Circuit PWM à onde sinusoïdale (SPWM) utilisant Opamp

SPWM fait référence à la modulation de largeur d'impulsion d'onde sinusoïdale qui est un arrangement de largeur d'impulsion dans lequel les impulsions sont plus étroites au début, qui s'élargissent progressivement au milieu, puis de nouveau plus étroites à la fin de l'arrangement. Cet ensemble d'impulsions, lorsqu'il est mis en œuvre dans une application inductive comme un onduleur, permet de transformer la sortie en une forme d'onde sinusoïdale exponentielle, qui peut sembler exactement identique à une forme d'onde sinusoïdale conventionnelle du réseau,

L'acquisition d'une sortie sinusoïdale d'un onduleur peut être la caractéristique la plus cruciale et la plus avantageuse pour rendre une efficacité maximale à l'unité, en termes de qualité de sortie. Apprenons à créer un PWM sinusoïdal ou un SPWM à l'aide d'un ampli-op.

Simuler une forme d'onde sinusoïdale n'est pas facile

L'obtention d'une sortie d'onde sinusoïdale peut être assez complexe et peut ne pas être recommandée pour les onduleurs, car les appareils électroniques n'aiment pas normalement les courants ou les tensions à augmentation exponentielle. Étant donné que les onduleurs sont essentiellement fabriqués à l'aide de dispositifs électroniques à semi-conducteurs, une forme d'onde sinusoïdale est normalement évitée.

Les dispositifs électroniques de puissance lorsqu'ils sont forcés de fonctionner avec des ondes sinusoïdales produisent des résultats inefficaces car les dispositifs ont tendance à devenir relativement plus chauds que lorsqu'ils sont utilisés avec des impulsions carrées.

Donc, la meilleure option suivante pour mettre en œuvre un onde sinusoïdale d'un onduleur est par la voie de PWM, qui signifie modulation de largeur d'impulsion.

PWM est un moyen avancé (variante numérique) de produire une forme d'onde exponentielle à travers une largeur d'impulsion carrée variant proportionnellement dont la valeur nette est calculée pour correspondre exactement à la valeur nette d'une forme d'onde exponentielle sélectionnée, ici la valeur `` nette '' se réfère à la valeur RMS. Par conséquent, un PWM parfaitement calculé en référence à une onde sinusoïdale donnée peut être utilisé comme un équivalent parfait pour reproduire l'onde sinusoïdale donnée.

De plus, les PWM deviennent idéalement compatibles avec les dispositifs d'alimentation électroniques (mosfets, BJT, IGBTS) et leur permettent de fonctionner avec une dissipation thermique minimale.

Cependant, générer ou créer des formes d'onde PWM sinusoïdales est normalement considéré comme complexe, et c'est parce que l'implémentation n'est pas facile à simuler dans l'esprit.

Même moi, j'ai dû faire un brainstorming avant de pouvoir simuler correctement la fonction à travers une réflexion et une imagination intenses.

Qu'est-ce que SPWM

La méthode connue la plus simple pour générer un PWM sinusoïdal (SPWM) consiste à envoyer un couple de signaux variant de manière exponentielle à l'entrée d'un amplificateur opérationnel pour le traitement requis. Parmi les deux signaux d'entrée, l'un doit être beaucoup plus élevé dans sa fréquence par rapport à l'autre.

Le IC 555 peut également être utilisé efficacement pour générer des PWM équivalents sinusoïdaux , en incorporant ses amplificateurs opérationnels intégrés et un circuit générateur de rampe triangulaire R / C.

La discussion suivante vous aidera à comprendre toute la procédure.

Les nouveaux amateurs et même les professionnels trouveront maintenant assez facile de comprendre comment les PWM à onde sinusoïdale (SPWM) sont implémentées en traitant quelques signaux à l'aide d'un opamp, découvrons-le à l'aide du diagramme suivant et de la simulation.

Utilisation de deux signaux d'entrée

Comme mentionné dans la section précédente, la procédure implique l'alimentation de deux formes d'onde variant de manière exponentielle aux entrées d'un amplificateur opérationnel.

Ici, l'amplificateur opérationnel est configuré comme un comparateur typique, nous pouvons donc supposer que l'amplificateur opérationnel commencera instantanément à comparer les niveaux de tension instantanés de ces deux formes d'onde superposées au moment où celles-ci apparaissent ou sont appliquées à ses entrées.

Afin de permettre à l'amplificateur opérationnel d'implémenter correctement les PWM sinusoïdales requises à sa sortie, il est impératif que l'un des signaux ait une fréquence beaucoup plus élevée que l'autre. La fréquence la plus lente ici est celle qui est censée être l'échantillon d'onde sinusoïdale qui doit être imitée (répliquée) par les PWM.

Idéalement, les deux signaux doivent être des ondes sinusoïdales (l'une avec une fréquence plus élevée que l'autre), mais la même chose peut également être mise en œuvre en incorporant une onde triangulaire (haute fréquence) et une onde sinusoïdale (onde échantillon à basse fréquence).

Comme on peut le voir sur les images suivantes, le signal haute fréquence est invariablement appliqué à l'entrée inverseuse (-) de l'amplificateur opérationnel, tandis que l'autre onde sinusoïdale plus lente est appliquée à l'entrée non inverseuse (+) de l'amplificateur opérationnel.

Dans le pire des cas, les deux signaux peuvent être des ondes triangulaires avec les niveaux de fréquence recommandés comme indiqué ci-dessus. Pourtant, cela vous aiderait à obtenir un PWM équivalent à onde sinusoïdale raisonnablement bon.

Le signal avec la fréquence la plus élevée est appelé signal de porteuse, tandis que le signal d'échantillonnage le plus lent est appelé entrée de modulation.

Création d'un SPWM avec une onde triangulaire et une onde sinusoïdale

En se référant à la figure ci-dessus, nous pouvons clairement visualiser à travers des points tracés les différents points de tension coïncidant ou se chevauchant des deux signaux sur une période de temps donnée.

L'axe horizontal signifie la période de temps de la forme d'onde, tandis que l'axe vertical indique les niveaux de tension des deux formes d'onde superposées fonctionnant simultanément.

La figure nous informe sur la façon dont l'amplificateur opérationnel répondrait aux niveaux de tension instantanés coïncidants illustrés des deux formes d'onde et produirait une onde sinusoïdale PWM variant en conséquence à sa sortie.

La procédure n'est en fait pas si difficile à imaginer. L'ampli op compare simplement les niveaux de tension instantanés variables de l'onde triangulaire rapide avec l'onde sinusoïdale relativement beaucoup plus lente (cela peut également être une onde triangulaire), et vérifie les cas pendant lesquels la tension de la forme d'onde triangulaire peut être inférieure à la tension de l'onde sinusoïdale et répond instantanément. créer une logique élevée à ses sorties.

Ceci est maintenu tant que le potentiel de l'onde triangulaire continue à être inférieur au potentiel de l'onde sinusoïdale, et au moment où le potentiel de l'onde sinusoïdale est détecté comme étant inférieur au potentiel de l'onde triangulaire instantanée, les sorties reviennent avec un bas et se maintiennent jusqu'à ce que la situation revienne. .

Cette comparaison continue des niveaux de potentiel instantanés des deux formes d'onde superposées sur les deux entrées des amplificateurs opérationnels conduit à la création des PWM variant en conséquence qui peuvent être exactement la réplication de la forme d'onde sinusoïdale appliquée sur l'entrée non inverseuse de l'amplificateur opérationnel.

Opamp Procession du SPWM

L'image suivante montre la simulation au ralenti de l'opération ci-dessus:

Ici, nous pouvons assister à la mise en œuvre pratique de l'explication ci-dessus, et c'est tout à fait ainsi que l'opamp exécuterait la même chose (bien qu'à un rythme beaucoup plus rapide, en ms).

La figure supérieure montre une représentation SPWM légèrement plus précise que le deuxième diagramme de défilement, c'est parce que dans la première figure, j'avais le confort de la mise en page graphique en arrière-plan alors que dans le deuxième diagramme simulé, je devais tracer la même chose sans l'aide de les coordonnées du graphique, donc j'aurais peut-être manqué quelques-uns des points coïncidents et donc les sorties semblent un peu inexactes par rapport au premier.

Néanmoins, l'opération est assez évidente et fait ressortir clairement comment un amplificateur opérationnel est censé traiter une onde sinusoïdale PWM en comparant deux signaux variant simultanément à ses entrées, comme expliqué dans les sections précédentes.

En fait, un opamp traiterait les PWM à onde sinusoïdale beaucoup plus précisément que la simulation illustrée ci-dessus, peut être 100 fois mieux, produisant des PWM extrêmement uniformes et bien dimensionnés correspondant à l'échantillon alimenté. onde sinusoïdale.

Schéma