וואָס איז PWM?

PWM שטייט פֿאַר דויפעק ברייט מאָדולאַטיאָן. איר באַשטימען וואָולטידזש אויף און אַוועק אין אַ פאַרפעסטיקט אָפטקייַט, טשאַנגינג די פאַרהעלטעניש פון אויף- צייט צו אַוועק- צייט צו קאָנטראָלירן דורכשניטלעך מאַכט עקספּרעס. אַז ס עס. די מנוחה איז נאָר דילינג מיט די פאלגן.

נעמען אַ 12 וו צושטעלן דרייווינג אַ געפירט וואָס דאַרף 3 וו. נאָרמאַללי איר'ד נוצן אַ רעסיסטאָר אָדער לינעאַר רעגולאַטאָר, פאַרברענען אַוועק 9 וו ווי היץ. נאַריש אָפּפאַל. מיט PWM איר באַשטימען די פול 12 וו אויף און אַוועק שנעל גענוג אַז די געפירט טערמאַל מאַסע אַוורידזשיז עס אויס . 25% פליכט ציקל גיט איר בעערעך 3 וו עקוויוואַלענט. די געפירט זעט 12 וו → 0 וו → 12 וו → 0 וו ביי אפֿשר 1 כז, אָבער עס קען נישט קיל אַראָפּ און היץ אַרויף אַזוי שנעל, אַזוי די ברייטנאַס סטייז קעסיידערדיק.

אָפטקייַט ענינים. צו פּאַמעלעך (אונטער 100 הז) און איר באַקומען קענטיק פליקער. עטלעכע מענטשן זען פליקער אַרויף צו 200 הז. איך יוזשאַוואַלי לויפן געפירט דימינג ביי 20 כז נאָר צו זיין זיכער - אויך האלט עס אויס פון די דייַטלעך קייט אויב עס איז קיין מעטשאַניקאַל קאַפּלינג. סוויטשינג גיכקייַט אַפעקץ לאָססעס אויך, אָבער מיר וועלן באַקומען צו דעם.

די מאטעמאטיק: אויב דיין צייט איז T און אויף -צייט איז ה, פליכט ציקל ד=t/T. פּשוט. מאַכט איבערגעגעבן איז בעערעך D × V_supply × I_load, מינוס לאָססעס. די לאָססעס זענען ווו די זאכן ווערן טשיקאַווע.

ערשטער סיבה: עפעקטיווקייַט. MOSFET אין זעטיקונג טראפנס אפֿשר 0.1-0.2 וו ביי גלייַך קעראַנץ. MOSFET אַוועק דראָז מיקראָאַמפּס. אַזוי איר דיסאַפּייטינג (0.1 וו × קראַנט) אָדער בייסיקלי גאָרנישט. פאַרגלייַכן אַז מיט אַ לינעאַר רעגולאַטאָר קאַנטיניואַסלי דראַפּינג 9 וו ביי פול קראַנט. די חילוק אין די באַטאַרייע לעבן איז 40-50 קס אין עטלעכע קאַסעס, נישט יגזאַדזשערייטינג.

רגע: איר קענען נוצן טשיפּער מאַכט סופּפּליעס. דאַרפֿן צו פאָר אַ 48 וו מאָטאָר מיט בייַטעוודיק גיכקייַט? מיט אַנאַלאָג קאָנטראָל איר דאַרפֿן אַ טייַער 0-48 וו צושטעלן. מיט PWM איר נוצן אַ פאַרפעסטיקט 48 וו צושטעלן (ביליק) און אַ MOSFET (אויך ביליק). געטאן.

דריט סיבה קיינער רעדט וועגן: ייַנשאַפונג. פּרוּווט סאָרסינג אַ גוט בייַטעוודיק אַנאַלאָג צושטעלן אין באַנד. פירן צייט איז 26 וואָכן מינימום פון לייַטיש מאַניאַפאַקטשערערז. MOSFETs? אַלץ איז אין לאַגער אין Digikey. ווען פּראָדוקציע סקרימינג אויף איר, דאָס איז מער וויכטיק ווי די BOM פּרייַז.

PWM

EMI וועט שרויף איר. ערשטער מאָל איך געמאכט אַ הויך - קראַנט פּוום ברעט (120 אַ פֿאַר אַ דק מאָטאָר), עס געהרגעט די CAN ויטאָבוס אויף דער זעלביקער פאָרמיטל. ניט פארדארבן פּאַקיץ -גאַנצן טויט. אויסגעדרייט אויס מיין טויער פאָר רינגינג איז געווען קאַפּלינג דורך די שאַסי ערד, ינדוסינג 40 וו ספּייקס אויף די CAN דיפערענטשאַל פּאָר. צוגעגעבן פעריטע קרעלן, אריבערגעפארן גראָונדס אַרום, נאָך געהאט ישוז. יווענטשאַוואַלי האט צו לייגן אַ פּי פילטער אויף די מאָטאָר צושטעלן און באַזונדער די ערד פּליינז מיט אַ איין - פונט קשר. גענומען דרייַ ברעט רעוו.

טויער פאָר איז האַרדער ווי עס קוקט. איר דאַרפֿן נידעריק ימפּידאַנס פון דיין שאָפער צו די MOSFET טויער- שפּור ינדאַקטאַנס ענינים ביי הויך די/דט. איך ווע געזען 10 נה פון שפּור ינדאַקטאַנס גרונט 50 וו וואָולטידזש ספּייקס בעשאַס סוויטשינג (V=ל × די / דט). אַז ס גענוג צו זעץ דורך אַ 60 וו רייטאַד MOSFET. מענטשן טענהן וועגן די מאַט, אָבער איך ווע געזען עס אויף די פאַרנעם: 3A / ns סוויטשינג קראַנט אין 10nH גיט איר 30V ספּייק. לייג די צושטעלן וואָולטידזש און איר זענט איבער די אַבסאָלוט מאַקסימום שאַץ.

דערנאָך איז שיסן-דורך אין ה-בריקן. איר מוזט האָבן דעד צייט צווישן קערן אַוועק די נידעריק - זייַט FET און ווענדן אויף די הויך - זייַט (און וויצע ווערסאַ). נול דעד צייט מיטל ביידע FET ס פירן סיימאַלטייניאַסלי-דירעקט קורץ פון צושטעלן צו ערד דורך די FET קאַנאַל קעגנשטעל . 50א דורך 0.01Ω צוויי מאָל איז נאָך 1000A פֿאַר די מיקראָסעקאָנדס איידער די טינגז ופרייַסן. דער דורכפאַל מאָדע איז ספּעקטאַקיאַלער: קליין קראַטער אין די סיליציום, FET גייט פּערמאַנאַנטלי קורץ, נעמט אויס אַלץ אַנדערש אין די קייט.

אבער צו פיל טויט צייט און די גוף דייאָוד קאַנדאַקץ בעשאַס די טויט צייַט. גוף דיאָדעס זענען שרעקלעך -הויך פאָרויס קאַפּ (1-2V), פּאַמעלעך אָפּזוך. איר פאַרלירן עפעקטיווקייַט און דזשענערייט מער היץ. האַנדל-אַוועק איז יוזשאַוואַלי 100-500ns דעדטיים דיפּענדינג אויף דיין FET ס סוויטשינג קעראַקטעריסטיקס.

אַלעמען ס ערשטער אינסטינקט: העכער אָפטקייַט=קלענערער ינדאַקטערז / קאַפּאַסיטאָרס=טשיפּער. מאל אמת. אָבער באַשטימען לאָססעס פאַרגרעסערן מיט אָפטקייַט - איר פאַרלירן ענערגיע יעדער מאָל ווען די FET טראַנזישאַנז. עסוויטשינג ≈ 0.5 × ווסופּפּלי × ילאָאַד × (טריסע + טפאַלל) × פסו. טאָפּל די אָפטקייַט, טאָפּל די סוויטשינג אָנווער.

פֿאַר מאָטאָר דרייווז, 20 כז איז פּראָסט. אויבן דייַטלעך, מעטשאַניקאַל צייט קאַנסטאַנץ טאָן ניט זאָרגן. אָבער אין אַ לאַפּטאַפּ מאַכט צושטעלן איר זען 300 כז - 1 מהז. פארוואס? קלענערער מאַגנעטיקס. א 1 מהז ינדוקטאָר איז פיזיקלי 1/50 פון די גרייס פון אַ 20 כז מיט דער זעלביקער ינדאַקטאַנס. דאָס איז גרויס פֿאַר פּאָרטאַטיוו דעוויסעס. די האַנדל-אַוועק איז אַז איר דאַרפֿן פאַסטער FETs (נידעריקער קג), בעסער אויסלייג, מער אָפּגעהיט שאָפער פּלאַן.

אַודיאָ (קלאַס ד אַמפּס) לויפט 250 כז - 1 מהז. אונטער 200 כז און איר קענען הערן די טרעגער אָפטקייַט ווי אַ הויך - פּיטשט קרעכצן. העכער 1MHz און איר אָנהייבן פייטינג מיט AM ראַדיאָ ינטערפיראַנס. רובֿ דיזיינז פאַרענטפערן ביי 400-500 כז, נידעריק-פאָרן פילטער ביי אפֿשר 50 כז צו באַזייַטיקן די טרעגער.

פאַקטיש בייַשפּיל: האט אַ 500 כז באַק קאַנווערטער אַמאָל, געפרוווט צו גיין צו 1 מהז צו ייַנשרומפּן די ברעט. עפעקטיווקייַט דראַפּט 4% (88% צו 84%). דאָס איז 8 וו עקסטרע היץ אין אַ 200 וו צושטעלן. דארף אַ ביגער העאַצינק, פאַרפאַלן אַלע די פּלאַץ סייווינגז פון די קלענערער ינדוקטאָר. סטייד ביי 500KHz.

PWM

8-ביסל פּוום (256 סטעפּס) סאָונדס פייַן ביז איר פּרובירן צו פאַרמאַכן אַ געפירט סמודלי פון 100% צו 0%. אונטער 10% פליכט ציקל איר באַקומען קענטיק סטעפּס אין ברייטנאַס. מענטש אויג איז לאָגאַריטהמיק - פיל מער שפּירעוודיק צו ענדערונגען אין נידעריק ליכט לעוועלס. דאַרפֿן 12-ביסל (4096 סטעפּס) מינימום פֿאַר גלאַט דימינג איבער די פול קייט.

אבער דאָ ס די כאַפּן: 12-ביסל ביי 20 כז מיטל איר דאַרפֿן 20 כז × 4096=81.92 מהז טייַמער זייגער. ניט אַלע מיקראָס קענען טאָן דאָס. און אויב איר דאַרפֿן קייפל פרייַ PWM טשאַנאַלז מיט 12-ביסל, איר זוכט פֿאַר דעדאַקייטאַד טייַמער פּעריפעראַלס אָדער אַ FPGA.

וואָרקאַראָונד: נוצן 8-ביסל PWM אָבער סטרויערן די אָפטקייַט דינאַמיקאַללי. ביי הויך ברייטנאַס לויפן 20 כז, ביי נידעריק ברייטנאַס פאַלן צו 100 הז. גיט איר פיינער טריט ווו איר דאַרפֿן זיי. אָבער איצט איר האָבן עמי מיט וועריאַבאַל אָפטקייַט צו האַנדלען מיט. גאָרנישט איז פריי.

ינדוסטריאַל VFDs (וואַריאַבלע אָפטקייַט דרייווז) באַשטימען הונדערטער פון אַמפּס ביי 480VAC. די קאָנטראָל סטראַטעגיע איז מער קאָמפּליצירט -פּלאַץ וועקטאָר מאַדזשאַליישאַן, פעלד-אָריענטיד קאָנטראָל, וועלכער-אָבער אונטער עס איז נאָך PWM סוויטשינג זעקס IGBT אין אַ דריי-פאַסע בריק.

דיפעראַנסיז אין דעם וואָג:

טויער דריווערס דאַרפֿן 15 וו אפגעזונדערט סאַפּלייז. דאָס איז 6 אפגעזונדערט סאַפּלייז פלאָוטינג מיט פאַרשידענע פּאָטענציעלז אַרויף צו 680VDC (רעקטאַפייד 480VAC). יעדער שאָפער דאַרף זיין אייגענע מאַכט, זיין אייגענע טויער רעסיסטאָר (טיפּיש 0.5-2Ω), זיין אייגענע אָוווערקוררענט שוץ.

דעדטימע ינקריסיז צו 2-5 µs ווייַל IGBTs זענען סלאָוער ווי MOSFETs

דוו/דט פילטערס אויף די רעזולטאַט ווייַל מאָטאָר קאַבלע קאַפּאַסאַטאַנס פּלוס שנעל סוויטשינג עדזשאַז ז ריזיק פּראָסט {{0} מאָדע קעראַנץ. איך האָבן געמאסטן 20 אַ פּראָסט - מאָדע קראַנט אויף אַ 5 הפּ מאָטאָר קאַבלע, גאָר באַזונדער פון די מאָטאָר קראַנט. אַז ס וואָס איר דאַרפֿן שילדיד קייבאַלז און געהעריק גראַונדינג.

טערמאַל: אפילו 2% אָנווער ביי 50 קוו איז 1 קוו פון היץ. וואַסער קאָאָלינג מיט לויפן סוויטשיז און טעמפּעראַטור ינטערלאָקקס. אויב די קולאַנט לויפן פאַלן אונטער די שוועל, די קאָנטראָללער דיסייבאַלז אַוטפּוץ מיד. געזען סיסטעמען ברענען אַרויף ווייַל עמעצער פארגעסן צו קאָנטראָלירן די קולאַנט מדרגה.

קאָמפּאָנענט סעלעקציע ווערט מאָדנע. אַ IGBT רייטאַד פֿאַר 100 אַ קעסיידערדיק קען נאָר שעפּן 80 אַ ביי 50 גראַד אַמביאַנט, 60 אַ ביי 70 גראַד. אבער סטאַרטינג אַ גרויס מאָטאָר פּולז 6 קס רייטאַד קראַנט פֿאַר עטלעכע סעקונדעס. אַזוי איר גרייס פֿאַר שפּיץ, נישט פעסט- שטאַט, און דאַן אַראָפּרעכענען פֿאַר טעמפּעראַטור. סוף מיט אַ 300A IGBT פֿאַר אַ "100A" אַפּלאַקיישאַן. די BOM פּרייַז מאכט ייַנשאַפונג זייער ומגליקלעך.

STM32 טיימערז: רובֿ האָבן 16-ביסל פּוום, עטלעכע מאָדעלס גיין צו 32-ביסל אָבער איר ראַרעלי דאַרפֿן עס. וואָס איז מער וויכטיק איז די נומער פון פאַרגלייַכן טשאַנאַלז און קאַמפּלאַמענטשי אַוטפּוץ. TIM1 און TIM8 אויף די F4 סעריע האָבן פיר פאַרגלייַך טשאַנאַלז יעדער מיט קאַמפּלאַמענטשי אַוטפּוץ און פּראָוגראַמאַבאַל דעדטימע ינסערשאַן. גאנץ פֿאַר מאָטאָר קאָנטראָל.

פּראָבלעם: אַלע די PWM טשאַנאַלז אויף איין טייַמער זענען סינגקראַנייזד צו דער זעלביקער טאָמבאַנק. אויב איר דאַרפֿן פרייַ פריקוואַנסיז, איר דאַרפֿן באַזונדער טיימערז. און עס זענען בלויז אַזוי פילע טיימערז מיט אַוואַנסירטע פֿעיִקייטן. אויף די STM32F4 איר באַקומען TIM1, TIM8 פֿאַר אַוואַנסירטע קאָנטראָל. TIM2-5 פֿאַר יקערדיק PWM. TIM9-14 זענען 16-ביסל אָן דעדטימע דור. איר לויפן געשווינד אויב די אַפּלאַקיישאַן דאַרף קייפל אפגעזונדערט PWM סיגנאַלז.

געזען דיזיינז ווו זיי ביסל -בלאָגן PWM אין ווייכווארג ווייַל זיי געלאפן אויס פון טייַמער טשאַנאַלז. שרעקלעך געדאַנק. דזשיטער, קפּו אָוווערכעד, בילכערקייַט ינווערזשאַן ווען אנדערע ינטעראַפּץ פייַער. נאָר צאָלן די עקסטרע $ 2 פֿאַר אַ מיקראָ מיט מער טיימערז אָדער נוצן אַ פונדרויסנדיק PWM IC (ווי PCA9685). דיין צוקונפֿט זיך וועט דאַנקען דיר.

ESP32 האט 16 פּוום טשאַנאַלז ניצן די געפירט פּוום פּעריפעראַל. סאָונדס גרויס, אַחוץ אַז זיי זענען אַלע דערייווד פון איין 80MHz APB זייגער און טיילן דיוויזערז אין גרופּעס. ווילן פאַרשידענע פריקוואַנסיז? האָפענונג זיי זענען גאַנץ ריישיאָוז. אויך די האַכלאָטע דיקריסאַז ווי אָפטקייַט ינקריסיז ווייַל עס ס ניצן די זעלבע באַזע זייגער. ביי 20 כז איר באַקומען 12-ביסל, ביי 40 כז איר ניטאָ אַראָפּ צו 11-ביסל, אאז"ו ו. דאַטאַשעעט טוט נישט מאַכן דעם קלאָר ווי דער טאָג.

פארשפרייטן -ספּעקטרום PWM: אַנשטאָט פון פאַרפעסטיקט אָפטקייַט, איר דיטער עס ± 10% ראַנדאַמלי. ספּרעדז די EMI איבער אַ ברייט אָפטקייַט קייט, ראַדוסאַז שפּיץ ימישאַנז. העלפּס פאָרן FCC / CE טעסטינג אָן ווי פיל פֿילטרירונג ייַזנוואַרג. רובֿ מאָדערן SMPS טשיפּס האָבן דעם געבויט אין. Cypress PSoC אפילו לעץ איר קאָנטראָלירן די דיטערינג מוסטער - זעגטאָאָט, טרייאַנגגיאַלער, פּסעוודאָ - טראַפ.

ינטערלעאַוועד פּוום: לויפן קייפל קאַנווערטערז אויס פון פאַסע. צוויי קאַנווערטערז ביי 180 גראַד פאַסע יבעררוק מיטל אַז די אַרייַנשרייַב קאַפּאַסאַטער זעט האַלב די ריפּאַל קראַנט. פיר קאַנווערטערז ביי 90 גראַד פאַסע יבעררוק - פערטל די ריפּאַל. אָבער איצט איר דאַרפֿן גענוי פאַסע סינגקראַנאַזיישאַן צווישן טשאַנאַלז און מאַסע באַלאַנסינג אַזוי זיי טיילן די קראַנט גלייַך. יוזשאַוואַלי דאַרף אַ דעדאַקייטאַד קאָנטראָללער IC סייַדן דיין מיקראָ האט גענוג רעסורסן.

GaN FETs קענען באַשטימען אונטער 10ns. אָפּענס אַרויף 10MHz+ PWM פריקוואַנסיז - ינדאַקטערז ווערן קליינטשיק, כּמעט נאָר פּקב טראַסעס. אָבער: ברעט אויסלייג איז קריטיש, טויער פאָר דאַרף ערנסט ופמערקזאַמקייט, קיין ינדאַקטאַנס ז מאַסיוו אָוווערשאָאָט. ניט פֿאַר ביגינערז. געזען אַ גאַן פּלאַן רינג צו 2x VDD ווייַל עמעצער געוויינט אַ נאָרמאַל טויער שאָפער מיט 5 סענטימעטער פון שפּור לענג. די FET האט נישט בלייַבנ לעבן.

PWM

פֿאַר רובֿ שטאָפּן: 20 כז, ייַזנוואַרג טייַמער פּוום, 10 - ביסל האַכלאָטע. שעפע פֿאַר מאָטאָר קאָנטראָל און געפירט דימינג. לייג אַ טויער דרייווער IC (2A שפּיץ קראַנט מינימום), נידעריק-ESR סעראַמיק קאַפּס רעכט בייַ די FET פליסן, פעט ערד פלאַך. קוק די סוויטשינג וואַוועפאָרמס מיט אַ פאַרנעם אויף דער ערשטער פּראָוטאַטייפּ, דערוואַרטן צו יטערייט אַמאָל.

פֿאַר עפּעס העכער 10אַ קעסיידערדיק, טערמאַל סימיאַליישאַן איידער אויסלייג. איך נוצן ANSYS אָבער אפילו יקערדיק FEA קאַטשאַז רובֿ פראבלעמען. אַרויספירן די קופּער לייַערס מיט לאָססעס ווי היץ קוואלן, שטעלן גרענעץ טנאָים, טשעק אויב עפּעס היץ 125 גראַד קנופּ טעמפּעראַטור בייַ מאַקסימום אַמביאַנט. יוזשאַוואַלי דאַרפֿן העאַצינקס אָדער געצווונגען לופט אויב איר באַשטימען מער ווי 50 וו.

און פּרובירן עס בייַ טעמפּעראַטור. צימער טעמפּעראַטור טעסטינג קאַטשאַז אפֿשר 60% פון ישוז. הייס - קעסטל ביי 70 גראַד אַמביאַנט פֿאַר 8 שעה געפינט די מנוחה - טערמאַל ראַנאַוויי, טויער שוועל יבעררוק, קאַפּאַסאַטער ESR פאַרגרעסערן. קאָסטן מיר אַ וואָך אַמאָל ווען אַ פּלאַן געארבעט פייַן בייַ 25 גראַד אָבער די FET לאַטשט אַרויף צו 65 גראַד ווייַל איך האט נישט חשבון פֿאַר שוועל וואָולטידזש טעמפּעראַטור קאָואַפישאַנט.

דאָס איז PWM. פּשוט באַגריף, סאָף פרטים.

לעצטע זאַך: אויב איר טאָן באַטאַרייע -Powered PWM שטאָפּן, טאָן ניט ביליק אויף סעלז. געפרואווט עטלעכע קיין - נאָמען ליטהיום פּאַקס אַמאָל - קען נישט שעפּן די ריפּאַל קראַנט, וואָולטידזש סאַגדזשד אונטער מאַסע, גאַנץ סיסטעם בראַונד אויס. סוויטשט צו געהעריקיאָניק ליטהיום באַטאַרייעמאַדזשולז מיט לייַטיש C- שאַץ, פּראָבלעם פאַרשווונדן. די עקסטרע $ 15 פּער פּאַק געראטעוועט מיר פון דריי שטיצן קאַללס פּער וואָך.