji bo kontrola motorê bêkêmasî.

Pirsgirêk: Hemî kanalên PWM-ê yên li ser yek demjimêr bi heman hejmarê re têne hevdem kirin. Heke hûn hewceyê frekansên serbixwe ne, hûn hewceyê demjimêrên cuda hene. Û tenê gelek demjimêrên bi taybetmendiyên pêşkeftî hene. Li ser STM32F4 hûn TIM1, TIM8 ji bo kontrola pêşkeftî digirin. TIM2-5 ji bo PWM bingehîn. TIM9-14 16-bit bêyî nifşê mirinê ne. Ger serîlêdan hewceyê gelek îşaretên PWM-ya veqetandî be hûn zû diqedin.

Sêwiranên ku di nermalavê de-PWM-ê lêdixin, ji ber ku kanalên demjimêra wan qediyan dîtin. Fikra tirsnak. Jitter, serê CPU, berevajîkirina pêşîn gava ku din agir qut dike. Tenê ji bo mîkroyek bi demjimêrek bêtir 2 $ zêde bidin an IC-ya PWM-ya derveyî bikar bînin (mîna PCA9685). Pêşeroja we dê spasiya we bike.

ESP32 xwedan 16 kanalên PWM hene ku pêveka LED PWM bikar tînin. Dengek xweş e, ji bilî ku ew hemî ji yek demjimêrek APB 80MHz têne derxistin û dabeşkeran di koman de parve dikin. Frekansên cûda dixwazin? Hêvî dikin ku ew rêjeyên yekjimar in. Di heman demê de her ku frekansa zêde dibe çareserî kêm dibe ji ber ku ew heman demjimêra bingehîn bikar tîne. Di 20kHz de hûn 12-bit distînin, li 40kHz hûn digihîjin 11-bit, hwd. Daneşeya vê yekê eşkere nake.

Belavkirina-PWM-a spekulê: li şûna frekansa sabît, hûn wê %10-ê bi korfelaqî diweşînin. EMI-ê li navberek frekansa firehtir belav dike, emîsyonên lûtkeyê kêm dike. Alîkariya derbaskirina ceribandina FCC/CE dike bêyî ku pir hardware fîlterkirin. Di piraniya çîpên SMPS-ê yên nûjen de ev çêkirî heye. Cypress PSoC tewra dihêle hûn şêwaza dubendiyê kontrol bikin-sawtooth, sêgoşe, pseudo-random.

PWM Interleaved: gelek veguherîneran ji qonaxê bimeşînin. Du veguherîner di guheztina qonaxê ya 180 derece de tê vê wateyê ku kondensatora têketinê nîvê herika ripple dibîne. Çar veguherîner di 90 dereceyan de diguherin-çaryeka ripple. Lê naha hûn hewceyê hevdemkirina qonaxa rastîn a di navbera kanalan û hevsengkirina barkirinê de ne, da ku ew niha bi heman rengî parve bikin. Bi gelemperî pêdivî bi IC-ya kontrolkerek taybetî heye heya ku mîkroya we têra xwe nebîne.

GaN FET dikarin di bin 10ns de biguherînin. Frekansên 10MHz+ PWM vedike-induktorên piçûk, hema hema tenê şopên PCB-ê vedike. Lê: sêwirana panelê krîtîk e, ajokera dergehê hewceyê baldariyek ciddî ye, her induktans dibe sedema zêdebûnek girseyî. Ne ji bo destpêk. Zengek sêwirana GaN bi 2x VDD hate dîtin ji ber ku kesek ajokarek deriyê standard bi dirêjahiya şopê 5 cm bikar anî. FET xilas nebû.

PWM

Ji bo pir tiştan: 20kHz, demjimêrkera hardware PWM, 10-berhevkirina bit. Pir ji bo kontrolkirina motor û ronahiya LED. IC-ya ajokarê dergehê (2A herî kêm heyama herî bilind), kelûpelên seramîk ên kêm-ESR rast li derava FET, balafira zevî ya qelew lê zêde bikin. Li ser prototîpa yekem formên pêlên guheztinê bi çarçoveyek kontrol bikin, li bendê bin ku carekê dubare bikin.

Ji bo her tiştê ku ji 10A jortir simulasyona domdar, germî ya berî sêwiranê ye. Ez ANSYS bikar tîne lê tewra FEA ya bingehîn jî pir pirsgirêkan digire. Tebeqeyên sifir ên bi windahiyên wekî çavkaniyên germê derxînin, şert û mercên sînor bicîh bikin, kontrol bikin ka tiştek li germahiya hevberdanê ya 125 pileyî di hewaya herî zêde de digihîje. Ger hûn ji 50W zêdetir diguhezînin bi gelemperî pêdiviya germahiyê an hewaya bi zorê heye.

Û di germê de test bikin. Testkirina germahiya odeyê dibe ku% 60 pirsgirêkan digire. Germ-qutiya li hawirdora 70 pileyî ji bo 8 demjimêran mayî dibîne-hermaya rev, guheztina sînorê dergehê, zêdebûna ESR-a kondensatorê. Dema ku sêwiranek di 25 dereceyê de baş dixebitî, hefteyek min lêçû, lê FET di 65 dereceyê de girtî bû ji ber ku min hejmûna germahiya voltaja tixûb negirt.

Ew PWM ye. Têgîna hêsan, hûrguliyên bêdawî.

Tişta dawîn: heke hûn tiştên PWM-ya bi{0}}batterî dikin, li ser hucreyan erzan nekin. Carekê hin-navên pakêtên lîtiumê ceriband-nekarîn tîrêjê rahijmendiyê hilgirin, voltaja di bin barkirinê de qut bû, pergala tevahî qehwe bû. Veguherî rastpîlê lithium ionîkmodulên bi nirxa C-a minasib, pirsgirêk winda bûn. Her pakêtê 15 $ zêde ez hefteyekê ji sê bangên piştgiriyê xilas kirim.