Ano an PWM?

An PWM nagtindog para han Pagbag-o han Kahaluag han Pulso. Ginpapaandar ngan ginpaparong mo an boltahe ha usa nga piho nga frekuensya, ginbabag-o an ratio han pag-on-oras ngadto ha pagparong-oras para makontrol an aberids nga paghatag hin kuryente. Amo na adto. An iba amo an pag-atubang la han mga resulta.

Kuha hin 12V nga suplay nga nagmamaneho hin LED nga nagkikinahanglan hin 3V. Kasagaran nga gumamit ka hin resistor o linyado nga regulador, sunugon an 9V sugad nga kapaso. Lurong nga basura. Ha PWM imo ginbabalyo an bug-os nga 12V nga naka-on ngan nakapatay hin igo nga madagmit nga an masa han kapaso han LED nag-aberids hini . 25% nga siklo han katungdanan naghahatag ha imo hin haros 3V nga katumbas. An LED nakakakita hin 12V → 0V → 12V → 0V ha bangin 1kHz, pero diri ini makakatugnaw ngan makakapaso hin sugad kadali, salit an kalamrag nagpapabilin nga diri nagbabag-o.

Importante an kaagsob. Sobra kahinay (ilarom han 100Hz) ngan nakakakuha ka hin nakikita nga pagkidlap. May mga tawo nga nakakakita hin pagkidlap tubtob ha 200Hz. Kasagaran nga nagdadalagan ako hin LED nga pag-ubos ha 20kHz basi la magin talwas - liwat nagtitipig hini ha gawas han mababatian nga sakop kon may-ada bisan ano nga mekanikal nga pagdugtong. An pagbalhin hin kalaksi nakakaapekto liwat ha mga kapirdihan, pero maabot kita hito.

An matematika: kun an imo panahon amo an T ngan on-oras amo an t, siklo han katungdanan D=t/T. Simple la. An gahum nga iginhatag in haros D × V_suplay × I_karga, minus an mga kapirdihan. Adton mga kapirdihan amo an lugar kun diin nagigin makaruruyag an mga butang.

Una nga hinungdan: kahusayan. MOSFET ha pagpuno nga mga tulo bangin 0.1-0.2V ha makatadunganon nga mga sulog. MOSFET patag nagkuha sa mikroamp. Salit ikaw in naglalarab (0.1V × kasamtangan) o ha pagkamatuod waray. Ikumpara ito ha usa nga linyado nga regulador nga naghuhulog hin 9V ha bug-os nga koryente nga padayon. An kaibahan han kinabuhi han baterya amo an 40-50x ha pipira nga mga kaso, diri nagpapasobra.

Ikaduha: pwede ka gumamit hin mas barato nga suplay hin kuryente. Kinahanglan magmaneho hin 48V nga motor ha magkalainlain nga kalaksi? Sa analogo nga pagkontrol kinahanglan mo ang mahal nga magkalainlain nga 0-48V nga suplay. Ha PWM nagamit ka hin piho nga 48V nga suplay (barato) ngan MOSFET (barato liwat). Nahuman.

Ikatulo nga rason nga waray nag-iistorya: an pamalit. Sarihi an pagkuha hin maopay nga suplay han analogo nga nagbabag-o-bag-o ha kadamu. An mga oras han panguna amo an 26 ka semana nga pinakaminos tikang ha desente nga mga parahimo. Mga MOSFET? Tanan naka stock ha Digikey. Kun an produksyon in nagsisinggit ha imo, mas importante ini kaysa han gastos han BOM.

PWM

EMI an mag-tornilyo ha imo. Una nga higayon nga naghimo ako hin taas - kasamtangan nga PWM nga tabla (120A para hin DC nga motor), ginpatay hini an CAN nga bus ha pareho nga sarakyan. Diri nadaot nga mga pakete-bug-os nga patay. Nahitabo nga an akon ganghaan nga pagmaneho nga pagring nag-uupod pinaagi han tsasis nga tuna, nga nag-aaghat hin 40V nga mga tusok ha CAN nga paris han pagkaiba-iba. Gindugangan nga mga kuwintas nga ferrite, ginbalhin an mga nataran ha palibot, may-ada pa mga isyu. Ha urhi kinahanglan magdugang hin pi nga pagsala ha suplay han motor ngan pagbulag han mga eroplano ha tuna nga mayda usa nga-punto nga koneksyon. Nagkuha hin tulo nga tabla nga revs.

Mas makuri an pagmaneho han gate kay han hitsura. Kinahanglan mo hin hamubo nga impedansya tikang ha imo drayber ngadto ha MOSFET nga ganghaan -mga butang nga induktansya ha hataas nga di / dt. Nakita ko ang 10nH sa pagsubay nga induktansya hinungdan sa 50V nga boltahe nga mga spike sa pagbalhin (V=L × di / dt). Igo na ito ha pagsuntok pinaagi hin 60V nga grado nga MOSFET. An mga tawo naglalantugi mahitungod han matematika pero nakita ko ito ha sakop: 3A / ns nga pagbalhin han koryente ngadto ha 10nH naghahatag ha imo hin 30V nga spike. Idugang an boltahe han suplay ngan labaw ka na han hingpit nga pinakahitaas nga rating.

Tapos mayda pagpusil -pinaagi ha H - mga tulay. KINAHANGLAN nga mayda ka patay nga oras ha butnga han pagparong han ubos nga-kilid nga FET ngan pag-abri han hataas nga-kilid (ngan kabaliktaran). Sero nga patay nga oras nangangahulogan nga pareho nga FETs nagdudumara hin dungan -direkta nga halipot tikang ha suplay ngadto ha tuna pinaagi han mga pag-ato han kanal han FET. 50A pinaagi han 0.01Ω duha ka beses amo pa an 1000A para han mga mikrosegundo antes bumuto an mga butang. An kapakyasan nga paagi makaruruyag: gutiay nga bung-aw ha silicon, an FET nakadto ha permanente nga halipot, nagkukuha han ngatanan nga iba pa ha kadena.

Pero sobra nga patay nga oras ngan an lawas diode nagdudumara durante han patay nga panahon. Mga diode sa lawas makalilisang -taas nga pagtulo sa unahan (1-2V), mahinay nga pagbawi. Nawawarayan ka hin kahusayan ngan nakakahimo hin dugang nga kapaso. An pagbalyo kasagaran nga 100-500ns nga patay nga oras depende ha mga kinaiya han pagbalhin han imo FET.

Una nga kinaiya han ngatanan: mas hataas nga kasubsob=mas gutiay nga mga induktor/kapasitor=mas barato. Usahay tinuod. Pero an mga kalugian ha pagbalhin nagtitikadamo ha kaagsob-nawawarayan ka hin enerhiya kada pagbalhin han FET. ESwitching ≈ 0.5 × Vsuplay × Ikarga × (trise + tfall) × fsw. Doble an kasubsob, doble an pagkawara han pagbalhin.

Para han mga pagmaneho han motor, komon an 20kHz. Labaw han mababatian, mekanikal nga oras nga permanente diri nababaraka. Pero ha usa nga laptop nga suplay han kuryente makikita mo an 300kHz-1MHz. Kay ano? Mas gutiay nga mga magneto. An 1MHz nga induktor in pisikal nga ika-1/50 nga kadako han usa nga 20kHz nga mayda pareho nga induktansya. Dako iton para ha mga dara-dara nga gamit. An pagbalyo amo an kinahanglan mo hin mas malaksi nga mga FET (mas ubos nga Qg), mas maopay nga pagkahan-ay, mas mabinantayon nga disenyo han drayber.

Audio (Class D amps) nagdalagan 250kHz-1MHz. Ha ubos han 200kHz ngan mababatian mo an frekuensya han tagdara sugad hin hataas-nga tono nga pagnguyngoy. Labaw han 1MHz ngan magtitikang ka pakig-away ha AM nga radyo nga pag-ulang. Kadam-an nga mga disenyo nag-uukoy ha 400-500kHz, ubos nga pagsala ha bangin 50kHz ha pagkuha han tagdara.

Tinuod nga pananglitan: naghimo hin 500kHz nga buck nga converter hin makausa, nagsari pagkadto ha 1MHz basi mag-ubos an tabla. An kahusayan nag-ubos hin 4% (88% ngadto ha 84%). Amo iton an 8W nga sobra nga kapaso ha 200W nga suplay. Kinahanglan hin mas dako nga heatsink, nawara an ngatanan nga espasyo nga natirok tikang ha mas gutiay nga induktor. Nagpabilin ha 500kHz.

PWM

- bit nga PWM (256 nga mga pitad) maayos nga tunog hangtod nga imo sarihan nga mag-ubos hin usa nga LED hin hapsay tikang ha 100% ngadto ha 0%. Ha ubos han 10% nga siklo han katungdanan nakakakuha ka hin nakikita nga mga pitad ha kahayag. An mata han tawo logaritmiko-mas sensitibo gud ha mga pagbag-o ha hamubo nga lebel han kapawa. Kinahanglan hin 12-bit (4096 nga mga pitad) nga pinakaminos para han hapsay nga pag-ubos ha bug-os nga sakop.

Apan adi ang catch: 12-bit sa 20kHz nangangahulogan nga kinahanglan mo 20kHz × 4096=81.92MHz timer clock. Diri ngatanan nga mikro makakahimo hito. Ngan kon kinahanglan mo hin damo nga mga lugaring nga mga agianan han PWM ha 12-bit, nagkikita ka hin mga dedikado nga mga periperyo han oras o usa nga FPGA.

Solusyon: gamiton an 8 -bit nga PWM pero ipahiuyon an kasubsob hin dinamiko. Ha hataas nga kahayag pagdalagan 20kHz, ha hamubo nga kahayag paghulog ngadto ha 100Hz. Naghahatag ha imo hin mas pino nga mga pitad kun diin mo ito ginkikinahanglan. Pero yana may-ada ka EMI nga magkaiba-iba an kaagsob nga kinahanglan atubangon. Waray libre.

Ang mga VFD sa industriya (magbaiba-iba nga frekuensya nga pagmaneho) nagbalyo sa gatos ka amp sa 480VAC. An estratehiya han pagkontrol mas komplikado nga pagbag-o han vektor han espasyo, pagkontrol nga nakatutok ha uma, bisan ano, pero ha ilarom hini PWM la gihapon nga nagbabag-o hin unom nga IGBT ha tulo nga tulay nga hugna.

Mga kaibahan hini nga sukol:

Kinahanglan han mga drayber han gate an 15V nga nahibubulag nga mga suplay. Amo iton 6 nga nahibubulag nga mga suplay nga naglulutaw ha magkalainlain nga mga potensyal tubtob ha 680VDC (gintadong nga 480VAC). An kada drayber nagkikinahanglan han iya kalugaringon nga gahum, kalugaringon nga resistor han ganghaan (0.5-2Ω tipikal), kalugaringon nga panalipod ha sobra nga koryente.

An oras han kamatay nagtitikahitaas ngadto ha 2-5μs tungod kay an mga IGBT mas mahinay kay han mga MOSFET .

dv / dt mga pagsala ha paggawas tungod kay an kapasidad han kable han motor dugang pa an madagmit nga mga sulab nga pagbalhin nag-aaghat hin dagko nga mga komon nga -mode nga mga sulog. Nasukol ko an 20A han komon nga -mode nga kasamtangan ha usa nga 5HP nga kable han motor, bug-os nga bulag tikang ha kasamtangan han motor. Amo nga kinahanglan mo hin mga kable nga may taming ngan sakto nga grounding.

Thermal: bisan 2% nga pagkawara ha 50kW in 1kW nga kapaso. Pagpabugnaw han tubig nga may mga switch han agos ngan mga pag-interlock han temperatura. Kun an agos han coolant mahulog ha ubos han tubtoban, an kontrolador in nagpapaundang dayon han mga paggawas. Nakita nga mga sistema nga nasusunog tungod kay mayda nahikalimot pagkita han lebel han coolant.

Sangkap pagpili nakuha kakaiba. An IGBT nga gintagan hin grado para hin 100A nga padayon bangin makag-asikaso la hin 80A ha 50 ka grado nga palibot, 60A ha 70 ka grado. Pero an pag-andar hin daku nga motor nagduduso hin 6x nga rated nga koryente ha sulod hin pipira ka segundo. Salit imo kadako para han pungkay, diri marig-on-nga kahimtang, katapos pag-ubos para han temperatura. Pagtapos hin 300A nga IGBT para hin "100A" nga aplikasyon. An gastos han BOM in nakakahimo han pamalit nga diri gud malipayon.

Mga timer nga STM32: kadam-an adunay 16-bit nga PWM, ang ubang mga modelo nakadto sa 32-bit apan talagsa mo nga kinahanglan. An mas importante amo an kadamo han mga pagtanding nga mga agianan ngan mga pagkumpleto nga mga output. An TIM1 ngan TIM8 ha F4 nga serye mayda upat nga pagtanding nga mga kanal nga mayda tagsa nga mayda mga pagkompleto nga mga paggawas ngan maprograma nga pagsulod han oras han patay. Hingpit para ha pagkontrol han motor.

Problema: tanan nga mga kanal han PWM ha usa nga timer in gin-uupod ha pareho nga ihap. Kun kinahanglan mo hin mga frekuensya nga bulag, kinahanglan mo hin magkabulag nga mga timer. Ngan damo la an mga timer nga mayda mga abanse nga mga bahin. Sa STM32F4 makuha mo ang TIM1, TIM8 alang sa abanse nga pagkontrol. TIM2-5 para han batakan nga PWM. TIM9-14 mga 16-bit nga walay patay nga henerasyon. Madagmit ka maubos kon an aplikasyon nagkikinahanglan hin damu nga nahibubulag nga mga signal han PWM.

Nakita nga mga disenyo diin ira ginkagat-bang an PWM ha software tungod kay naubos hira hin mga kanal han timer. Makaharadlok nga ideya. Jitter, CPU sa ibabaw, prayoridad nga pagbaliktad kon iba nag-ulang sa kalayo. Bayad lang ang sobra nga $ 2 alang sa micro nga adunay mas damo nga mga timer o gamiton ang gawas nga PWM IC (sugad sa PCA9685). An imo tidaraon nga kalugaringon in magpapasalamat ha imo.

ESP32 adunay 16 PWM agianan gamit ang LED PWM peripheral. Maupay an tunog, labot la nga hira ngatanan ginkuha tikang ha usa nga 80MHz APB nga orasan ngan nagbabahin hin mga parabahin ha mga grupo. Karuyag hin iba-iba nga frekuensya? Hinaot unta nga mga ratio hira hin bug-os. Sugad man an resolusyon nagtitikaguti samtang nagtitikadamo an kaagsob tungod kay pareho an ginagamit hini nga base nga orasan. Ha 20kHz nakakakuha ka hin 12-bit, ha 40kHz naubos ka ngadto ha 11-bit, ngan iba pa.

Pagsabwag-spektrum PWM: imbes nga piho nga kasubsob, imo ini gin-uuyog ± 10% nga random. Nagpapasarang han EMI ha mas haluag nga frekuensya nga sakop, nag-iiban han pinakahitaas nga mga pagbuga. Nabulig pag-agi han FCC / CE nga pagsulay nga waray sugad kadamo nga pagsala nga kagamitan. Kadam-an nga moderno nga mga chip han SMPS may-ada hini nga nakasulod.

Nag-upod nga PWM: padalaganon an damo nga mga parabag-o ha gawas han hugna. Duha nga mga parabalhin ha 180 grado nga pagbalhin han hugna nangangahulogan nga an kapasitor han pagsulod nakakakita hin katunga han kasamtangan han pag-alsa. Upat nga mga parabag-o ha 90 grado nga hugna nga pagbalhin-upat han balod. Pero yana kinahanglan mo hin eksakto nga pag-synkronisasi han hugna ha butnga han mga kanal ngan pagbalanse han karga salit pareho an ira pag-angbit han yana. Kasagaran nagkikinahanglan hin dedikado nga kontrolador nga IC labot la kon an imo mikro may-ada igo nga mga rekurso.

An mga FET han GaN mahimo magbalhin ha ilarom han 10ns. Nag-abri sa 10MHz + PWM mga kasubsob -mga induktor nahimo nga gamay, halos lang mga agi sa PCB. Pero: an layout han tabla kritikal, an pagmaneho han ganghaan nagkikinahanglan hin seryoso nga atensyon, an bisan ano nga induktansya nagigin hinungdan han daku nga pagsobra. Diri para ha mga nagtitikang. Nakita an GaN nga disenyo nga singsing ngadto ha 2x nga VDD tungod kay may-ada gumamit hin sumbanan nga drayber han ganghaan nga may 5cm nga kahilaba han pagsubay. Waray mabuhi an FET.

PWM

Para sa kadam-an nga mga butang: 20kHz, hardware timer PWM, 10 - bit nga resolusyon. Damo para ha pagkontrol han motor ngan pag-ubos han LED. Dugangi ang usa ka ganghaan nga drayber IC (2A pungkay kasamtangan nga minimum), ubos-ESR mga takop nga seramiko mismo sa FET nga kanal, tambok sa yuta nga eroplano. Susiha an mga pagbalhin nga mga porma han balud nga may sakop ha syahan nga prototipo, laumi nga mag-utro hin makausa.

Para han bisan ano nga labaw han 10A nga padayon, pagpaso nga pagsubad antes han pagbutang. Ginagamit ko an ANSYS pero bisan an batakan nga FEA nakakadakop han kadam-an nga mga problema. I-export an mga tumbaga nga mga sapaw nga may mga kalugian sugad nga mga surok han kapaso, ibutang an mga kondisyon han katubtuban, kitaa kon may-ada naigo ha 125 grado nga temp han pagsumpay ha max nga palibot. Kasagaran kinahanglan hin heatsink o pirit nga hangin kun sobra 50W an imo pagbalhin.

Ngan sarihi ito ha temperatura. An pag-eksamin han temp han kwarto nakakadakop bangin 60% han mga isyu. Init -kahon sa 70 grado palibot sa sulod sa 8 ka oras nakabiling sa pagpahuway -init nga pagdalagan, ganghaan nga ganghaan pagbalhin, kapasitor ESR pagdugang. Gastos ako hin usa ka semana makausa han an usa nga disenyo nagtrabaho hin maopay ha 25 ka grado kondi an FET nag-ipit ha 65 ka grado tungod kay waray ko ig-isip an temperatura han boltahe han sulod.

PWM iton. Yano nga konsepto, wala katapusan nga mga detalye.

Kataposan nga butang: kon nagbubuhat ka hin mga butang nga PWM nga may baterya -, ayaw pagbarato ha mga selyula. Ginsarihan an pipira nga waray -ngaran nga mga pakete hin litium hin makausa-waray makaya an sulog han pag-alsa, an boltahe nga nag-ubos ha ilarom han karga, an bug-os nga sistema nag-brown out. Ginbalhin ha sakto nga .baterya nga lityomga modules nga may desente nga C - rating, problema nga nawara. An sobra nga $15 kada putos nakatalwas ha akon tikang ha tulo nga tawag ha pagsuporta ha usa ka semana.