Beth yw PWM?

Ystyr PWM yw Modyliad Lled Curiad. Rydych chi'n troi foltedd ymlaen ac i ffwrdd ar amledd sefydlog, gan newid y gymhareb o amser ymlaen-amser i ffwrdd-i reoli cyflenwad pŵer cyfartalog. Dyna fe. Dim ond delio â'r canlyniadau yw'r gweddill.

Cymerwch gyflenwad 12V yn gyrru LED sydd angen 3V. Fel arfer byddech yn defnyddio gwrthydd neu reolydd llinellol, llosgi 9V i ffwrdd fel gwres. Gwastraff dwp. Gyda PWM rydych yn troi'r 12V llawn ymlaen ac i ffwrdd yn ddigon cyflym fel bod màs thermol y LED yn ei gyfartaleddu allan. 25% cylch dyletswydd yn rhoi tua 3V cyfwerth i chi. Mae'r LED yn gweld 12V → 0V → 12V → 0V ar efallai 1kHz, ond ni all oeri a chynhesu mor gyflym â hynny, felly mae'r disgleirdeb yn aros yn gyson.

Materion amlder. Yn rhy araf (o dan 100Hz) ac rydych chi'n cael cryndod gweladwy. Mae rhai pobl yn gweld cryndod hyd at 200Hz. Fel arfer rwy'n rhedeg pylu LED ar 20kHz dim ond i fod yn ddiogel-hefyd yn ei gadw allan o'r ystod glywadwy os oes unrhyw gyplu mecanyddol. Mae cyflymder newid yn effeithio ar golledion hefyd, ond fe gyrhaeddwn ni hynny.

Y mathemateg: os yw eich cyfnod yn T ac ymlaen{0}}amser yw t, cylch dyletswydd D=t/T. Syml. Mae'r pŵer a ddarperir yn fras D × V_supply × I_load, llai colledion. Y colledion hynny yw lle mae pethau'n mynd yn ddiddorol.

Rheswm cyntaf: effeithlonrwydd. Mae MOSFET mewn diferion dirlawnder yn disgyn efallai 0.1-0.2V ar gerrynt rhesymol. Mae MOSFET yn tynnu microampau i ffwrdd. Felly rydych chi naill ai'n gwasgaru (0.1V × cerrynt) neu ddim byd yn y bôn. Cymharwch hynny â rheolydd llinol sy'n gollwng 9V ar gerrynt llawn yn barhaus. Gwahaniaeth bywyd batri yw 40-50x mewn rhai achosion, heb fod yn or-ddweud.

Yn ail: gallwch ddefnyddio cyflenwadau pŵer rhatach. Angen gyrru modur 48V ar gyflymder amrywiol? Gyda rheolaeth analog mae angen cyflenwad 0-48V amrywiol drud arnoch. Gyda PWM rydych yn defnyddio cyflenwad 48V sefydlog (rhad) a MOSFET (hefyd yn rhad). Wedi'i wneud.

Trydydd rheswm nad oes neb yn siarad amdano: caffael. Ceisiwch ddod o hyd i gyflenwad analog amrywiol da o ran cyfaint. Yr amseroedd arweiniol yw lleiafswm o 26 wythnos gan weithgynhyrchwyr gweddus. MOSFETs? Popeth mewn stoc yn Digikey. Pan fydd cynhyrchiad yn sgrechian arnoch chi, mae hyn yn bwysicach na chost BOM.

PWM

Bydd EMI yn eich sgriwio. Y tro cyntaf i mi wneud bwrdd PWM cyfredol uchel (120A ar gyfer modur DC), lladdodd y bws CAN ar yr un cerbyd. Pecynnau heb eu llygru-yn gwbl farw. Troi allan fy modrwy gyriant giât oedd cyplu drwy'r ddaear siasi, achosi pigau 40V ar y pâr gwahaniaethol CAN. Ychwanegwyd gleiniau ferrite, symud tir o gwmpas, roedd problemau o hyd. Yn y diwedd bu'n rhaid ychwanegu ffilter pi ar y cyflenwad modur a gwahanu'r awyrennau daear gyda chysylltiad -pwynt sengl. Cymmerodd dri bwrdd Parch.

Mae gyriant giât yn galetach nag y mae'n edrych. Mae angen rhwystriant isel arnoch o'ch gyrrwr i'r giât MOSFET-i olrhain materion anwythiad ar lefel di/dt uchel. Rwyf wedi gweld 10nH o anwythiant olrhain yn achosi pigau foltedd 50V yn ystod y newid (V=L × di/dt). Mae hynny'n ddigon i ddyrnu trwy MOSFET gradd 60V. Mae pobl yn dadlau am y mathemateg ond rydw i wedi ei weld ar y cwmpas: mae 3A/ns yn newid cerrynt i 10nH yn rhoi pigyn 30V i chi. Ychwanegwch y foltedd cyflenwad ac rydych chi dros y sgôr uchaf absoliwt.

Yna mae saethu-trwodd mewn pontydd H. RHAID i chi gael amser marw rhwng diffodd yr ochr isel-FET a throi'r ochr uchel ymlaen (ac i'r gwrthwyneb). Mae dim amser marw yn golygu bod y ddau FET yn dargludo ar yr un pryd-yn fyrrach yn uniongyrchol o'r cyflenwad i'r ddaear trwy wrthiannau sianel FET. 50A i 0.01Ω ddwywaith yn dal i fod yn 1000A am y microseconds cyn i bethau ffrwydro. Mae'r modd methiant yn ysblennydd: mae crater bach yn y silicon, mae FET yn mynd yn fyr yn barhaol, yn cymryd popeth arall yn y gadwyn allan.

Ond mae gormod o amser marw ac mae'r corff deuod yn dargludo yn ystod y cyfnod marw. Mae deuodau corff yn ofnadwy-gostyngiad uchel ymlaen (1-2V), adferiad araf. Rydych chi'n colli effeithlonrwydd ac yn cynhyrchu mwy o wres. Mae cyfnewid fel arfer yn 100-500ns amser marw yn dibynnu ar nodweddion newid eich FET.

Greddf gyntaf pawb: amledd uwch=anwythyddion/cynwysorau llai=yn rhatach. Weithiau yn wir. Ond mae colledion newid yn cynyddu'n aml-rydych chi'n colli egni bob tro mae'r trawsnewidiadau FET. ESwitching ≈ 0.5 × Vsupply × Iload × (trise + tfall) × fsw. Dwbl yr amlder, dwbl y golled newid.

Ar gyfer gyriannau modur, mae 20kHz yn gyffredin. Yn uwch na chlywadwy, nid oes ots gan gysonion amser mecanyddol. Ond mewn cyflenwad pŵer gliniadur rydych chi'n gweld 300kHz-1MHz. Pam? Magnetau llai. Mae anwythydd 1MHz yn gorfforol 1/50fed maint un 20kHz gyda'r un anwythiad. Mae hynny'n enfawr ar gyfer dyfeisiau cludadwy. Cyfaddawdu yw bod angen FETs cyflymach (Qg is), cynllun gwell, dyluniad gyrrwr mwy gofalus.

Mae sain (amps Dosbarth D) yn rhedeg 250kHz-1MHz. O dan 200kHz a gallwch glywed amledd y cludwr fel sŵn uchel. Uchod 1MHz ac rydych chi'n dechrau ymladd ag ymyrraeth radio AM. Mae'r rhan fwyaf o ddyluniadau'n setlo ar 400-500kHz, hidlydd pas-isel ar efallai 50kHz i gael gwared ar y cludwr.

Enghraifft go iawn: gwnaeth trawsnewidydd bwc 500kHz unwaith, ceisio mynd i 1MHz i grebachu'r bwrdd. Gostyngodd effeithlonrwydd 4% (88% i 84%). Dyna wres ychwanegol 8W mewn cyflenwad 200W. Angen heatsink mwy, wedi colli'r holl arbedion gofod o'r anwythydd llai. Wedi aros ar 500kHz.

PWM

Mae 8{7}}bit PWM (256 cam) yn swnio'n iawn nes i chi geisio pylu LED yn esmwyth o 100% i 0%. Islaw cylch dyletswydd 10% byddwch yn cael camau gweladwy mewn disgleirdeb. Mae llygad dynol yn logarithmig - yn llawer mwy sensitif i newidiadau ar lefelau golau isel. Angen o leiaf 12-did (4096 cam) ar gyfer pylu llyfn ar draws yr ystod lawn.

Ond dyma'r daliad: mae 12-did ar 20kHz yn golygu bod angen cloc amseru 20kHz × 4096=81.92MHz arnoch chi. Ni all pob micros wneud hynny. Ac os oes angen sianeli PWM annibynnol lluosog arnoch ar 12-bit, rydych chi'n edrych ar berifferolion amserydd pwrpasol neu FPGA.

Ateb: defnyddiwch PWM 8-did ond addaswch yr amledd yn ddeinamig. Ar disgleirdeb uchel rhedeg 20kHz, ar ddisgleirdeb isel gostyngiad i 100Hz. Yn rhoi camau mwy manwl i chi lle mae eu hangen arnoch chi. Ond nawr mae gennych EMI amledd amrywiol i ddelio ag ef. Does dim byd am ddim.

Mae VFDs diwydiannol (gyriannau amledd amrywiol) yn newid cannoedd o amp ar 480VAC. Mae'r strategaeth reoli yn fwy cymhleth-modiwleiddio fector gofod,-rheolaeth sy'n canolbwyntio ar faes, beth bynnag-ond oddi tano mae PWM yn dal i newid chwe IGBT mewn pont tri cham.

Gwahaniaethau ar y raddfa hon:

Mae angen cyflenwadau ynysig 15V ar yrwyr gatiau. Dyna 6 chyflenwad ynysig yn arnofio ar wahanol botensial hyd at 680VDC (cywiro 480VAC). Mae angen ei bŵer ei hun ar bob gyrrwr, ei wrthydd giât ei hun (0.5-2Ω nodweddiadol), ei amddiffyniad overcurrent ei hun.

Mae amser marw yn cynyddu i 2-5µs oherwydd bod IGBTs yn arafach na MOSFETs

hidlyddion dv/dt ar yr allbwn oherwydd bod cynhwysedd ceblau modur ac ymylon newid cyflym yn achosi ceryntau modd cyffredin enfawr. Rwyf wedi mesur 20A o gerrynt modd cyffredin ar gebl modur 5HP, yn hollol ar wahân i'r cerrynt modur. Dyna pam mae angen ceblau cysgodol a sylfaen briodol arnoch chi.

Thermol: mae colled hyd yn oed 2% ar 50kW yn 1kW o wres. Oeri dŵr gyda switshis llif a chydgloeon tymheredd. Os yw llif oerydd yn disgyn o dan y trothwy, mae'r rheolydd yn analluogi allbynnau ar unwaith. Wedi gweld systemau'n llosgi oherwydd bod rhywun wedi anghofio gwirio lefel yr oerydd.

Mae dewis cydran yn rhyfedd. Efallai mai dim ond 80A ar 50 gradd amgylchynol, 60A ar 70 gradd , y gallai IGBT â sgôr o 100A di-dor ymdrin â hi. Ond mae cychwyn modur mawr yn tynnu cerrynt â sgôr 6x am sawl eiliad. Felly rydych yn maint ar gyfer brig, nid-cyflwr cyson, yna'n ddigalon am y tymheredd. Yn y pen draw bydd gennych IGBT 300A ar gyfer cais "100A". Mae cost BOM yn gwneud caffael yn anhapus iawn.

Amseryddion STM32: mae gan y mwyafrif PWM 16-did, mae rhai modelau'n mynd i 32-bit ond anaml y bydd ei angen arnoch chi. Yr hyn sydd bwysicaf yw nifer y sianeli cymharu ac allbynnau cyflenwol. Mae gan TIM1 a TIM8 ar y gyfres F4 bedair sianel gymharu, pob un ag allbynnau cyflenwol a mewnosodiad amser marw rhaglenadwy. Perffaith ar gyfer rheoli modur.

Problem: mae'r holl sianeli PWM ar un amserydd yn cael eu cysoni i'r un rhifydd. Os oes angen amleddau annibynnol arnoch, mae angen amseryddion ar wahân arnoch. A dim ond cymaint o amseryddion sydd â nodweddion uwch. Ar y STM32F4 byddwch yn cael TIM1, TIM8 ar gyfer rheolaeth uwch. TIM2-5 ar gyfer PWM sylfaenol. Mae TIM9-14 yn 16-did heb gynhyrchu amser marw. Rydych chi'n rhedeg allan yn gyflym os oes angen sawl signal PWM ynysig ar y rhaglen.

Wedi gweld dyluniadau lle maent yn brathu PWM mewn meddalwedd oherwydd eu bod wedi rhedeg allan o sianeli amserydd. Syniad ofnadwy. Jitter, CPU uwchben, gwrthdroad blaenoriaeth pan fydd eraill yn torri ar draws tân. Talwch y $2 ychwanegol am ficro gyda mwy o amseryddion neu defnyddiwch PWM IC allanol (fel PCA9685). Bydd eich hunan yn y dyfodol yn diolch i chi.

Mae gan ESP32 16 sianel PWM gan ddefnyddio ymylol PWM LED. Mae'n swnio'n wych, heblaw eu bod i gyd yn deillio o un cloc APB 80MHz ac yn rhannu rhanwyr mewn grwpiau. Eisiau gwahanol amleddau? Gobeithio mai cymarebau cyfanrif ydyn nhw. Hefyd mae'r cydraniad yn lleihau wrth i amlder gynyddu oherwydd ei fod yn defnyddio'r un cloc sylfaen. Ar 20kHz byddwch yn cael 12-did, ar 40kHz rydych i lawr i 11-did, ac ati. Nid yw Datasheet yn gwneud hyn yn amlwg.

Lledaeniad-sbectrwm PWM: yn lle amledd sefydlog, rydych chi'n ei ddargyfeirio ±10% ar hap. Yn lledaenu'r EMI ar draws ystod amledd ehangach, yn lleihau allyriadau brig. Yn helpu i basio profion Cyngor Sir y Fflint / CE heb gymaint o galedwedd hidlo. Mae hwn wedi'i ymgorffori yn y rhan fwyaf o sglodion SMPS modern. Mae Cypress PSoC hyd yn oed yn gadael i chi reoli'r patrwm trochi -llifio, trionglog, ffug-ar hap.

PWM rhyngddalennog: rhedeg trawsnewidyddion lluosog allan o'r cyfnod. Mae dau drawsnewidydd ar shifft cam 180 gradd yn golygu bod y cynhwysydd mewnbwn yn gweld hanner y cerrynt crychdonni. Pedwar trawsnewidydd ar 90 gradd shifft cam-chwarter y crychdonni. Ond nawr mae angen cydamseru cam manwl gywir rhwng sianeli a chydbwyso llwyth fel eu bod yn rhannu'r cerrynt yn gyfartal. Fel arfer mae angen rheolydd IC pwrpasol oni bai bod gan eich micro ddigon o adnoddau.

Gall GaN FETs newid i mewn o dan 10ns. Yn agor amleddau 10MHz+ PWM-mae anwythyddion yn dod yn fach iawn, bron yn olion PCB yn unig. Ond: mae cynllun y bwrdd yn hollbwysig, mae angen rhoi sylw difrifol i'r gyriant gât, mae unrhyw anwythiad yn achosi gorlenwi enfawr. Nid ar gyfer dechreuwyr. Wedi gweld cylch dylunio GaN i 2x VDD oherwydd bod rhywun yn defnyddio gyrrwr giât safonol gyda 5cm o hyd olrhain. Ni oroesodd y FET.

PWM

Ar gyfer y rhan fwyaf o bethau: 20kHz, amserydd caledwedd PWM, cydraniad 10-did. Digon ar gyfer rheoli modur a dimming LED. Ychwanegu gyrrwr gât IC (isafswm cerrynt brig 2A), capiau ceramig isel-ESR reit wrth y draen FET, awyren ddaear braster. Gwiriwch y tonffurfiau newid gyda chwmpas ar y prototeip cyntaf, disgwyliwch ailadrodd unwaith.

Ar gyfer unrhyw beth uwchlaw 10A efelychiad thermol parhaus cyn gosodiad. Rwy'n defnyddio ANSYS ond hyd yn oed FEA sylfaenol sy'n dal y rhan fwyaf o broblemau. Allforiwch yr haenau copr gyda cholledion fel ffynonellau gwres, gosodwch amodau'r ffin, gwiriwch a yw unrhyw beth yn cyrraedd tymheredd cyffordd 125 gradd ar yr amgylchedd uchaf. Fel arfer mae angen heatsinks neu aer gorfodol os ydych chi'n newid mwy na 50W.

A'i brofi ar dymheredd. Mae profion tymheredd ystafell yn dal efallai 60% o broblemau. Mae -bocs poeth ar 70 gradd amgylchynol am 8 awr yn dod o hyd i'r gweddill-rhediad thermol, shifft trothwy giât, cynnydd ESR cynhwysydd. Costiodd wythnos i mi unwaith pan oedd dyluniad yn gweithio'n iawn ar 25 gradd ond roedd y FET yn cloi i fyny ar 65 gradd oherwydd nid oeddwn yn cyfrif am gyfernod tymheredd foltedd trothwy.

Dyna PWM. Cysyniad syml, manylion diddiwedd.

Y peth olaf: os ydych chi'n gwneud pethau PWM wedi'u pweru gan fatri, peidiwch â rhad ar gelloedd. Wedi ceisio dim-enwi pecynnau lithiwm unwaith-methu â thrin y cerrynt crychdonni, foltedd wedi'i wasgu dan lwyth, system gyfan wedi brownio allan. Wedi newid i iawnbatri lithiwm ïonigmodiwlau gyda sgôr C gweddus, problem wedi diflannu. Fe wnaeth y $15 ychwanegol y pecyn fy arbed rhag tri galwad cymorth yr wythnos.