PWM-analogā signāla pārveidošanas shēma. Kā iegūt pastāvīgu spriegumu no starplikas
OFDM COFDM TCM
Impulsa platuma modulācija(PWM, angļu) Impulsa platuma modulācija (PWM)) - vēlamā signāla (daudzlīmeņu vai nepārtraukta) tuvināšana faktiskajiem binārajiem signāliem (ar diviem līmeņiem - ieslēgts/izslēgts), lai vidēji noteiktā laika periodā to vērtības būtu vienādas. Formāli to var uzrakstīt šādi:
,Kur x(t) - vēlamais ieejas signāls ierobežojumā no t1 uz t2, un ∆ T i- ilgums i th PWM impulss, katrs ar amplitūdu A. ∆T i ir izvēlēts tā, lai abu lielumu kopējās platības (enerģijas) būtu aptuveni vienādas pietiekami ilgā laika periodā un arī lielumu vidējās vērtības periodā ir vienādas:
.Kontrolējamie “līmeņi”, kā likums, ir spēkstacijas jaudas parametri, piemēram, impulsu pārveidotāju / pastāvīgā sprieguma regulatoru / vai elektromotora ātrums. Impulsu avotiem x(t) = U konst stabilizācija.
Galvenais PWM ieviešanas iemesls ir grūtības nodrošināt patvaļīgu Voltage_(electrical). Ir daži pamata pastāvīgs spriegums barošanas avots (tiešsaistē, no akumulatoriem utt.), un uz tā pamata jums jāiegūst patvaļīgs zemāks un jāizmanto elektromotoru vai citu iekārtu darbināšanai. Vienkāršākais variants ir sprieguma dalītājs, taču tam ir samazināta efektivitāte, palielināta siltuma ražošana un enerģijas patēriņš. Vēl viena iespēja ir tranzistora ķēde. Tas ļauj regulēt spriegumu, neizmantojot mehāniku. Problēma ir tā, ka tranzistori uzkarst visvairāk, kad tie ir pusatvērti (50%). Un, ja jūs joprojām varat “dzīvot” ar šādu efektivitāti, tad siltuma izdalīšana, it īpaši rūpnieciskā mērogā, atceļ visu ideju. Tāpēc tika nolemts izmantot tranzistora ķēde, bet tikai robežstāvokļos (ieslēgts/izslēgts), un iegūtā izvade vajadzības gadījumā jāizlīdzina ar LC ķēdi (filtru). Šī pieeja ir ļoti energoefektīva. PWM tiek plaši izmantots visur. Ja lasiet šo rakstu LCD monitorā (tālrunis/PDA/... ar LCD fona apgaismojumu), tad fona apgaismojuma spilgtumu kontrolē PWM. Vecākos monitoros varat samazināt spilgtumu un dzirdēt, ka PWM sāk čīkstēt (ļoti klusa čīkstēšana ar vairāku kilohercu frekvenci). Vienmērīgi mirgojošas LED gaismas “čīkst” arī, piemēram, klēpjdatoros. PWM pīkstienu var ļoti labi dzirdēt naktī klusumā.
Jūs pat varat izmantot COM portu kā PWM. Jo 0 tiek pārraidīts kā 0 0000 0000 1 (8 datu biti + starts/stop), un 255 kā 0 1111 1111 1, tad izejas sprieguma diapazons ir 10-90% ar 10% soli.
ĒRĶIS- impulsa platuma pārveidotājs, kas ģenerē PWM signālu, pamatojoties uz doto vadības sprieguma vērtību. Galvenā SHIP priekšrocība ir tā jaudas pastiprinātāju augstā efektivitāte, kas tiek panākta, izmantojot tos tikai komutācijas režīmā. Tas ievērojami samazina strāvas pārveidotāja (PC) jaudu.
Pieteikums
PWM izmanto tranzistorus (var būt arī citi elementi) nevis lineārā režīmā, bet gan komutācijas režīmā, tas ir, tranzistors vienmēr ir atvērts (izslēgts) vai aizvērts (piesātinājuma stāvoklī). Pirmajā gadījumā tranzistoram ir gandrīz bezgalīga pretestība, tāpēc ķēdē gandrīz neplūst strāva, un, lai gan viss barošanas spriegums krītas pāri tranzistoram, tas ir, efektivitāte = 0%, absolūtā izteiksmē jauda, ko izdala tranzistors ir nulle. Otrajā gadījumā tranzistora pretestība ir ārkārtīgi zema, un tāpēc sprieguma kritums tajā ir tuvu nullei - arī atbrīvotā jauda ir maza.
PWM darbības princips
PWM ir nemainīgas frekvences un mainīga darba cikla impulsa signāls, tas ir, impulsa atkārtošanās perioda attiecība pret tā ilgumu. Iestatot darba ciklu (impulsa ilgumu) jūs varat mainīt vidējo spriegumu pie PWM izejas.
Ģenerē analogais komparators, kura negatīvā ieeja tiek piegādāta ar atskaites signālu “zāģa” vai “trīsstūra” formā, un pozitīvā ieeja tiek piegādāta ar faktisko modulēto nepārtraukto analogo signālu. Impulsu frekvence atbilst zāģa “zobu” frekvencei. Tā perioda daļa, kad ieejas signāls ir augstāks par atsauces signālu, izeja ir viens, zem tā ir nulle.
Digitālajā tehnoloģijā, kuras izejas var iegūt tikai vienu no divām vērtībām, tuvināt vēlamo vidējo izvades līmeni, izmantojot PWM, ir pilnīgi dabiski. Shēma ir tikpat vienkārša: tiek ģenerēts zāģa zoba signāls N-bitu skaitītājs. Digitālās ierīces(TSSHIP) darbojas fiksētā frekvencē, kas parasti ir daudz augstāka nekā kontrolētu iekārtu reakcija ( atkārtota paraugu ņemšana). Periodos starp pulksteņa malām DSCH izeja paliek stabila, tā ir zema vai augsta, atkarībā no digitālā komparatora izejas, kas salīdzina skaitītāja vērtību ar aptuvenā skaitītāja līmeni. digitālais signāls V(n). Izvadi daudzos pulksteņa ciklos var interpretēt kā impulsu sēriju ar divām iespējamām vērtībām 0 un 1, aizstājot viena otru katrā pulksteņa ciklā T. Atsevišķu impulsu rašanās biežums ir proporcionāls tuvojošā signāla ~ līmenim V(n). Vienības, kas seko viena pēc otras, veido viena, plašāka impulsa kontūru. Saņemto mainīga platuma impulsu ilgums ~ V(n), pulksteņa perioda daudzkārtņi T, un frekvence ir 1/( T*2 N). Zema frekvence nozīmē ilgu, relatīvi T, signāla noturības periodi tajā pašā līmenī, kas nodrošina zemu impulsu sadalījuma vienmērīgumu.
Aprakstīts digitālā shēma paaudze atbilst viena bita (divu līmeņu) impulsa koda modulācijas definīcijai ( PCM). 1 bitu PCM PWM izteiksmē var uzskatīt par impulsu sēriju ar frekvenci 1/ T un platums 0 vai T. Pieejamā pārtveršana ļauj sasniegt vidējo noteikšanu īsākā laika periodā. Augsta kvalitāte ir viena bita PCM veids, ko sauc par impulsa blīvuma modulāciju ( impulsa blīvuma modulācija), ko arī sauc impulsu frekvences modulācija.
Nepārtraukts analogais signāls tiek atjaunots, aritmētiski nosakot vidējo impulsu daudzos periodos, izmantojot vienkāršu filtru zemas frekvences. Lai gan parasti pat tas nav nepieciešams, jo piedziņas elektromehāniskajām sastāvdaļām ir induktivitāte un vadības objektam (OA) ir inerce, impulsi no PWM izejas tiek izlīdzināti un operētājsistēmu pastiprinātājs ar pietiekamu PWM frekvenci. signāls, darbojas tā, it kā kontrolētu parastu analogo signālu.
Skatīt arī
- Vektoru modulācija ir vektora impulsa platuma modulācija, ko izmanto jaudas elektronikā.
- SACD ir audio diska formāts, kas izmanto audio signāla impulsa platuma modulāciju.
Katrs iesācējs elektronikas inženieris zina, kā iegūt pastāvīgu spriegumu no starplikas. Tas ir vienkārši, jums ir jāizlaiž PWM caur zemas caurlaidības filtru (vienkāršākajā gadījumā RC ķēde) un filtra izejā mēs iegūstam pastāvīgu spriegumu, vai ne?
Patiesībā man šķiet, ka viss ir daudz interesantāk, mēģinot dabūt pastāvīgu spriegumu no špakteles, rodas šādi jautājumi:
Kā izvēlēties filtra elementu vērtējumus?
Vai starplikas pilnībā izlīdzinās vai paliks viļņi?
Un kā tas vispār darbojas, jo kondensators tiek uzlādēts un izlādēts caur vienu un to pašu rezistoru, un teorētiski, ja uzpildes koeficients ir mazāks par pusi, kondensatora spriegums parasti būs nulle. Piemēram, mūsu piepildījuma koeficients ir 30%, tad 30% no perioda kondensators tiks uzlādēts, un 70% izlādēsies, caur to pašu rezistoru un beigās uz tā nekas nepaliks, vismaz varētu domāt. tātad.
Pārbaudīsim to praksē, šim nolūkam mēs saliksim zemāk redzamo shēmu un savienosim osciloskopa zondes ar punktiem 1 un 2, Jāņem vērā, ka shim periods ir par lielumu lielāks nekā šīs ķēdes laika konstante.
Oscilogramma parāda, ka tas patiešām notiek, cik ātri kondensators uzlādējās un tikpat ātri izlādējās. Kā vispār iegūt pastāvīgu spriegumu no starplikas?
Vienīgā ideja, kas ierosina sevi, ir mainīt RC filtra vērtības, palielināsim rezistora vērtību par lielumu, tādējādi palielinot RC ķēdes konstanti (tagad tas būs vienāds ar shim periodu) vai samazinot filtra izslēgšanas frekvenci.
Oho, lietas sāk kļūt skaidrākas, mums ir pastāvīga sastāvdaļa. Tas nozīmē, ka mūsu argumentācijā ir iezagusies kļūda, un tā slēpjas faktā, ka kondensators tiek uzlādēts no 0 līdz 63% laikā, kas vienāds ar R*C ( T), un tas izplūst no 63% līdz 5% vairāk nekā 2T, tālāk ir grafiki, kas to izskaidro.
Grafiki parāda, ka kondensatora uzlādes un izlādes ātrums nav nemainīgs un ir atkarīgs no kondensatora uzlādes, kas ļauj iegūt pastāvīgu spriegumu no slēdža.
Tagad, kad esam atraduši kļūdu savā domāšanā, analizēsim, kas notika pirmajā eksperimentā. Ir zināms, ka pilnīga kondensatora uzlāde vai izlāde notiek laikā, kas vienāds ar 5T, un uzlāde līdz 95% un izlāde līdz 5% apmēram 3T. Tā kā RC ķēdes (ko izmantojām kā zemas caurlaidības filtru) laika konstante bija maza, viena pārslēgšanas perioda laikā kondensators paspēja gandrīz pilnībā uzlādēties un izlādēties.
Pēc tam, kad palielinājām ķēdes laika konstanti, tās uzlādes un izlādes ātrums kļuva atšķirīgs. Piemēram, laikā kondensatoram izdevās izlādēties līdz 63%. X Lai to pilnībā izlādētu, nepieciešams vairāk laika nekā 2x. Lai to saprastu, varat apskatīt iepriekš redzamos grafikus.
Tātad, secinājums ir tāds, ka RC ķēdes laika konstantei jābūt vienādai vai lielākai par shim periodu, tad pilnīga kondensatora uzlāde-izlāde nenotiks vienā periodā. Ja palielināsim RC ķēdes laika konstanti par lielumu, pārejas procesa laiks palielināsies un pulsācija samazināsies. Pārejas laiks ir laika periods, kurā kondensatora spriegums mainīsies no 0 uz kādu nemainīgu vērtību. Šis secinājums ir sniegts vispārējai izpratnei.
Tagad, apmēram, saprotot, kā no starplikas vispār tiek iegūts pastāvīgs spriegums, pāriesim pie reāla problēma.
Ir nepieciešams ģenerēt atsauces spriegumu vienā no operētājsistēmas pastiprinātāja ieejām, izmantojot starpliku un zemas caurlaidības filtru, starplikas loģiskā vienība ir 3 volti, starplikas frekvence ir 10KHz, pieļaujamais pulsācijas līmenis ir 30 milivolti. Mēs pieņemam, ka operētājsistēmas pastiprinātāja ieejas nepatērē strāvu kā zemas caurlaidības filtru, mēs ņemsim pirmās kārtas filtru, kas ieviests RC ķēdē.
Vienkāršākais veids ir paņemt RC ķēdi, kurā T ir par divām kārtām lielāks par shim vērtību, un redzēt, kādi viļņi būs, un pēc tam atlasīt filtra vērtības, bet tas nav nekas vairāk kā zinātniskas bakstīšanas metode, bet es gribētos visu godīgi izrēķināt.
Tātad, lai veiktu godīgu aprēķinu, aprēķināsim, cik reižu signāls ir jāsamazina, 3000/30 = 100, un pārvērš to decibelos, izrādās -40 dB.
Ir zināms, ka pirmās kārtas filtra slīpums ir 20 dB/dekāde un signāla vājināšanās par 40 dB atbilst frekvences pieaugumam par divas desmitgades. (20 dB/dekāde - amplitūdas samazināšanās 10 reizes (20 dB), frekvences palielināšanās 10 reizes (dekāde).
Zinot, ka filtra izslēgšanas frekvencei jābūt divas desmitgades (100 reizes) mazākai par starplikas frekvenci, mēs varam to aprēķināt 10KHz/100 = 100 Hz.
Filtru vērtējumus var izvēlēties, izmantojot labi zināmu formulu.
Pieņemsim, ka pretestība ir 16K un kondensators ir 100nF.
Pārbaudīsim, kas notiek praksē, salieciet zemāk redzamo shēmu un izveidosim savienojumu ar pirmo un otro punktu.
Un uzzīmēsim mūsu ķēdes LFC.
Šim ģeneratoram ir impulsu sistēma barošanas bloks, kas ir ļoti trokšņains, to var redzēt otrajā kanālā, bet, ja paskatās uzmanīgi, jūs varat redzēt, ka oscilogrammas viļņojuma amplitūda ir aptuveni 40 milivolti, tas ir, nedaudz atšķiras no aprēķinātā, bet tas ir normāli, jo PWM satur augstākas harmonikas, kuru ieguldījums un samazinājums ne visur ir vienāds ar 20 dB/dekāde, to var redzēt LFC. Neskatoties uz
daži pieņēmumi, šis aprēķins man šķita ļoti vienkāršs un saprotams, jo ar vienkāršas loģiskās domāšanas un skolas formulu palīdzību mēs atrisinājām tik interesantu uzdevumu. Risinot šo problēmu, ir svarīgi precīzi saprast fiziskā nozīme ka mēs būtībā atrodam punktu uz abstraktā filtra frekvences reakcijas, kas atbilst vēlamajam signāla slāpēšanai, punkta otrā koordināta ir frekvence, tai jābūt vienādai ar starplikas frekvenci. Tādējādi mēs atrodam vienu no filtra frekvences reakcijas punktiem, izmantojot šo punktu, mēs atrodam robežfrekvenci, un, zinot to, mēs atrodam filtra vērtības, tas arī viss.
"Dokumentācija" - tehniskā informācija pēc pieteikuma elektroniskās sastāvdaļas , konstrukcijas īpatnības dažādu radiotehnika Un elektroniskās shēmas , kā arī dokumentācija par darba ar inženieriju iezīmēm programmatūra un normatīvie dokumenti (GOST).
Microchip turpina izstrādāt un ražot progresīvus produktus, kas lietotājiem nodrošina lielāku funkcionalitāti, elastību un uzticamību. PICmicro mikrokontrolleri tiek izmantoti daudzās ikdienas ierīcēs - no veļas mašīnas un automobiļu tehnoloģijas līdz medicīnas ierīcēm. Salīdzināšanas, uztveršanas un PWM (CCP) modulis, kas atrodams daudzos Microchip mikrokontrolleros, galvenokārt tiek izmantots impulsu signālu mērīšanai un ģenerēšanai. Uzlabotais CCP (ECCP) modulis, kas atrodams daudzos jaunos mikrokontrolleros, nodrošina papildu funkcijas impulsa platuma modulācijas (PWM) veidošanai. ECCP modulis nodrošina atbalstu tilta un pustilta vadības ķēžu vadībai, programmējamu pārslēgšanas aizkaves laiku (lai novērstu caurejošo strāvu plūsmu caur ārējiem barošanas slēdžiem, kas saistīti ar to dažādajiem pārslēgšanas laikiem) un iespēju automātiski izslēgt PWM, kad ārkārtas situācijas. SSR un ECSR moduļiem ir plašas pielietojuma jomas. Šajā rakstā ir aprakstīti šo moduļu izmantošanas pamatprincipi katrā režīmā, kā arī "nestandarta" lietošanas gadījumi praktiski risinājumi.
Uztveršanas modulis
Tveršanas režīmā 16 bitu taimera vērtība (1. taimeris) tiek tverta CCPRxH:CCPRxL reģistrā ikreiz, kad CCPx ieejā notiek notikums. Tveršanas notikums ir norādīts CCPxCON reģistrā:- katrs ieejas signāla kritums;
- katra ieejas signāla mala;
- katra 4. ieejas signāla mala;
- katra 16. ieejas signāla mala.
Uztveršanas modulis tiek izmantots, lai izmērītu ilgumu starp diviem notikumiem, piemēram, periodu, impulsa platumu, darba ciklu utt.
1. piemērs. Diskrētā signāla perioda mērīšana (1. att.).
Rīsi. 1. Perioda mērīšana
-
- no uzņemtās laika vērtības (t2) atņem saglabāto laiku (t1) un saglabā T perioda rezultātu;
- saglabāt uzņemto laiku t2.
2. piemērs. Perioda mērīšana ar rezultāta vidējo aprēķinu (2. att.).
Rīsi. 2. Perioda mērīšana ar rezultāta vidējo aprēķinu
Mērījumu rezultāta vidējā noteikšana bieži ir nepieciešama, ja ieejas signāls ir trokšņains. CCP modulis Microchip PIC kontrolleros ļauj veikt vidējo aprēķinu ar minimālu programmatūras pieskaitījumu.
- Mēs konfigurējam vadības bitus CCPxM3:CCPxM0 (CCPxCON), lai tvertu katrā 16. ieejas signāla malā.
- Mēs konfigurējam prescaler Timer1 tā, lai taimeris nepārpildītu izmērītajā laikā.
- Iespējot pārtraukumu no CCP (CCPxIE bits).
- Kad notiek pārtraukums:
- no uzņemtās laika vērtības (t2) atņem saglabāto laiku (t1) un saglabā 16 periodu rezultātu (168T);
- saglabāt uzņemto laiku t2;
- pārbīdām rezultātu par 4 soļiem pa labi (dalām ar 16) - iegūstam vidējo rezultātu 16 periodos.
3. piemērs. Impulsa ilguma mērīšana (3. att.).
Rīsi. 3. Impulsa ilguma mērīšana
- Mēs konfigurējam vadības bitus CCPxM3:CCPxM0 (CCPxCON), lai tvertu katrā ieejas signāla malā.
- Mēs konfigurējam Timer1 prescaler tā, lai taimeris nepārplūst izmērītā impulsa laikā.
- Iespējot pārtraukumu no CCP (CCPxIE bits).
- Nākamajā pārtraukumā mēs atņemam jauno uztverto vērtību no t1. Rezultāts atbildīs impulsa ilgumam.
4. piemērs. Impulsu darba cikla mērīšana (4. att.).
Rīsi. 4. Impulsu darba cikla mērīšana
Tipisks piemērs Ja ir nepieciešams šāds mērījums, tas ir paātrinājuma mērījums. Digitālajiem akselerometriem parasti ir izejas signāls ar darba ciklu, kas ir proporcionāls ierīces paātrinājumam. Darba ciklu var izmērīt, izmantojot šādu algoritmu.
- Mēs konfigurējam vadības bitus CCPxM3:CCPxM0 (CCPxCON), lai tvertu katrā ieejas signāla malā.
- Mēs konfigurējam taimera 1 priekšskalotāju tā, lai taimeris nepārplūst TMAX laikā (maksimālais iespējamais perioda garums).
- Iespējot pārtraukumu no CCP (CCPxIE bits).
- Kad notiek pārtraukums, mēs saglabājam uzņemto taimera vērtību (t1) un pārkonfigurējam uztveršanu, pamatojoties uz impulsa samazināšanos.
- Nākamajā pārtraukumā mēs atņemam jauno iegūto vērtību t2 no t1. Šis rezultāts atbildīs impulsa ilgumam (W).
- Pārkonfigurēsim SSR moduli, lai tvertu nākamajā impulsa malā.
- Kad notiek pārtraukums, mēs atņemam jauno uztverto vērtību t3 no t1. Šis rezultāts atbildīs periodam (T).
- Sadaliet T vērtību ar W - iegūstam darba cikla vērtību.
- Atkārtojiet pp. 4-8, lai iegūtu šādas darba cikla vērtības.
5. piemērs. Kodētāja griešanās ātruma mērīšana.
Rīsi. 5. Optiskais kodētājs
Kodētāja griešanās ātrumu var izmērīt dažādos veidos. Divi visbiežāk sastopamie sensoru veidi, kas atrodami kodētājos, ir optiskais sensors un Hall sensori. Optiskajos kodētājos tiek izmantota infrasarkanā gaismas diode un sensors, kā arī ritenis ar spraugām, kas modulē gaismas jaudu (5. att.). Cits veids izmanto jutīgu magnētiskais lauks Halles sensori, ar kuriem var noteikt magnētu stāvokli elektromotorā vai pastāvīgajiem magnētiem, kas piestiprināti pie rotējoša objekta (6. att.).
Rīsi. 6. Kodētājs ar Hall sensoriem
Šāds sensors rada vienu vai vairākus impulsus uz vienu objekta apgriezienu. Attēlā 7 parāda laika diagrammas dažādi ātrumi rotācija. Palielinoties griešanās ātrumam, impulsu periods un to ilgums kļūst īsāks. Impulsa periods un ilgums ir proporcionāls griešanās ātrumam. Lai iegūtu lielāku izšķirtspēju, labāk ir izmantot sensorus ar vairākiem impulsiem vienā apgriezienā. Perioda mērījumu aprakstu, lai noteiktu kodētāja griešanās ātrumu, skatiet 1. piemērā un metodi perioda mērījumu vidējā noteikšanai 2. piemērā.
Rīsi. 7. Kodētāja izeja pie dažādiem rotācijas ātrumiem
6. piemērs. Analogā signāla perioda mērīšana.
Rīsi. 8. Shēma analogā signāla perioda mērīšanai
Mikrokontrolleri ar iebūvētu analogo komparatoru un CCP vai ECCP moduli var viegli izmantot analogā signāla perioda mērīšanai. Attēlā 8. attēlā parādīts shēmas piemērs, kurā tiek izmantoti PIC16F684 kontrollera perifērijas moduļi. Rezistori R3 un R4 nosaka salīdzinājuma darbības slieksni. Kad ieejas signāls šķērso sliekšņa līmeni, salīdzinājuma izejas sprieguma līmenis pārslēdzas starp 0 un 1. Rezistori R1 un R2 iestata histerēzi, lai novērstu “atlēcienu”, kad slieksnis un ieejas spriegums ir vienādi. Rīsi. 9 parāda histerēzes efektu.
Rīsi. 9. Diagrammas iekšā kontroles punkti
CCP modulis ir konfigurēts uztveršanas režīmā, lai mērītu periodu pie salīdzinājuma izejas.
Salīdziniet moduli
Salīdzināšanas režīmā 16 bitu vērtības CCPRx reģistrā tiek salīdzinātas ar taimera stāvokli. Ja notiek sakritība, notiek pārtraukums un CCPx kontrolleris izvada:
- iestatīts uz 1;
- iestatīts uz 0;
- valsts nemainās;
- Moduļa konfigurācija ir pārslēgta.
Izvades reakciju nosaka biti CCPxCON vadības reģistrā.
Īpaša notikuma aktivizētājs
Taimeris 1 parasti netiek atiestatīts uz 0, ja salīdzināšanas režīmā notiek pārtraukums no CCP moduļa, ja vien modulis nav konfigurēts īpašā notikuma aktivizētāja režīmā. Šajā režīmā, kad taimera un CCPRx reģistra vērtības ir vienādas, tiek ģenerēts pārtraukums, taimeris 1 tiek notīrīts un automātiski tiek sākta ADC konvertēšana (ja ir iespējota).
Moduļa darbība salīdzināšanas režīmā ir līdzīga taimera funkcijai parastajā hronometrā. Hronometra gadījumā pulkstenī tiek ielādēts konkrēts laiks un tiek skaitīts uz leju no iestatītā laika, līdz tas sasniedz nulli. Atšķirība starp taimera darbību salīdzināšanas režīmā ir tāda, ka laiks tiek skaitīts no nulles līdz iestatītajai vērtībai. Šī metode ir noderīga konkrētu darbību veikšanai precīzos laika intervālos. Parasto taimera režīmu var izmantot, lai veiktu tās pašas funkcijas, taču šajā gadījumā taimeris katru reizi būs jāatiestata. Salīdzināšanas režīms var arī automātiski mainīt CCPx izvades stāvokli.
Piemērs 7. Modulācijas impulsu veidošana dažādiem datu pārraides formātiem.
Rīsi. 10. Impulsa platums (PWM)
CCP moduli salīdzināšanas režīmā var izmantot dažādu modulācijas formātu ģenerēšanai. Attēlā 10-12 parāda dažādas iespējas 0 un 1 attēlošanai dažādos datu pārraides formātos. Datu pārraide ir līdzīga asinhronai datu pārraidei, kas satur START bitu, astoņus informācijas bitus un STOP bitu. TE laiks ir pamata laika elements katrā modulācijas formātā un nosaka datu pārraides ātrumu. TE laika ģenerēšanai var izmantot īpašu notikumu trigeri. Kad CCP notiek pārtraukums, pārtraukumu apstrādes apakšprogramma ģenerē nepieciešamo datu pārraides formātu.
Rīsi. 11. Mančestras modulācija
Rīsi. 12. Modulācija pēc impulsa pozīcijas
8. piemērs.
Parasti standarta PWM moduļu platums ir 10 biti. SSR moduli salīdzināšanas režīmā var izmantot, lai ģenerētu PWM ar 16 bitu precizitāti. Lai to izdarītu:
- Mēs konfigurējam SSR moduli, lai salīdzināšanas režīmā iestatītu SSRx izvadi uz “0”.
- Iespējot pārtraukumu no 1. taimera.
- Perioda vērtību ierakstām Timer1 un tā priekšskalotājs.
- Mēs iestatījām impulsa ilgumu salīdzināšanas reģistrā CCPRxL un CCPRxH.
- Mēs iestatām CCPx izvadi uz “1”, kad notiek Timer1 pārplūdes pārtraukums. Jāņem vērā, ka nelielas impulsa ilguma vērtības nevar ģenerēt, jo Timer1 pārtraukumam ir ierobežots apstrādes laiks. Tas neietekmē ģenerētā signāla periodu, jo pārtraukuma izpildes laiks katrā periodā būs vienāds.
Rīsi. 13. 16 bitu PWM veidošana
Taimerim1 ir četras priekšskalošanas vērtības: 1:1, 1:2, 1:4 un 1:8. Iespējamo ģenerēto frekvenci aprēķina pēc formulas:
F PWM = F OSC / (65536 x 4 x priekšskalotājs)Mikrokontrolleram, kas darbojas ar FOSC = 20 MHz, FPWM frekvences būs 76,3 Hz, 38,1 Hz, 19,1 Hz un 9,5 Hz.
9. piemērs. Sērijas mērīšana, izmantojot ADC.
Īpašs notikumu trigeris salīdzināšanas režīmā (ja Timer1 un salīdzināšanas reģistra CCPRxL un CCPRxH vērtība sakrīt) var ģenerēt periodiskus pārtraukumus un papildus automātiski sākt ADC mērījumus. Parādīsim ar piemēru, kā organizēt ADC secīgu aptauju skaidri noteiktos laika punktos.
Rīsi. 14. Secīgā sprieguma mērīšana
Piemērs. Mikrokontrolleris PIC16F684 darbojas no iekšējā oscilatora, kas konfigurēts darbam ar 8 MHz. Ir nepieciešams secīgi aptaujāt ADC kanālus un izmērīt ieejas spriegums pie tapām RA0, RA1 un RA2 ik pēc 30 ms.
1. taimeris pārplūst pēc TOSC x 65536 x 4 x priekšskalotāja. 1:1 priekšskalotājs taimeris pārplūdīs 32,8 ms laikā.
CCPR1 reģistra vērtību aprēķina, izmantojot formulu:
CCPR1 = laiks/(TOSC x 4 x prescaler) = 30 ms/ (125 ns x 4 x1) = 6000 = 0 xEA60. CCPR1L = 0x60, CCPR1H = 0xEA.ECCP modulim jābūt konfigurētam īpašā notikumu aktivizētāja režīmā. Šis režīms ģenerē pārtraukumu, kad Timer1 un salīdzināšanas reģistra CCPRxL un CCPRxH vērtība sakrīt. Šim režīmam CCP1CONТ = "b00001011". Kad notiek pārtraukums, taimeris automātiski notīrīs un iestatīs GO bitu ADCON0 reģistrā palaist ADC konvertēšana. Kad notiek pārtraukums no ECCP moduļa, jums ir jāizvēlas nākamā ADC ieeja, izmantojot ADCON0 reģistru.
Impulsa platuma modulācijas (PWM) pielietošana
Impulsu platuma modulācija, kas aplūkota turpmākajos piemēros, tiek izmantota dažādos uzdevumos – no audio signāla ģenerēšanas un gaismas diožu spilgtuma regulēšanas līdz elektromotora griešanās ātruma kontrolei. Visi šie uzdevumi ir balstīti uz PWM signāla pamatprincipu - jo lielāks impulsu darba cikls, jo lielāka ir vidējā sprieguma vērtība (15. att.). Vidējā sprieguma atkarība no darba cikla ir lineāra:
V CP = darba cikls x V maks
Rīsi. 15. Vidējās sprieguma vērtības atkarība no PWM darba cikla
CCP modulis Microchip mikrokontrolleros var ģenerēt PWM signālu ar 10 bitu precizitāti pie CCPx mikrokontrollera tapas. Paplašinātais ECCP modulis var ģenerēt PWM vienā no 4 tapām P1A...P1D šādos režīmos:
- viena izeja (tikai uz tapas P1A);
- pustilta vadība (tikai uz tapām P1A un P1B);
- ass kontrole (iespējama dzinēja apgriešana).
Tilta vadības režīmā ir pieejamas četras darbības iespējas:
- PA1A, P1C aktīvais līmenis "1"; P1B, P1D aktīvais līmenis "1";
- PA1A, P1C aktīvais līmenis "1"; P1B, P1D aktīvais līmenis "0";
- PA1A, P1C aktīvais līmenis "0"; P1B, P1D aktīvais līmenis "1";
- PA1A, P1C aktīvais līmenis "0"; P1B, P1D aktīvais līmenis "0".
10. piemērs. PWM frekvences izvēle PWM frekvence ir atkarīga no dažādiem faktoriem. Palielinoties frekvencei, palielinās pārslēgšanas zudumi, slodzes kapacitāte un induktivitāte ietekmē signāla formas izmaiņas. Tāpēc mikrojaudas ierīcēs jāizvēlas minimālā iespējamā PWM frekvence, savukārt ķēdēs ar kapacitatīvu vai induktīvu slodzi frekvence jāizvēlas, pamatojoties uz ķēdes analīzi.
Motora vadība
PWM tiek izmantots, lai vadītu motorus impulsa režīmā. Pamatojoties uz motora īpašībām, ir jāizvēlas PWM frekvences vērtība, lai nodrošinātu optimālus elektriskās piedziņas raksturlielumus. Izvēloties atsauces frekvenci, svarīgs kritērijs ir akustiskais troksnis, ko dzinējs rada darbības laikā. Matēti motori var radīt dzirdamu troksni frekvencēs no 20 Hz līdz 4 kHz. Lai novērstu šo nevēlamo efektu, jums jāizvēlas frekvence virs 4 kHz. Šādās frekvencēs vairs nebūs akustiskā trokšņa, jo mehāniskajām daļām ir zemākas rezonanses frekvences.
Gaismas diodes un apgaismes ierīces
PWM bieži izmanto, lai mainītu apgaismes ķermeņu spilgtumu. Mirgošanas efekts var būt pamanāms pie frekvencēm, kas zemākas par 50 Hz, tāpēc praksē PWM frekvence tiek izvēlēta ap 100 Hz vai augstāka.
Piemērs 11. Matēta motora vadība DC izmantojot SSR moduli
Motora griešanās ātrums ir proporcionāls PWM darba ciklam pie CCP1 kontrollera izejas (16. att.). Apskatīsim, kā konfigurēt PIC16F628 mikrokontrolleri, lai ģenerētu PWM ar frekvenci 20 kHz un 50% darba ciklu. Kontroliera pulksteņa frekvence ir 20 MHz.
Rīsi. 16. Matēta līdzstrāvas motora griešanās ātruma regulēšana
- Mēs konfigurējam CCP moduli PWM ģenerēšanas režīmā: CCP1CON = "b001111000" .
Izvēlieties Timer 2 priekšskalotāja vērtību: F PWM = F OSC /((PR2 x 1) x 4 x priekšskalotājs) = 19531 Hz, ar PR2 = 255 un priekšskalotāju = 1.
Iegūtā frekvence ir nedaudz zemāka par 20 kHz, tāpēc priekšskalera vērtība ir piemērota.
Mēs aprēķinām periodu reģistra PR2 vērtību: PR2 = F OSC / (F PWM x 4 priekšskalotājs) — 1 = 249
Mēs aprēķinām darba cikla reģistra CCPR1L un CCPCON vērtību: CCPR1L:CCP1CON = = darba cikls G 0x3FF = 0x1FF CCPR1L = OxlFF " 2 = 0x7F, CCP1CON = 3
12. piemērs.
Rīsi. 17. Matēta līdzstrāvas motora atgriezeniskā vadība, izmantojot ECCP moduli
ECCP modulim ir vadības iespējas komutatoru motori DC. Attēlā 17. attēlā parādīta tilta motora vadības ķēdes elektroinstalācijas shēma. ECCP P1A...P1D moduļa izejas var darboties tilta ķēdes vadības režīmā un iestatīt griešanās ātrumu un virzienu. Attēlā parādītajam piemēram. 17, ECCP modulis ir konfigurēts šādi: P1A, P1C aktīvais līmenis "1"; P1B, P1D aktīvais līmenis "1" (CCP1CON). Tas tiek darīts, lai MOSFET draiveri (TC428) atvērtu izejas slēdžus. Tabulā parādīta sakarība starp dzinēja darbības režīmiem un PWM izvadēm.
| Režīms | P1A | P1B | R1S | P1D | CCP1CON |
|---|---|---|---|---|---|
| uz priekšu | 1 | X | X | PWM | b01xx1100 |
| atpakaļ | X | PWM | 1 | X | b11xx1100 |
| inerce | X | X | X | X | nav nozīmes |
| bremzēšana | X | 1 | 1 | X | nav nozīmes |
13. piemērs: kontrole stepper motors mikrosoļu režīmā
Pakāpju motori ieņem unikālu nišu starp dažādiem motoru pielietojumiem. Stepper motori tiek izmantoti mērīšanas sistēmās (kā parametru indikatori) un izpildmehānismu pozicionēšanas vadības sistēmās. Bieži vien ir nepieciešams vadīt pakāpju motoru mikropakāpju režīmā. Mikrokontrollera izmantošana sniedz daudzas priekšrocības: iespēja kontrolēt vārpstas ātrumu, tas ir, variēt paātrinājumu un bremzēšanu un precīzi pozicionēt vadāmo objektu. Mikrokontrolleris PIC16F648 ir ideāli piemērots lielākajai daļai šo pakāpju motora vadības uzdevumu. Šim lētajam 14 kontaktu kontrollerim ir 2K vārdu Flash programmu atmiņa, astoņi 10 bitu ADC kanāli, divi analogie komparatori un ECCP modulis. Tādējādi, izmantojot tikai kontroliera perifērijas ierīces, jūs varat vadīt pakāpju motoru, izmantojot specializētu PWM moduli - ECCP, un ieviest strāvas aizsardzību, izmantojot iebūvētu komparatoru.
Detalizēts apraksts Stepper motora vadības algoritms un programmas paraugs ir publicēti Microchip tīmekļa vietnē dokumentā AN906 "Stepper Motor Control, izmantojot PIC16F684".
14. piemērs. Analogā signāla ģenerēšana
Rīsi. 18. Analogā signāla veidošana, izmantojot PWM un zemfrekvences filtru
PWM izvadi var izmantot pārveidošanai no digitālās uz analogo, izmantojot vairākus ārējie elementi. PWM signāla pārveidošana par analogo tiek veikta, pamatojoties uz zemas caurlaidības filtru (18. att.). Lai izvairītos no nevēlamu harmoniku parādīšanās izejas signālā, modulācijas frekvencei (F PWM) jābūt daudz augstākai par izejas signāla frekvenci (F BW):
F PWM = K x F BW,Turklāt, jo augstāka ir K vērtība, jo mazāk harmoniku.
Lai aprēķinātu filtru, tiek izmantota šāda formula:
RC=1/(2πF BW)Izvēloties kapacitātes C vērtību, tiek aprēķināta rezistora R vērtība PWM frekvences slāpēšana izejas signālā tiek noteikta ar izteiksmi:
-10 x log (dB)Ja slāpēšana ir nepietiekama, tad K koeficients tiek palielināts, tādējādi palielinot modulācijas frekvenci. Detalizēts ieviešanas piemēra apraksts ir dokumentā AN538 "PWM izmantošana analogās izejas ģenerēšanai PIC17C42" vietnē Microchip.
15. piemērs. Pastiprināšanas sprieguma pārveidotājs
Rīsi. 19. Pastiprināšanas pārveidotājs
Impulsu platuma modulāciju izmanto sprieguma pārveidotājos, piemēram, pastiprināšanas ķēdēs (19. attēls). Ķēdes darbību var iedalīt divās fāzēs. Pirmajā fāzē, kad PWM izejai ir aktīvs viens līmenis, enerģija tiek uzkrāta spolē L1, savienojot tās izeju ar zemi ar tranzistoru T1. Otrajā fāzē PWM izejai ir nulles līmenis, kas izslēdz tranzistoru. Strāva no spoles plūst caur diodi D1 uz uzglabāšanas kondensatoru C2 un uz slodzi. Šajā gadījumā slodzes spriegums ir lielāks par barošanas spriegumu. Ķēdes nepieciešamo raksturlielumu aprēķins tiek veikts, izmantojot formulas:
U ārā / U iekšā =1/(1-D) ,kur D ir PWM impulsu darba cikls.
Induktivitātes vērtība tiek izvēlēta, pamatojoties uz maksimālo izejas strāvu:
L = U iekšā (1-D)DT/2I izeja,kur T ir PWM periods.
Aprēķinot, tiek pieņemts, ka maksimālais darba cikls D ir ne vairāk kā 75%, un PWM frekvence ir 10...100 kHz. Ir arī jāaprēķina pašreizējā pulsācija:
I pulss = U DTJa pulsācijas strāva pārsniedz induktivitātes piesātinājuma strāvas vērtību, tad jāizvēlas lielāka induktivitātes vērtība.
PWM noslodzes koeficientu kontrolieris aprēķina saskaņā ar PID likumu, kas ļauj uzturēt izejas spriegums kad mainās slodze. Sīkāka informācija šī metode aprakstīts piemērā AN258 "Low Cost USB Microcontroller Programmer" Microchip vietnē.
16. piemērs: LED spilgtuma kontrole
Varat izmantot PWM, lai mainītu gaismas diožu spilgtumu. Lai to izdarītu, gaismas diode ir savienota ar SSR izeju caur rezistoru, kas ierobežo maksimālo strāvu. Mainot impulsu darba ciklu, izmantojot CCPRxL reģistru plašā diapazonā (00...FF), varat mainīt mirdzuma spilgtumu. Jāņem vērā, ka PWM frekvencei jābūt vismaz 100 Hz, lai novērstu mirgošanu.
17. piemērs. X-10 datu pārraides protokols. Nesējfrekvences sintēze
Lai pārraidītu informāciju pa elektriskajiem tīkliem, piemēram, pārsūtot datus dzīvokļa iekšienē, izmantojot 220 V strāvas vadu, bieži tiek izmantots X-10 protokols. Augstākas frekvences (120 kHz) modulēts signāls tiek uzlikts uz pamatfrekvences (50/60 Hz). Lai iegūtu šādu frekvenci kontrolierī, varat izmantot SSR moduli PWM režīmā. Attēlā 6. attēlā parādīta raidītāja ieviešana.
Saskaņā ar X-10 specifikāciju 120 kHz frekvencei jābūt ne vairāk kā 2 kHz novirzēm. Kvīts precīza vērtība frekvence SSR modulī ir saistīta ar sistēmas kvarca izmantošanu ar frekvenci 7,68 MHz. Nesējfrekvence ir pievienota brīdī, kad tīkla spriegums šķērso nulli.
Piemērā AN236 "X-10 mājas automatizācija, izmantojot PIC16F877A" varat atrast vairāk detalizēts apraksts protokols un pirmkodi programmas.
Rīsi. 20. Shēma ziņojumu pārsūtīšanai pa 220 V elektrotīklu, izmantojot X-10 protokolu
Tveršanas, salīdzināšanas, PWM moduļu koplietošana
CCP moduli (ECCP) Microchip kontrolleros var ieprogrammēt lidojuma laikā, kā rezultātā šie moduļi var veikt dažādas funkcijas vienā ierīcē atkarībā no darbības algoritma. Apskatīsim elastīgu funkciju izmaiņu iespējas, izmantojot konkrētus piemērus.
18. piemērs. RS-232 bodu ātruma automātiska noteikšana
RS-232 sakaru saskarnei ir dažādi pārraides ātrumi. Lai ierīce varētu noteikt sakaru ātrumu un automātiski konfigurēt uztvērēju un raidītāju, ierīces programmā ir jābūt atbilstošām procedūrām.
Daudzos jaunos Microchip kontrolleros ir iekļauts aparatūras EUSART modulis ar iespēju automātiska noteikšana datu saņemšanas ātruma un pārraides ātruma regulēšana, iespēja strādāt SLEEP režīmā un citas funkcijas, kas nepieciešamas tādu protokolu kā LIN ieviešanai.
Rīsi. 21. Kalibrēšanas simbols RS-232 bodu ātruma automātiskai noteikšanai
Tajos kontrolleros, kuriem nav aparatūras USART moduļa, CCP moduli var izmantot uztveršanas režīmā, lai automātiski noteiktu sakaru ātrumu, un pēc tam to pārkonfigurēt salīdzināšanas režīmā, lai ģenerētu vai saņemtu datus, izmantojot RS-232. Lai automātiskās ātruma noteikšanas algoritms darbotos, ir nepieciešams kalibrēšanas baits, no kura sākas datu pārsūtīšana no vienas ierīces uz otru. Viens no iespējamiem kalibrēšanas simboliem ir parādīts attēlā. 21. Zināmie kalibrēšanas simbola laika parametri ļauj uztverošajai ierīcei noteikt un pielāgot RS-232 interfeisa pārraides ātrumu.
Algoritms pārraides ātruma noteikšanai, izmantojot kalibrēšanas simbolu:
- Mēs konfigurējam SSR moduli tveršanai ar noraidīšanu (nosakot sākuma bitu).
- Kad sākuma bits ir noteikts, mēs saglabājam CCPR1 reģistra vērtību.
- Mēs konfigurējam SSR moduli, lai tvertu uz malas (definējot stopbitu).
- Kad ir definēts stop bits, mēs saglabājam CCPR1 reģistra vērtību.
- Mēs nosakām atšķirību starp CCPR1 vērtībām, kas iegūtas 4. un 2. darbībā. Tas ir 8 bitu intervālu laiks.
- Starpība tiek pārvietota par trim bitiem pa labi, lai dalītu ar 8. Iegūtā vērtība ir bitu intervāla laiks.
- Pārbīdiet vēl vienu bitu pa labi. Mēs iegūstam pusbitu intervāla laiku.
Programmu piemēri informācijas saņemšanas un pārraidīšanas organizēšanai pa seriālo kanālu, kā arī procedūras automātiskai pārraides ātruma noteikšanai ir pieejami AN712 "RS-232 Autobaud for the PIC16C5X Devices".
19. piemērs. Dubultās integrācijas ADC
SSR modulis ļauj izveidot dubultās integrācijas ADC, pamatojoties uz ārēju integratoru. Attēlā 8 ir parādīta šādas ierīces diagramma. Ieejas signāla Uin integrācija tiek veikta noteiktā laika periodā T1. Pēc tam integratora ieejai tiek pielietots U op un tiek mērīts laiks, kurā integratora izejā parādās nulles līmenis. No laikiem T1 un T2, kā arī no U op ir iespējams aprēķināt U in.
Rīsi. 22. Dubultās integrācijas ADC, izmantojot SSR moduli
Lai iestatītu laiku T1, ir jāizmanto SSR moduļa salīdzināšanas režīms, un, lai noteiktu T2, jāizmanto uztveršanas režīms. Īsumā algoritmu var attēlot šādi:
- Mēs konfigurējam SSR salīdzināšanas režīmam un izmantojam īpašu notikumu aktivizētāju.
- Mēs savienojam Uin ar integratora ieeju.
- Mēs atskaitām T1. Šo laiku nosaka integratora parametri.
- Pārtraucot SSR, mēs savienojam Uop ar integratora ieeju un iestatām SSR moduļa uztveršanas režīmu, samazinot.
- Pēc pārtraukuma no PSR mēs ierakstām laiku T2.
- Mēs aprēķinām Uin vērtību.
Pateicoties Microchip kontrolleru daudzveidībai un to programmatūras un aparatūras savietojamībai, visus aprakstītos piemērus var viegli pārnest uz konkrēto kontrolleri, atkarībā no izstrādājamās sistēmas prasībām. Microchip pastāvīgi paplašina kontrolieru klāstu gan kontaktu skaita samazināšanas un perifērijas ierīču palielināšanas virzienā, gan jaudīgu kontrolieru ar lielu atmiņas apjomu un maksimāli iespējamo perifērijas ierīču virzienā.
Publicēšanas datums: 01.09.2004
Lasītāju viedokļi
- Oļegs / 03.03.2015 - 13:52
Lielisks raksts. Paldies! - Keita. / 24.12.2009 - 09:08
Es lūdzu jūs sniegt man informāciju.
PWM vai PWM (impulsa platuma modulācija) - impulsa platuma modulācija- Šī metode ir paredzēta, lai kontrolētu sprieguma un strāvas lielumu. PWM darbība ir mainīt nemainīgas amplitūdas un nemainīgas frekvences impulsa platumu.
PWM regulēšanas īpašības tiek izmantotas impulsu pārveidotājos, ķēdēs līdzstrāvas motoru vai gaismas diožu spilgtuma regulēšanai.
PWM darbības princips
PWM darbības princips, kā norāda pats nosaukums, ir mainīt signāla impulsa platumu. Izmantojot impulsa platuma modulācijas metodi, signāla frekvence un amplitūda paliek nemainīga. Visvairāk svarīgs parametrs PWM signāls ir darba cikls, ko var noteikt pēc šādas formulas:
Var arī atzīmēt, ka signāla periodu nosaka augstā un zemā signāla laika summa:
- Ton - augsta līmeņa laiks
- Toff - laiks zems līmenis
- T — signāla periods
Signāla augstais un zemais laiks ir parādīts apakšējā attēlā. Spriegums U1 ir signāla augsta līmeņa stāvoklis, tas ir, tā amplitūda.
Nākamajā attēlā ir parādīts PWM signāla piemērs ar noteiktu augstu un zemu laika intervālu.
PWM darba cikla aprēķins
PWM darba cikla aprēķins, izmantojot piemēru:
Lai aprēķinātu procentuālo aizpildījuma koeficientu, jums jāveic līdzīgi aprēķini un rezultāts jāreizina ar 100%:
Kā izriet no aprēķina, uz šajā piemērā, signālu (augstu līmeni) raksturo piepildījums, kas vienāds ar 0,357 vai citādi 37,5%. Aizpildījuma koeficients ir abstrakta vērtība.
Svarīgs impulsa platuma modulācijas raksturlielums var būt arī signāla frekvence, ko aprēķina pēc formulas:
Lai formulas vienības sakristu, mūsu piemērā T vērtība ir jāņem sekundēs. Tā kā frekvences formula ir 1/s, pārveidosim 800 ms uz 0,8 sek.
Pateicoties iespējai regulēt impulsa platumu, ir iespējams mainīt, piemēram, vidējo sprieguma vērtību. Zemāk esošajā attēlā ir parādīti dažādi darba cikli, vienlaikus saglabājot to pašu signāla frekvenci un to pašu amplitūdu.
Lai aprēķinātu vidējo PWM spriegumu, jums jāzina darba cikls, jo vidējais spriegums ir darba cikla un signāla sprieguma amplitūdas reizinājums.
Piemēram, darba cikls bija vienāds ar 37,5% (0,357), un sprieguma amplitūda U1 = 12V sniegs vidējo spriegumu Uav:
Šajā gadījumā PWM signāla vidējais spriegums ir 4,5 V.
PWM dod ļoti vienkāršu iespēju samazināt spriegumu diapazonā no barošanas sprieguma U1 līdz 0. To var izmantot, piemēram, līdzstrāvas (līdzstrāvas) motora griešanās ātrumam, ko darbina ar vidējo sprieguma vērtību.
PWM signālu var ģenerēt ar mikrokontrolleri vai analogā ķēde. Signālu no šādām shēmām raksturo zems spriegums un ļoti zema izejas strāva. Ja nepieciešams regulēt spēcīgas slodzes, jāizmanto vadības sistēma, piemēram, izmantojot tranzistoru.
Tas var būt bipolārs vai lauka efekta tranzistors. Turpmākajos piemēros tas tiks izmantots.
Piemērs gaismas diodes vadīšanai, izmantojot PWM.
PWM signāls tiek piegādāts tranzistora VT1 bāzei caur rezistoru R1, citiem vārdiem sakot, tranzistors VT1 ieslēdzas un izslēdzas, mainoties signālam. Tas ir līdzīgs situācijai, kad tranzistoru var nomainīt parasts slēdzis kā zemāk:
Kad slēdzis ir aizvērts, gaismas diode tiek darbināta caur rezistoru R2 (strāvas ierobežojums) ar spriegumu 12V. Un, kad slēdzis ir atvērts, ķēde tiek pārtraukta un gaismas diode nodziest. Šāda pārslēgšana ar zemu frekvenci radīs .
Tomēr, ja ir nepieciešams kontrolēt gaismas diožu intensitāti, ir nepieciešams palielināt PWM signāla frekvenci, lai maldinātu cilvēka aci. Teorētiski pārslēgšanās ar frekvenci 50 Hz cilvēka acij vairs nav neredzama, kā rezultātā tiek samazināts gaismas diodes spilgtums.
Jo zemāks ir darba cikls, jo vājāka būs gaismas diode, jo vienā periodā gaismas diode degs mazāk laika.
To pašu principu un līdzīgu shēmu var izmantot. Tomēr dzinēja gadījumā ir nepieciešams izmantot vairāk augsta frekvence pārslēgšanās (virs 15-20 kHz) divu iemeslu dēļ.
Pirmais no tiem attiecas uz skaņu, ko var radīt dzinējs (nepatīkama čīkstēšana). 15-20 kHz frekvence ir cilvēka auss dzirdamības teorētiskā robeža, tāpēc frekvences, kas pārsniedz šo robežu, būs nedzirdamas.
Otrais jautājums attiecas uz dzinēja stabilitāti. Vadot dzinēju zemas frekvences signāls ar zemu darba ciklu dzinēja apgriezienu skaits būs nestabils vai var izraisīt pilnīgu apstāšanos. Tāpēc, jo augstāka ir PWM signāla frekvence, jo augstāka ir vidējā izejas sprieguma stabilitāte. Ir arī mazāka sprieguma pulsācija.
Tomēr nevajadzētu pārāk daudz palielināt PWM signāla frekvenci, kopš kura laika augstas frekvences tranzistoram var nebūt laika pilnībā atvērt vai aizvērt, un vadības ķēde nedarbosies pareizi. Tas jo īpaši attiecas uz lauka efekta tranzistori, kur uzlādes laiks var būt salīdzinoši ilgs, atkarībā no konstrukcijas.
Pārāk augsta PWM signāla frekvence izraisa arī tranzistora zudumu palielināšanos, jo katra pārslēgšana izraisa enerģijas zudumus. Kontrolējot lielas strāvas augstās frekvencēs, ir jāizvēlas ātrgaitas tranzistors ar zemu vadītspējas pretestību.
Kontrolējot, atcerieties izmantot diode, lai aizsargātu tranzistoru VT1 no indukcijas pārspriegumiem, kas parādās, kad tranzistors ir izslēgts. Pateicoties diodes izmantošanai, caur to un motora iekšējo pretestību tiek izvadīts indukcijas impulss, tādējādi aizsargājot tranzistoru.
Līdzstrāvas motora ātruma kontroles sistēmas shēma ar aizsargdiodi.
Lai izlīdzinātu jaudas pārspriegumus starp motora spailēm, varat tiem paralēli pievienot nelielu kondensatoru (100nF), kas stabilizēs spriegumu starp secīgām tranzistora pārslēgšanām. Tas arī samazinās troksni, ko rada bieža tranzistora VT1 pārslēgšana.
8. Impulsu platuma modulācija pārveidotājos
8.1. Vispārīga informācija
Impulsu kontroles un modulācijas principi ir apskatīti nodaļā. 4, izmantojot vienkāršas līdzstrāvas regulatora shēmas piemēru. Tajā pašā laikā ir dotas lineāro impulsu sistēmu teorijā izmantoto galveno impulsu modulācijas veidu definīcijas, kas atbilst impulsu līdzstrāvas pārveidotāju vadības praksei.
Tomēr sprieguma vai strāvas impulsa platuma modulācijai maiņstrāvas pārveidotājos jaudas elektronikā ir nedaudz atšķirīga definīcija, ņemot vērā PWM iezīmes, risinot elektroenerģijas pārveidošanas problēmas maiņstrāva. Kā definēts IEC 551-16-30, impulsa platums Modulācija ir impulsu vadība, kurā impulsu platums vai frekvence, vai abi tiek modulēti pamatfrekvences periodā, lai izveidotu noteiktu izejas sprieguma viļņu formu. Vairumā gadījumu PWM tiek veikts, lai nodrošinātu sprieguma vai strāvas sinusoiditāti, t.i., samazinātu augstāko harmoniku līmeni attiecībā pret pamata (pirmo) harmoniku, un to sauc par sinusoidālu. Pastāv šādas galvenās metodes sinusoiditātes nodrošināšanai: analogais PWM un tā modifikācijas; augstāko harmoniku selektīva (selektīva) slāpēšana; histerēze vai delta modulācija;
telpas vektora modulācija.
Klasiskā analogā sinusoidālā PWM organizēšanas versija ir mainīt izejas spriegumu (strāvu) veidojošo impulsu platumu, salīdzinot noteiktas formas sprieguma signālu, ko sauc par atsauci vai atsauci, ar trīsstūrveida sprieguma signālu ar augstāku frekvenci. un sauc par nesēja signālu. Atsauces signāls ir modulējošs un nosaka nepieciešamo izejas sprieguma (strāvas) formu. Šai metodei ir daudz modifikāciju, kurās modulējošos signālus attēlo īpašas funkcijas, kas nav sinusoidālais vilnis. Lekciju piezīmēs tiks apspriestas vairākas pamata shēmas, kas izskaidro šīs PWM metodes.
Augstāko harmoniku selektīvās slāpēšanas metode šobrīd ir veiksmīgi ieviesta, izmantojot programmatūras mikroprocesoru kontrollerus. Histerēzes modulācijas pamatā ir atsauces signāla, piemēram, sinusoidālās viļņu formas, releja “izsekošanas” principi. Vienkāršākajā tehniskajā dizainā šī metode apvieno PWM un PFM (impulsu frekvences modulācijas) principus. Tomēr, izmantojot īpašus ķēdes pasākumus, ir iespējams stabilizēt modulācijas frekvenci vai ierobežot tās izmaiņu diapazonu.
Telpas vektora modulācijas metode balstās uz trīsfāzu sprieguma sistēmas pārvēršanu divfāžu sistēmā un vispārināta telpas vektora iegūšanu. Šī vektora lielumu aprēķina momentos, ko nosaka pamata un modulējošās frekvences. Tas tiek uzskatīts par ļoti daudzsološu vadībai trīsfāzu invertori, jo īpaši, izmantojot tos elektriskajā piedziņā. Tajā pašā laikā tas daudzējādā ziņā ir līdzīgs tradicionālajam sinusoidālajam PWM.
Vadības sistēmas, kuru pamatā ir PWM, ļauj ne tikai nodrošināt sprieguma vai strāvas pamatharmonikas vidējo vērtību sinusoidālo formu, bet arī kontrolēt tās amplitūdas, frekvences un fāzes vērtības. Tā kā šajos gadījumos pārveidotājs izmanto pilnībā kontrolētus slēdžus, ir iespējams realizēt maiņstrāvas (līdzstrāvas) pārveidotāju darbību kopā ar maiņstrāvas tīklu visos četros kvadrantos gan taisnošanas, gan invertēšanas režīmā ar jebkuru pamata harmonikas jaudas koeficienta cosφ vērtību. diapazonā no -1 līdz 1. Turklāt, palielinoties nesēja frekvencei, paplašinās iespējas reproducēt noteiktas formas strāvu un spriegumu pie invertoru izejas. Tas ļauj izveidot aktīvos filtrus, lai nomāktu augstākas harmonikas.
Galvenās lietotās definīcijas apskatīsim turpmākajā prezentācijā, izmantojot piemēru par pirmās metodes pielietojumu sprieguma invertora vienfāzes pustilta ķēdē (8.1. att., A). Šajā nosacījuma diagramma atslēgas S1 Un S2 tiek attēloti ar pilnībā kontrolētiem komutācijas elementiem, ko papildina virknē un tām paralēli savienotas diodes. Sērijas diodes atspoguļo slēdžu (piemēram, tranzistoru vai tiristoru) vienvirziena vadītspēju, un paralēlās diodes nodrošina reversās strāvas vadīšanu ar aktīvo-induktīvo slodzi.
Atsauces diagrammas, modulējošas u M(θ) un nesējs u H (θ) signāli ir parādīti attēlā. 8.1, b. Taustiņu vadības impulsu veidošanās S 1 un S 2 tiek veikta saskaņā ar šādu principu. Plkst u M (θ) > u H(θ) taustiņš S 1 ir ieslēgts, a S 2 izslēgts. Plkst u M(θ)< u H (θ) taustiņu stāvokļi ir apgriezti pretēji: S 2 - ieslēgts, a S 1 — izslēgts. Tādējādi pie invertora izejas tiek ģenerēts spriegums divu polāru impulsu veidā. Reālās ķēdēs, lai novērstu vienlaicīgu slēdžu vadīšanu S 1 un S 2, ir jānodrošina noteikta aizkave starp signālu ģenerēšanas brīžiem, lai ieslēgtu šos taustiņus. Acīmredzot impulsa platums ir atkarīgs no signāla amplitūdu attiecības u M(θ) un u H(θ). Šo attiecību raksturojošo parametru sauc par amplitūdas modulācijas indeksu un nosaka pēc formulas (8.1):
, (8.1.)
Kur U M m un U H m - modulējošā signāla maksimālās vērtības u M(θ) un nesēja signāls u attiecīgi H(θ).
Rīsi. 8.1. Vienfāzes pustilta sprieguma invertors: A- shēma; b– sprieguma diagrammas impulsu modulācijai
Nesēja frekvence u H(θ) ir vienāds ar pārslēgšanas frekvenci f H taustiņi S 1 un S 2 un parasti ievērojami pārsniedz modulējošā signāla frekvenci f M. Frekvences attiecība f H un f M ir svarīgs modulācijas procesa efektivitātes rādītājs, un to sauc par frekvences modulācijas indeksu, ko nosaka pēc formulas (8.2):
Pie mazām vērtībām M f signāliem u M(θ) un u H(θ) ir jāsinhronizē, lai izvairītos no nevēlamām subharmonikām. B kā maksimālā vērtība Mans, kas nosaka sinhronizācijas nepieciešamību, ir iestatīts M f = 21. Acīmredzot ar sinhronizētiem signāliem koeficients M f ir nemainīga vērtība.
No diagrammas attēlā. 8.1. redzams, ka izejas sprieguma pirmās harmonikas amplitūda U am 1, ņemot vērā (8.1.), var iesniegt šādā formā (8.3.):
(8.3)
Saskaņā ar (8.3) plkst M a = 1 izejas sprieguma pirmās harmonikas amplitūda ir vienāda ar pusviļņa taisnstūra augstumu U d/2. Izejas sprieguma pirmās harmonikas relatīvās vērtības raksturīgā atkarība no M a vērtības parādīta att. 8.2, no kura ir skaidrs, ka izmaiņas M a no 0 līdz 1 lineāri un ir atkarīgs no amplitūdas U esmu 1. Robežvērtība M a nosaka aplūkojamā modulācijas veida princips, saskaņā ar kuru maksimālā vērtība U am 1 ierobežo taisnstūra formas pusviļņa augstums, kas vienāds ar U d/2. Ar tālāku koeficienta palielināšanu M modulācija noved pie nelineāra amplitūdas pieauguma U am 1 līdz maksimālajai vērtībai, ko nosaka taisnstūra sprieguma veidošanās pie invertora izejas, kas pēc tam paliek nemainīgs.
Paplašinot taisnstūra funkciju Furjē sērijā, tiek iegūta maksimālā vērtība (8.4):
(8.4)
Šo vērtību ierobežo indeksa vērtība M a, svārstās diapazonā no 0 līdz aptuveni 3. Acīmredzot funkcija uz intervālu a-b vērtības no 1 līdz 3,2 ir nelineārs (8.2. att.). Darbības režīms šajā sadaļā tiek saukts par pārmodulāciju.
Nozīme M f nosaka nesēja signāla frekvences izvēle u H (θ) un būtiski ietekmē pārveidotāja tehniskos parametrus. Palielinoties frekvencei, palielinās pārslēgšanas zudumi pārveidotāju jaudas slēdžos, bet tajā pašā laikā uzlabojas izejas sprieguma spektrālais sastāvs un vienkāršojas modulācijas procesa radīto augstāko harmoniku filtrēšanas problēmas risinājums. Svarīgs faktors vērtības izvēlē f H daudzos gadījumos ir nepieciešamība nodrošināt tā vērtību audio frekvenču diapazonā, kas pārsniedz 20 kHz. Izvēloties f H jāņem vērā arī pārveidotāja darba sprieguma līmenis, tā jauda un citi parametri.
Rīsi. 8.2. Izejas sprieguma fundamentālās harmonikas amplitūdas relatīvās vērtības atkarība no amplitūdas modulācijas indeksa vienfāzes pustilta ķēdei
Vispārējā tendence šeit ir M vērtību pieaugums f mazjaudas pārveidotāji un zemspriegums un otrādi. Tātad izvēle M f ir daudzkritēriju optimizācijas problēma.
Impulsu modulācija ar stohastisko procesu. PWM izmantošana pārveidotājos ir saistīta ar augstāku harmoniku parādīšanos modulētajos spriegumos un strāvās. Turklāt šo parametru spektrālajā sastāvā nozīmīgākās harmonikas rodas frekvencēs, kas ir frekvenču modulācijas indeksa daudzkārtņi. M f un harmonikas ar dilstošām amplitūdām, kas sagrupētas ap tām sānu frekvencēs. Augstākas harmonikas var izraisīt šādas galvenās problēmas:
akustiskā trokšņa rašanās;
elektromagnētiskās saderības (EMS) pasliktināšanās ar citām elektriskām ierīcēm vai sistēmām.
Galvenie akustiskā trokšņa avoti ir elektromagnētiskie komponenti (droseles un transformatori), kas ir pakļauti strāvai un spriegumam, kas satur augstākas harmonikas ar frekvencēm audio diapazonā. Jāņem vērā, ka troksnis var rasties noteiktās frekvencēs, kur augstākas harmonikas ir vislielākās. Troksni izraisošie faktori, piemēram, magnetostrikcija, apgrūtina EMC problēmu atrisināšanu. EMC problēmas var rasties plašā frekvenču diapazonā atkarībā no elektrisko ierīču EMI jutības. Tradicionāli trokšņu līmeņa samazināšanai izmantoti dizaina un tehnoloģiskie risinājumi, bet EMC nodrošināšanai izmantoti pasīvie filtri.
Kā daudzsološs virziens šo problēmu risināšanai tiek aplūkotas metodes, kas saistītas ar modulēto spriegumu un strāvu spektrālā sastāva rakstura maiņu. Šo metožu būtība ir izlīdzināt frekvenču spektru un samazināt izteikto harmoniku amplitūdu to stohastiskā sadalījuma dēļ plašā frekvenču diapazonā. Šo paņēmienu dažreiz sauc par frekvenču spektra "izsmērēšanu". Interferences enerģijas koncentrācija samazinās frekvencēs, kurās harmonikām var būt maksimālās vērtības. Šo metožu ieviešana nav saistīta ar ietekmi uz pārveidotāju jaudas daļas komponentiem, un vairumā gadījumu to ierobežo programmatūra ar nelielām vadības sistēmas izmaiņām.
Īsi apskatīsim šo metožu īstenošanas principus. PWM pamatā ir darba cikla maiņa γ= t Un / T n, Kur t un - pulsa ilgums; T n- tā veidošanās periods. Parasti šie daudzumi, kā arī pulsa pozīcija perioda intervālā T n ir nemainīgi līdzsvara stāvokļa apstākļos. PWM rezultāti tiek definēti kā integrālās vidējās vērtības. Šajā gadījumā t un un deterministiskās vērtības, ieskaitot impulsa pozīciju, nosaka modulēto parametru nelabvēlīgo spektrālo sastāvu. Ja šiem lielumiem piešķir nejaušu raksturu, saglabājot doto γ vērtību, tad procesi kļūst stohastiski un mainās modulēto parametru spektrālais sastāvs. Piemēram, šādu nejaušu raksturu var piešķirt impulsa pozīcijai t un uz perioda T n intervālu vai nodrošināt pēdējā stohastiskas izmaiņas. Šim nolūkam var izmantot nejaušo skaitļu ģeneratoru, kas ietekmē modulācijas frekvences galveno ģeneratoru f n =1/T n. Līdzīgā veidā jūs varat mainīt pulsa pozīciju intervālā T n ar matemātisko cerību, kas vienāda ar nulli. Vidējai integrāļa vērtībai γ jāpaliek vadības sistēmas noteiktajā līmenī, kā rezultātā tiks izlīdzināts augstāko harmoniku spektrālais sastāvs modulētos spriegumos un strāvās.
Jautājumi paškontrolei
1. Uzskaitiet galvenās PWM metodes sinusoidālās strāvas vai sprieguma nodrošināšanai.
2. Kāda ir atšķirība starp vienpolāru sprieguma modulāciju un bipolāru?
3. Uzskaitiet galvenos PWM parametrus.
4. Kādam nolūkam izmanto PWM ar stohastiskiem procesiem?
-
2015. gada 17. aprīlisKā bez maksas lejupielādēt pārlūkprogrammu Amigo? -
2015. gada 17. aprīlisIObit Smart Defrag Pro - bezmaksas licence -
2015. gada 17. aprīlisWindows fotoattēlu skatītājs nevar atvērt šo attēlu -
2015. gada 17. aprīlisTālākas vienkāršas darbības
