He aha ka PWM?

Kū ka PWM no ka Pulse Width Modulation. Ke hoʻololi nei ʻoe i ka uila a hoʻopau i ke alapine paʻa, e hoʻololi ana i ka lakio o ka -manawa i ka manawa hoʻopau-e hoʻomalu i ka hāʻawi ʻana i ka mana. ʻo ia wale nō. ʻO ke koena e pili ana i nā hopena.

E lawe i kahi lako 12V e hoʻokele ana i kahi LED e pono ai ka 3V. ʻO ka maʻamau, hoʻohana ʻoe i kahi resistor a i ʻole linear regulator, e puhi i ka 9V e like me ka wela. ʻO ka ʻōpala lapuwale. Me ka PWM, ho'ololi 'oe i ka 12V piha a ho'opa'a me ka wikiwiki e hiki ai i ka 'awelika pumehana o ka LED ke ho'oka'awale iā ia i waho . 25% pō'ai hana hana e hā'awi iā 'oe ma kahi o 3V like. ʻIke ka LED i ka 12V → 0V → 12V → 0V ma 1kHz paha, akā ʻaʻole hiki iā ia ke hoʻomaha a wela i kēlā wikiwiki, no laila e mau ka mālamalama.

Pili pinepine. Ua lohi loa (ma lalo o 100Hz) a ʻike ʻia ʻoe i ka flicker. ʻIke kekahi poʻe i ka uila a hiki i 200Hz. Hoʻohana mau au i ka hoʻolohilohi ʻana o nā LED ma 20kHz no ka palekana-e hoʻopaʻa ʻia hoʻi ia ma waho o ka laulā lohe inā loaʻa kekahi hoʻohui ʻenehana. ʻO ka hoʻololi ʻana i ka wikiwiki e pili ana i nā poho, akā e hele mākou i kēlā.

Ka makemakika: inā ʻo T kou manawa a ʻo ka -manawa ka t, ka pōʻaiapuni hana D=t/T. Maʻalahi. ʻO ka mana i hāʻawi ʻia ma kahi o D × V_supply × I_load, hoʻemi ʻia nā poho. ʻO kēlā mau poho kahi e hoihoi ai nā mea.

ʻO ke kumu mua: kūpono. MOSFET i ka saturation hāʻule paha i ka 0.1-0.2V i nā au kūpono. Hoʻopuka ʻo MOSFET i nā microamps. No laila ke hoʻopau nei ʻoe (0.1V × i kēia manawa) a i ʻole ʻaʻohe mea. E hoʻohālikelike i kēlā me kahi mea hoʻoponopono laina e hāʻule ana i ka 9V i ka manawa piha mau. ʻO 40-50x ka ʻokoʻa ola o ka pākaukau i kekahi mau hihia, ʻaʻole hoʻonui.

ʻO ka lua: hiki iā ʻoe ke hoʻohana i nā lako mana maʻalahi. Pono e hoʻokele i kahi kaʻa 48V i ka wikiwiki hoʻololi? Me ka mana analog pono ʻoe i kahi lako 0-48V kumukūʻai. Me PWM hoʻohana ʻoe i kahi lako 48V paʻa (cheap) a me kahi MOSFET (maʻalahi hoʻi). Pau.

ʻO ke kumu ʻekolu ʻaʻohe mea e kamaʻilio e pili ana: kūʻai. E ho'āʻo e ʻimi i kahi lako analog loli maikaʻi i ka leo. ʻO nā manawa alakaʻi he 26 pule ka liʻiliʻi mai nā mea hana pono. MOSFET? Loaʻa nā mea a pau ma Digikey. Ke uē nei ka hana iā ʻoe, ʻoi aku kēia ma mua o ke kumukūʻai BOM.

PWM

E hoʻokuʻu ʻo EMI iā ʻoe. ʻO ka manawa mua aʻu i hana ai i ka papa PWM kiʻekiʻe (120A no ke kaʻa DC), ua make ka pahi CAN ma ka kaʻa like. ʻAʻole i hoʻopōʻino ʻia nā ʻeke-make loa. Ua hoʻohuli ʻia ke kani ʻana o kaʻu ʻīpuka e hoʻopili ana ma ka ʻāina chassis, e hoʻoulu ana i nā spike 40V ma ka pālua ʻokoʻa CAN. Hoʻohui ʻia nā ʻōpala ferrite, hoʻoneʻe ʻia a puni, loaʻa nā pilikia. Pono e hoʻohui i kahi kānana pi ma ka lako kaʻa a hoʻokaʻawale i nā mokulele honua me kahi hoʻohui -kahi. Lawe i ekolu papa revs.

ʻOi aku ka paʻakikī o ka hoʻokele puka ma mua o ka nānā ʻana. Pono ʻoe i ka impedance haʻahaʻa mai kāu mea hoʻokele a i ka ʻīpuka MOSFET-trace inductance ma ke kiʻekiʻe di/dt. Ua ʻike au i ka 10nH o ka trace inductance ke kumu o 50V voltage spikes i ka wā e hoʻololi ai (V=L × di/dt). Ua lawa ia e kuʻi i kahi MOSFET helu 60V. Hoʻopaʻapaʻa ka poʻe e pili ana i ka makemakika akā ua ʻike au iā ia ma ke ākea: 3A/ns hoʻololi i kēia manawa i 10nH hāʻawi iā ʻoe i 30V spike. Hoʻohui i ka volta hoʻolako a ʻoi aku ʻoe ma luna o ka helu kiʻekiʻe loa.

A laila aia ka pana-ma nā alahaka H-. Pono e loaʻa iā ʻoe ka manawa make ma waena o ka hoʻohuli ʻana i ka ʻaoʻao haʻahaʻa FET -a me ka huli ʻana i ka ʻaoʻao kiʻekiʻe- (a me ka ʻaoʻao ʻē aʻe). ʻO ka manawa make ʻole, ʻo ia hoʻi, e holo like ana nā FET ʻelua-pololei mai ka lako a i ka honua ma o nā pale ala FET. 50A a hiki i 0.01Ω ʻelua mau manawa he 1000A no nā microseconds ma mua o ka pahū ʻana o nā mea. He mea kupaianaha ke ʻano o ka hāʻule ʻana: ka lua liʻiliʻi i loko o ke silika, hele pōkole ʻo FET, lawe i nā mea āpau i ke kaulahao.

Akā ʻoi aku ka nui o ka manawa make a ke alakaʻi nei ke kino diode i ka wā make. Weliweli-ke kino diodes (1-2V), ho'ōla lohi. Nalo ʻoe i ka pono a hoʻonui i ka wela. He 100-500ns ka manawa make ma muli o ke ʻano hoʻololi o kāu FET.

ʻO ka manaʻo mua o kēlā me kēia kanaka: ʻoi aku ka liʻiliʻi o ka alapine=inductors/capacitors=liʻiliʻi. I kekahi manawa ʻoiaʻiʻo. Akā, mahuahua ka ho'ololi 'ana me ka alapine -e nalowale ana kou ikehu i kēlā me kēia manawa e ho'ololi ai ka FET. ESwitching ≈ 0.5 × Vsupply × Iload × (trise + tfall) × fsw. Papalua i ke alapine, papalua i ka poho hoololi.

No nā kaʻa kaʻa, 20kHz ka mea maʻamau. Ma luna aʻe o ka lohe ʻana, ʻaʻole mālama ka manawa mechanical. Akā, i loko o ka lako kamepiula kamepiula ʻike ʻoe i ka 300kHz-1MHz. No ke aha mai? Nā magnetic liʻiliʻi. ʻO kahi inductor 1MHz he 1/50th ka nui o kahi 20kHz me ka inductance like. Nui kēlā no nā mea lawe lima. Pono ʻoe i nā FET wikiwiki (Qg haʻahaʻa), ʻoi aku ka maikaʻi o ka hoʻolālā, ʻoi aku ka akahele o ka hoʻolālā hoʻokele.

Leo (Class D amps) holo 250kHz-1MHz. Ma lalo o 200kHz a hiki iā ʻoe ke lohe i ke alapine o ka mea lawe ma ke ʻano he uē -kiʻekiʻe. Ma luna o 1MHz a hoʻomaka ʻoe e hakakā me ke keakea radio AM. Hoʻoholo ka hapa nui o nā hoʻolālā ma 400-500kHz, kānana haʻahaʻa haʻahaʻa ma 50kHz paha e wehe i ka mea lawe.

ʻO ka laʻana maoli: ua hana ʻo 500kHz buck converter i hoʻokahi manawa, hoʻāʻo e hele i 1MHz e hōʻemi i ka papa. Ua hāʻule ka maikaʻi ma 4% (88% a 84%). ʻO ia ka 8W wela hou ma kahi lako 200W. Pono i kahi heatsink nui aʻe, nalowale ka mālama ʻana i nā wahi āpau mai ka inductor liʻiliʻi. Noho ma 500kHz.

PWM

8-bit PWM (256 kapuaʻi) kani maikaʻi a hiki i ka wā e hoʻāʻo ai ʻoe e hōʻemi mālie i kahi LED mai 100% a i 0%. Ma lalo o 10% kaʻina hana ʻike ʻoe i nā ʻanuʻu ʻike ʻia i ka mālamalama. He logarithmic ka maka o ke kanaka-ʻoi aku ka maʻalahi i nā loli ma nā pae kukui haʻahaʻa. Pono ʻo 12-bit (4096 ʻanuʻu) ka liʻiliʻi no ka dimming maʻemaʻe ma waena o ka laulā piha.

Akā, eia ka hopu: 12-bit ma 20kHz 'o ia ho'i, pono 'oe i ka 20kHz × 4096=81.92MHz uaki manawa. ʻAʻole hiki i nā micros āpau ke hana i kēlā. A inā makemake ʻoe i nā kaila PWM kūʻokoʻa he nui ma 12-bit, ke nānā nei ʻoe i nā peripheral timer i hoʻolaʻa ʻia a i ʻole kahi FPGA.

Hoʻoponopono: hoʻohana i ka 8-bit PWM akā hoʻololi i ke alapine me ka ikaika. Ma ka ʻōlinolino kiʻekiʻe e holo 20kHz, ma ka hāʻule haʻahaʻa haʻahaʻa i 100Hz. Hāʻawi iā ʻoe i nā ʻanuʻu maikaʻi i kahi āu e pono ai. Akā i kēia manawa ua loaʻa iā ʻoe ka EMI hoʻololi-frequency e hana ai. ʻAʻohe mea manuahi.

Hoʻololi nā VFD ʻoihana (nā hoʻololi pinepine pinepine) i nā haneli o nā amp ma 480VAC. ʻOi aku ka paʻakikī o ka hoʻolālā hoʻomalu-space vector modulation, field-mana hoʻonohonoho ʻia, ʻo kēlā me kēia-akā, aia ma lalo o ia mau PWM e hoʻololi ana i ʻeono IGBT ma kahi alahaka ʻekolu-ʻano.

Nā ʻokoʻa ma kēia pālākiō:

Pono nā mea hoʻokele puka i nā lako kaʻawale 15V. ʻO ia nā lako kaʻawale 6 e lana ana ma nā mana like ʻole a hiki i 680VDC (hoʻoponopono 480VAC). Pono kēlā me kēia mea hoʻokele i kona mana ponoʻī, kona ʻīpuka kūwaho (0.5-2Ω maʻamau), ʻo kāna pale ponoʻī overcurrent.

Hoʻonui ka manawa make i 2-5µs no ka mea ʻoi aku ka lohi o IGBT ma mua o MOSFET

dv/dt nā kānana ma ka pukana no ka mea, hiki i ka mana uwea ka'a me ka ho'ololi wikiwiki 'ana i ke au o ka 'ano ma'amau. Ua ana au i ka 20A o ke au kaʻa kaʻa -maʻamau ma ke kaula uila 5HP, kaawale loa mai ke au kaʻa. ʻO ia ke kumu e pono ai ʻoe i nā kaula i pale ʻia a me ke kahua kūpono.

Thermal: ʻoiai he 2% nalowale ma 50kW he 1kW o ka wela. ʻO ka hoʻoluʻu wai me nā hoʻololi kahe a me nā pilina wela. Inā hāʻule ka wai hoʻoluʻu ma lalo o ka paepae, hoʻopau koke ka mea hoʻoponopono i nā huahana. ʻIke ʻia nā ʻōnaehana wela no ka mea poina i kekahi e nānā i ka pae hoʻomaha.

He mea ʻē ke koho ʻana i nā mea. ʻO ka IGBT i helu ʻia no 100A hoʻomau hiki ke mālama iā 80A ma 50 degere ambient, 60A ma 70 degere. Akā ʻo ka hoʻomaka ʻana i kahi kaʻa nui e huki i ka 6x helu i kēia manawa no kekahi mau kekona. No laila, nui ʻoe no ka piko, ʻaʻole paʻa -state, a laila hoʻemi no ka mahana. Hoʻopau i kahi 300A IGBT no kahi noi "100A". ʻO ke kumukūʻai BOM he mea hauʻoli loa ke kūʻai.

STM32 timers: ʻo ka hapa nui he 16-bit PWM, hele kekahi mau hiʻohiʻona i 32-bit akā ʻaʻole pono ʻoe. ʻO ka mea nui aku ka helu o nā kaha hoʻohālikelike a me nā puka hoʻohui. Loaʻa iā TIM1 a me TIM8 ma ka moʻo F4 ʻehā mau kaha hoʻohālikelike i kēlā me kēia me nā huahana hoʻohui a me ka hoʻokomo ʻana i ka manawa make programmable. Pono no ka mana kaʻa.

Pilikia: ua hui pū ʻia nā kaha PWM a pau ma ka manawa hoʻokahi i ka counter hoʻokahi. Inā makemake ʻoe i nā alapine kūʻokoʻa, pono ʻoe i nā manawa kaʻawale. A he nui wale nā manawa me nā hiʻohiʻona kiʻekiʻe. Ma ka STM32F4 loaʻa iā ʻoe ka TIM1, TIM8 no ka mana holomua. TIM2-5 no PWM kumu. ʻO TIM9-14 he 16-bit me ka ʻole o ka hanauna make. Holo wikiwiki ʻoe inā makemake ka noi i nā hōʻailona PWM kaʻawale.

Ua ʻike ʻia nā hoʻolālā ma kahi a lākou e nahu -pw PWM i loko o ka lako polokalamu no ka pau ʻana o nā kahawai manawa. Manaʻo weliweli. ʻO Jitter, CPU ma luna, ka hoʻohuli mua i ka wā e hoʻopau ai kekahi i ke ahi. E uku wale i $2 keu no ka micro me nā manawa hou a i ʻole e hoʻohana i kahi PWM IC waho (e like me PCA9685). E hoʻomaikaʻi iā ʻoe iho i ka wā e hiki mai ana.

Loaʻa iā ESP32 nā kaha 16 PWM me ka hoʻohana ʻana i ka LED PWM peripheral. He kani maikaʻi, koe wale nō nā mea i loaʻa mai hoʻokahi 80MHz APB uaki a kaʻana like i nā mea hoʻokaʻawale i nā hui. Makemake ʻoe i nā alapine like ʻole? Manaʻolana lākou he helu helu helu. E emi ana ka hoʻonā i ka piʻi ʻana o ka alapine no ka mea e hoʻohana ana ia i ka uaki kumu like. Ma 20kHz loaʻa iā ʻoe ka 12-bit, ma 40kHz ʻoe i lalo i ka 11-bit, a pēlā aku.

E hohola-PWM spectrum: ma kahi o ka alapine pa'a, e ho'ololi 'oe ia ±10% me ka 'ole. Hoʻolaha i ka EMI ma kahi ākea ākea, e hōʻemi i nā hoʻokuʻu kiʻekiʻe. Kōkua i ka hele ʻana i ka hoʻāʻo FCC/CE me ka ʻole o nā lako kānana. Loaʻa kēia i ka hapa nui o nā ʻāpana SMPS hou. Ua ʻae ʻo Cypress PSoC iā ʻoe e hoʻomalu i ke ʻano dithering-sawtooth, triangular, pseudo-random.

PWM Interleaved: holo i nā mea hoʻololi he nui ma waho o ka pae. ʻElua mau mea hoʻololi ma 180 degere ka hoʻololi ʻana i ka pae ʻo ia hoʻi, ʻike ka capacitor hoʻokomo i ka hapalua o ke au ripple. ʻEhā mau mea hoʻololi ma 90 degere ka hoʻololi ʻana-hāhā o ka ripple. Akā i kēia manawa pono ʻoe i ka hoʻonohonoho pololei ʻana ma waena o nā kahawai a me ka hoʻokau kaulike ʻana no laila e kaʻana like lākou i kēia manawa. Pono ka IC hoʻolaʻa hoʻolaʻa inā ʻaʻole lawa nā kumuwaiwai o kāu micro.

Hiki i nā GaN FET ke hoʻololi ma lalo o 10ns. Wehe i nā alapine 10MHz+ PWM -liʻiliʻi nā mea hoʻokomo, kokoke i nā meheu PCB wale nō. Akā: he mea koʻikoʻi ka hoʻonohonoho ʻana o ka papa, pono ka nānā pono ʻana o ka ʻīpuka, ʻo kekahi inductance ke kumu o ka overshoot nui. ʻAʻole no ka poʻe hoʻomaka. Ua ʻike ʻia kahi apo hoʻolālā GaN i 2x VDD no ka mea ua hoʻohana kekahi i kahi mea hoʻokele puka maʻamau me 5cm o ka lōʻihi. ʻAʻole i ola ka FET.

PWM

No ka nui o nā mea: 20kHz, PWM mīkini hana manawa, 10-bit hoʻonā. Nui no ka mana kaʻa a me ka dimming LED. Hoʻohui i kahi IC hoʻokele puka (2A ka palena kiʻekiʻe o kēia manawa), nā pāpale ceramic haʻahaʻa-ESR pololei ma ke kahawai FET, ka mokulele honua momona. E nānā i nā ʻano nalu hoʻololi me kahi ākea ma ka prototype mua, manaʻo e hoʻololi i hoʻokahi manawa.

No kekahi mea ma luna o 10A mau, hoʻohālikelike wela ma mua o ka hoʻolālā. Hoʻohana wau i ka ANSYS akā ʻo ka FEA maʻamau ke hopu i ka hapa nui o nā pilikia. E hoʻokuʻu aku i nā ʻāpana keleawe me nā poho ma ke ʻano he kumu wela, hoʻonohonoho i nā kūlana palena, e nānā inā loaʻa kekahi mea i ka 125 degere junction temp ma ka ambient kiʻekiʻe. Pono maʻamau i nā heatsinks a i ʻole ea koi inā ke hoʻololi nei ʻoe ma mua o 50W.

A hoʻāʻo iā ia ma ka mahana. Loaʻa ka hoʻāʻo ʻana o ka lumi ma kahi o 60% o nā pilikia. Loaʻa ka pahu wela - wela ma 70 degere ambient no 8 hola i ke koena -holo wela, hoʻololi paepae puka, piʻi ka capacitor ESR. Ua kūʻai iaʻu i hoʻokahi pule i ka wā i hana maikaʻi ai kahi hoʻolālā ma 25 degere akā ua hoʻopaʻa ʻia ka FET ma 65 degere no ka mea ʻaʻole wau i helu i ka coefficient wela wela o ka paepae.

ʻO ia ka PWM. Manaʻo maʻalahi, nā kikoʻī pau ʻole.

ʻO ka mea hope loa: inā e hana ana ʻoe i nā mea PWM i hoʻopaʻa ʻia i ka pākaukau, mai hoʻokaʻawale i nā kelepona. Ua ho'āʻo i kekahi -inoa pūʻolo lithium i hoʻokahi manawa-ʻaʻole hiki ke hoʻopaʻa i ke au o ka ripple, hāʻule ka uila ma lalo o ka ukana, ʻeleʻele ka ʻōnaehana holoʻokoʻa. Hoʻololi i ka ponopākaukau lithium ionicnā modula me ka helu C- kūpono, ua nalowale ka pilikia. ʻO ka $15 hou no kēlā me kēia ʻeke i hoʻopakele iaʻu mai ʻekolu kelepona kākoʻo i ka pule.