PWM پلس ويڊٿ ماڊليشن لاءِ بيٺل آهي. توهان هڪ مقرر فريڪوئنسي تي وولٽيج کي آن ۽ آف ڪري رهيا آهيو، اوسط پاور ڊليوري کي ڪنٽرول ڪرڻ لاءِ آن-وقت کان آف-وقت جو تناسب تبديل ڪري رهيا آهيو. بس اهو آهي. باقي صرف نتيجن سان معاملو آهي.
بنيادي ميڪانيزم
هڪ 12V سپلائي وٺو هڪ LED ڊرائيونگ جنهن کي 3V جي ضرورت آهي. عام طور تي توهان هڪ ريزسٽر يا لڪير ريگيوليٽر استعمال ڪندا، 9V کي گرميءَ جي طور تي ساڙيو. بيوقوف فضول. PWM سان توهان مڪمل 12V کي ايتري تيزيءَ سان آن ۽ آف ڪريو ٿا جو LED جو حرارتي ماس ان کي سراسري ڪري ٿو. 25% ڊيوٽي چڪر توهان کي تقريباً 3V برابر ڏئي ٿو. LED ڏسي ٿو 12V → 0V → 12V → 0V شايد 1kHz تي، پر اهو ٿڌو نٿو ٿي سگهي ۽ تيزيءَ سان گرم ٿي سگهي ٿو، تنهنڪري چمڪ برقرار رهي ٿي.
تعدد جو معاملو. تمام سست (100Hz کان گهٽ) ۽ توهان کي ڏسڻ ۾ اچي ٿو. ڪجهه ماڻهو 200Hz تائين چمڪندڙ ڏسندا آهن. مان عام طور تي LED ڊمنگ کي 20kHz تي هلائيندو آهيان صرف محفوظ رهڻ لاءِ-جيڪڏهن ڪو ميخانياتي ڪوپلنگ هجي ته ان کي ٻڌڻ جي قابل رينج کان ٻاهر به رکندو آهيان. رفتار کي تبديل ڪرڻ نقصان تي پڻ اثر انداز ڪري ٿو، پر اسان ان کي حاصل ڪنداسين.
رياضي: جيڪڏهن توهان جو عرصو T آهي ۽ وقت تي- وقت ٽي آهي، ڊيوٽي چڪر D=t/T. سادو. پهچائڻ واري پاور تقريبن D × V_supply × I_load آهي، گھٽ ۾ گھٽ نقصان. اهي نقصان آهن جتي شيون دلچسپ ٿين ٿيون.
ڇو ماڻهو ان کي استعمال ڪن ٿا - حقيقي سبب
پهريون سبب: ڪارڪردگي. MOSFET سنترپت ۾ گھٽجي سگھي ٿي 0.1-0.2V مناسب وھندڙن تي. MOSFET بند microamps ٺاهي ٿو. تنهن ڪري توهان يا ته ختم ٿي رهيا آهيو (0.1V × موجوده) يا بنيادي طور تي ڪجھ به نه. انهي جي ڀيٽ ڪريو هڪ لڪير ريگيوليٽر سان 9V ڇڏيندي مڪمل ڪرنٽ تي مسلسل. ڪجھ ڪيسن ۾ بيٽري جي زندگي جو فرق 40-50x آھي، مبالغہ آميز نه آھي.
ٻيو: توهان استعمال ڪري سگهو ٿا سستا بجلي جو سامان. متغير رفتار تي 48V موٽر هلائڻ جي ضرورت آهي؟ اينالاگ ڪنٽرول سان توهان کي قيمتي متغير 0-48V سپلائي جي ضرورت آهي. PWM سان توهان هڪ مقرر ڪيل 48V سپلائي (سستا) ۽ هڪ MOSFET (پڻ سستو) استعمال ڪندا آهيو. ٿي ويو.
ٽيون سبب ڪو به نه ڳالهائيندو آهي: خريداري. ڪوشش ڪريو حجم ۾ هڪ سٺي متغير اينالاگ سپلائي کي سورس ڪرڻ. مهذب ٺاهيندڙن کان ليڊ ٽائمز 26 هفتا گهٽ ۾ گهٽ آهن. MOSFETs؟ ڊجيڪي ۾ هر شي اسٽاڪ ۾ آهي. جڏهن پيداوار توهان تي ڌڪيندي آهي، اهو معاملو BOM قيمت کان وڌيڪ آهي.
حقيقي عملدرآمد مسئلا
EMI توهان کي خراب ڪندو. پهريون ڀيرو مون هڪ اعليٰ-موجوده PWM بورڊ ڪيو (120A DC موٽر لاءِ)، ان ساڳي گاڏي تي CAN بس کي ماري ڇڏيو. خراب نه ٿيل پيڪٽس- مڪمل طور تي مئل. ٻاهر نڪتو ته منهنجي گيٽ ڊرائيو رينگنگ چيسس گرائونڊ ذريعي ملائي رهي هئي، CAN فرق واري جوڙي تي 40V اسپائڪس ٺاهيندي. شامل ڪيل فيرائٽ موتي، چوڌاري ميدان منتقل ڪيا ويا، اڃا به مسئلا هئا. آخرڪار موٽر سپلائي تي هڪ pi فلٽر شامل ڪرڻو پيو ۽ زميني جهازن کي هڪ - پوائنٽ ڪنيڪشن سان الڳ ڪرڻو پيو. ٽي بورڊ revs ورتو.
گيٽ ڊرائيو ڏسڻ کان وڌيڪ سخت آهي. توھان کي پنھنجي ڊرائيور کان MOSFET دروازي تائين گھٽ رڪاوٽ جي ضرورت آھي مون ڏٺو آهي 10nH جو ٽريس انڊڪٽنس سبب 50V وولٽيج اسپائڪس سوئچنگ دوران (V=L × di/dt). اهو 60V ريٽيڊ MOSFET ذريعي پنچ ڪرڻ لاءِ ڪافي آهي. ماڻهو رياضي جي باري ۾ بحث ڪندا آهن پر مون ان کي دائري تي ڏٺو آهي: 3A / ns کي 10nH ۾ تبديل ڪرڻ توهان کي 30V اسپيڪ ڏئي ٿو. سپلائي وولٹیج شامل ڪريو ۽ توھان مطلق وڌ ۾ وڌ درجه بندي کان مٿي آھيو.
پوءِ اتي شوٽ-ٿيو H-پلن ۾. توهان کي گهٽ- طرف FET کي بند ڪرڻ ۽ اعلي- طرف (۽ ان جي برعڪس) کي بند ڪرڻ جي وچ ۾ وقت هجڻ گهرجي. زيرو ڊيڊ ٽائم جو مطلب آهي ٻئي FETs هڪ ئي وقت هلندا آهن-FET چينل جي مزاحمتن ذريعي سڌو سنئون سپلائي کان گرائونڊ تائين. 50A کان 0.01Ω ٻه ڀيرا اڃا تائين 1000A آهي مائڪرو سيڪنڊن لاءِ شيون ڦاٽي پوڻ کان اڳ. ناڪامي موڊ شاندار آهي: سلڪون ۾ ننڍڙو crater، FET مستقل طور تي مختصر ٿي وڃي ٿو، زنجير ۾ هر شيء کي ڪڍي ٿو.
پر تمام گهڻو deadtime ۽ جسم جي diode مئل دور ۾ هلندو آهي. جسماني ڊيوڊ خوفناڪ آهن-هاء فارورڊ ڊراپ (1-2V)، سست بحالي. توهان ڪارڪردگي وڃائي ڇڏيو ۽ وڌيڪ گرمي پيدا ڪريو. واپار بند عام طور تي 100-500ns ڊيٽ ٽائيم هوندو آهي توهان جي FET جي سوئچنگ خاصيتن جي بنياد تي.
تعدد جي چونڊ پڌري نه آهي
هر ڪنهن جي پهرين جبلت: اعلي تعدد=ننڍا inductors/capacitors=سستا. ڪڏهن ڪڏهن سچ. پر مٽائڻ جو نقصان وڌندو آهي تعدد سان-توهان توانائي وڃائي رهيا آهيو هر ڀيري FET جي منتقلي. ESwitching ≈ 0.5 × Vsupply × Iload × (trise + tfall) × fsw. ٻيڻو فریکوئنسي، ٻيڻو سوئچنگ نقصان.
موٽر ڊرائيو لاء، 20kHz عام آهي. مٿي ٻڌڻ لائق، مشيني وقت جي مسلسل پرواه ناهي. پر هڪ ليپ ٽاپ پاور سپلائي ۾ توهان ڏسو ٿا 300kHz-1MHz. ڇو؟ ننڍو مقناطيسي. هڪ 1MHz inductor جسماني طور تي 1/50th سائيز آهي هڪ 20kHz جي هڪ ئي inductance سان. اهو پورٽبل ڊوائيسز لاء تمام وڏو آهي. واپار بند آهي توهان کي تيز FETs (هيٺيون Qg)، بهتر ترتيب، وڌيڪ محتاط ڊرائيور ڊيزائن جي ضرورت آهي.
آڊيو (ڪلاس ڊي amps) هلندو آهي 250kHz-1MHz. 200kHz کان هيٺ ۽ توهان ڪيريئر فريڪوئنسي کي هڪ اعلي-پچ ٿيل وائن وانگر ٻڌي سگهو ٿا. 1MHz کان مٿي ۽ توهان AM ريڊيو مداخلت سان وڙهڻ شروع ڪيو. گهڻيون ڊيزائنون 400-500kHz تي آباد ٿين ٿيون، شايد 50kHz تي گھٽ پاس فلٽر ڪيريئر کي هٽائڻ لاءِ.
حقيقي مثال: هڪ ڀيرو 500kHz بڪ ڪنورٽر ڪيو، بورڊ کي ڇڪڻ لاءِ 1MHz ڏانهن وڃڻ جي ڪوشش ڪئي. ڪارڪردگي گھٽجي وئي 4٪ (88٪ کان 84٪). اهو هڪ 200W سپلائي ۾ 8W اضافي گرمي آهي. هڪ وڏي هيٽ سنڪ جي ضرورت آهي، ننڍي انڊڪٽر کان تمام خلائي بچت وڃائي ڇڏيو. 500kHz تي رھيو.
قرارداد جي حد
8-bit PWM (256 مرحلا) ٺيڪ لڳندو جيستائين توهان ڪوشش نه ڪريو هڪ LED کي 100% کان 0% تائين آسانيءَ سان مدھم ڪرڻ جي. هيٺ ڏنل 10٪ ڊيوٽي چڪر توهان کي روشني ۾ مرحلا مرحلا ملي ٿي. انساني اک logarithmic آهي - گهٽ روشني جي سطح تي تبديلين لاء تمام گهڻو حساس. گھٽ ۾ گھٽ 12-bit (4096 مرحلا) جي ضرورت آھي پوري رينج ۾ سمھڻ لاءِ.
پر ھتي ڪيچ آھي: 12-bit 20kHz تي مطلب توھان کي 20kHz × 4096=81.92MHz ٽائمر گھڙي جي ضرورت آھي. نه سڀئي مائڪرو اهو ڪري سگھن ٿا. ۽ جيڪڏھن توھان کي 12-bit تي گھڻن آزاد PWM چينلز جي ضرورت آھي، توھان ڳولي رھيا آھيو وقف ٽائمر پرديئرز يا FPGA.
حل: 8-bit PWM استعمال ڪريو پر تعدد کي متحرڪ طور تي ترتيب ڏيو. تيز روشنيءَ تي 20kHz هلندي، گهٽ روشنيءَ تي 100Hz تائين. توهان کي بهتر قدم ڏئي ٿو جتي توهان کي انهن جي ضرورت آهي. پر ھاڻي توھان وٽ ڊيل ڪرڻ لاءِ variable-frequency EMI آھي. ڪجھ به مفت ناهي.
جڏهن شيون وڏيون ٿين ٿيون
صنعتي VFDs (متغير فریکوئنسي ڊرائيو) 480VAC تي سوين ايم پي ايس کي سوئچ ڪريو. ڪنٽرول حڪمت عملي وڌيڪ پيچيده آهي-اسپيس ویکٹر ماڊلوليشن، فيلڊ-اورينٽيڊ ڪنٽرول، جيڪو به هجي-پر ان جي هيٺان اڃا به PWM ڇهن IGBTs کي ٽن-مرحلي پل ۾ تبديل ڪري رهيو آهي.
هن پيماني تي اختلاف:
گيٽ ڊرائيورن کي 15V ڌار ڌار سامان جي ضرورت آهي. اھو آھي 6 ڌار ڌار سپلاءِ 680VDC تائين مختلف امڪانن تي فلوٽنگ (rectified 480VAC). هر ڊرائيور کي پنهنجي طاقت جي ضرورت آهي، ان جي پنهنجي دروازي جي مزاحمت (0.5-2Ω عام)، ان جي پنهنجي اوورڪرنٽ تحفظ.
ڊيڊ ٽائيم 2-5µs تائين وڌي ٿو ڇاڪاڻ ته IGBTs MOSFETs کان سست آهن
dv/dt فلٽر آئوٽ پُٽ تي ڇو ته موٽر ڪيبل ڪيپيسيٽينس ۽ تيز سوئچنگ ايجز وڏي عام-موڊ ڪرنٽ جو سبب بڻجن ٿا. مون هڪ 5HP موٽر ڪيبل تي عام-موڊ ڪرنٽ جو 20A ماپ ڪيو آهي، مڪمل طور تي موٽر ڪرنٽ کان الڳ. انهي ڪري توهان کي ڍڪيل ڪيبل ۽ مناسب گرائونڊنگ جي ضرورت آهي.
حرارتي: 50kW تي به 2٪ نقصان 1kW گرمي آهي. وهڪري جي سوئچز ۽ گرمي پد جي وچ ۾ پاڻي جي کولنگ. جيڪڏهن ٿڌي وهڪري جي حد کان هيٺ ٿي وڃي ٿي، ڪنٽرولر فوري طور تي ٻاھرين کي غير فعال ڪري ٿو. ڏٺو ويو سسٽم ساڙيو ڇو ته ڪو ماڻهو کولنٽ جي سطح کي جانچڻ وساري ويو.
اجزاء جي چونڊ عجيب ٿي ويندي آهي. 100A لڳاتار لاءِ IGBT ريٽيڊ ٿي سگھي ٿو صرف 80A کي 50 درجا محيط تي، 60A تي 70 درجا. پر هڪ وڏي موٽر شروع ڪرڻ سان ڪيترن ئي سيڪنڊن لاءِ 6x ريٽيڊ ڪرنٽ ڇڪي ٿو. تنهنڪري توهان چوٽي لاءِ ماپ ڪريو، مستحڪم نه-رياست، پوءِ درجه حرارت لاءِ derate. "100A" ايپليڪيشن لاءِ 300A IGBT سان ختم ڪريو. BOM قيمت خريداري کي تمام ناخوش ڪري ٿو.
مائڪرو ڪنٽرولر خاصيتون
STM32 ٽائمر: گھڻا آھن 16-bit PWM، ڪجھ ماڊل 32-bit ڏانھن وڃو پر توھان کي گھٽ ۾ گھٽ ضرورت آھي. ڇا وڌيڪ اهم آهي موازنہ چينلز جو تعداد ۽ ضمني پيداوار. TIM1 ۽ TIM8 تي F4 سيريز ۾ چار موازنہ چينل آهن هر هڪ کي پورو ڪرڻ واري پيداوار ۽ پروگرام جي قابل ڊيڊ ٽائيم داخل ڪرڻ سان. موٽر ڪنٽرول لاء ڀرپور.
مسئلو: هڪ ٽائمر تي سڀ PWM چينل هڪ ئي ڪائونٽر تي هم وقت ٿين ٿا. جيڪڏهن توهان کي آزاد تعدد جي ضرورت آهي، توهان کي الڳ ٽائمر جي ضرورت آهي. ۽ ترقي يافته خاصيتن سان گڏ صرف ڪيترائي ٽائمر آهن. STM32F4 تي توهان حاصل ڪريو TIM1، TIM8 ترقي يافته ڪنٽرول لاءِ. بنيادي PWM لاءِ TIM2-5. TIM9-14 16-bit آهن بغير وقت جي نسل جي. توهان تيزيءَ سان هلندا آهيو جيڪڏهن ايپليڪيشن کي ڪيترن ئي الڳ ٿيل PWM سگنلن جي ضرورت آهي.
ڊزائينز ڏٺا جتي اهي سافٽ ويئر ۾ بٽ- بينگ PWM ڇاڪاڻ ته اهي ٽائمر چينلز ختم ٿي ويا آهن. خوفناڪ خيال. جٽار، سي پي يو اوور هيڊ، ترجيحي ڦيرڦار جڏهن ٻيا مداخلت ڪندا فائر. وڌيڪ ٽائمرز سان مائڪرو لاءِ صرف اضافي $2 ادا ڪريو يا ٻاهرين PWM IC استعمال ڪريو (جهڙوڪ PCA9685). توهان جو مستقبل خود توهان جي مهرباني ڪندو.
ESP32 وٽ 16 PWM چينل آھن LED PWM پردي کي استعمال ڪندي. تمام سٺو آواز آهي، سواءِ اهي سڀ هڪ 80MHz APB ڪلاڪ مان نڪتل آهن ۽ گروپن ۾ تقسيم ڪندڙ حصيداري ڪريو. مختلف تعدد چاهيو ٿا؟ اميد ته اهي عددي تناسب آهن. پڻ قرارداد گھٽجي ٿي جيئن تعدد وڌائي ٿي ڇو ته اھو ساڳيو بنيادي گھڙي استعمال ڪري رھيو آھي. 20kHz تي توهان 12-bit حاصل ڪندا آهيو، 40kHz تي توهان 11-bit تائين هيٺ آهيو، وغيره. Datasheet اهو واضح نٿو ڪري.
وڌيڪ غير معمولي شيون
اسپريڊ- اسپيڪٽرم PWM: فڪسڊ فريڪوئنسي جي بدران، توهان ان کي ±10٪ بي ترتيب سان ڦيرايو. EMI کي وسيع فريڪئنسي رينج ۾ پکڙي ٿو، چوٽي جي اخراج کي گھٽائي ٿو. FCC/CE ٽيسٽ پاس ڪرڻ ۾ مدد ڪري ٿو بغير فلٽرنگ هارڊويئر جي. گهڻيون جديد SMPS چپس ۾ هي ٺهيل آهي. Cypress PSoC توهان کي ڊيٿرنگ پيٽرن کي ڪنٽرول ڪرڻ جي اجازت ڏئي ٿو-sawtooth, triangular, pseudo random.
Interleaved PWM: ڪيترن ئي ڪنورٽرز کي مرحلي کان ٻاهر هلائي. 180 ڊگري فيز شفٽ تي ٻه ڪنورٽرز جو مطلب آهي ان پٽ ڪيپيسيٽر اڌ ريپل ڪرنٽ کي ڏسي ٿو. 90 درجا فيز شفٽ تي چار ڪنورٽر-رپل جي چوٿين. پر هاڻي توهان کي چينلز ۽ لوڊ بيلنس جي وچ ۾ صحيح مرحلي جي هم وقت سازي جي ضرورت آهي انهي ڪري اهي موجوده برابر حصيداري ڪن ٿا. عام طور تي هڪ وقف ڪنٽرولر IC جي ضرورت آهي جيستائين توهان جي مائڪرو ڪافي وسيلا نه آهي.
GaN FETs 10ns کان گھٽ ۾ تبديل ڪري سگھن ٿا. کولي ٿو 10MHz+ PWM فريڪوئنسيز-انڊڪٽر ننڍا ٿي وڃن ٿا، لڳ ڀڳ صرف PCB جا نشان. پر: بورڊ جي ترتيب نازڪ آهي، گيٽ ڊرائيو کي سنجيده ڌيان جي ضرورت آهي، ڪنهن به انسائيڪلوپيڊيا کي وڏي اوور شوٽ جو سبب بڻائيندو آهي. شروعات ڪندڙن لاءِ نه. 2x VDD ڏانهن هڪ GaN ڊيزائن جي انگوزي ڏٺو ڇو ته ڪنهن ماڻهو استعمال ڪيو معياري گيٽ ڊرائيور 5 سينٽي ميٽرن سان گڏ. FET بچي نه سگهيو.
جيڪو مان اصل ۾ ڪريان ٿو
گهڻين شين لاءِ: 20kHz، هارڊويئر ٽائمر PWM، 10-bit ريزوليوشن. موٽر ڪنٽرول ۽ LED dimming لاء ڪافي. گيٽ ڊرائيور شامل ڪريو IC (2A چوٽي موجوده گھٽ ۾ گھٽ)، گھٽ-ESR سيرامڪ ڪيپس ساڄي طرف FET ڊرين تي، فٽ گرائونڊ جهاز. پهرين پروٽوٽائپ تي اسڪوپ سان سوئچنگ waveforms کي چيڪ ڪريو، هڪ ڀيرو ٻيهر ورجائڻ جي اميد رکو.
10A کان مٿي ڪنهن به شيءِ لاءِ مسلسل، ترتيب کان اڳ حرارتي تخليق. مان ANSYS استعمال ڪريان ٿو پر اڃا به بنيادي FEA سڀ کان وڌيڪ مسئلا پڪڙي ٿو. ٽامي جي پرت کي ٻاھر ڪڍو نقصانن سان گڏ گرمي جا ذريعا، حد جون حالتون مقرر ڪريو، چيڪ ڪريو ته ڇا ڪا شيءِ 125 درجا جنڪشن temp تي وڌ ۾ وڌ محيط تي اچي ٿي. جيڪڏهن توهان 50W کان وڌيڪ سوئچنگ ڪري رهيا آهيو ته عام طور تي گرمي پد يا زبردستي هوا جي ضرورت آهي.
۽ ان کي درجه حرارت تي آزمايو. ڪمري جي درجه بندي جي جاچ ٿي سگھي ٿي 60 سيڪڙو مسئلن کي. گرم-باڪس 70 ڊگري ايمبيئنٽ تي 8 ڪلاڪن لاءِ باقي ڳولي ٿو-تھرمل رن وي، گيٽ جي حد جي شفٽ، ڪيپيسيٽر ESR وڌائي. مون کي هفتي ۾ هڪ ڀيرو خرچ ڪيو جڏهن هڪ ڊزائن 25 درجا تي ٺيڪ ڪم ڪيو پر FET 65 درجا تي لٿو ڇو ته مون حد تائين وولٹیج جي درجه حرارت جي کوٽائي جو حساب نه ڪيو.
اهو PWM آهي. سادي تصور، لامحدود تفصيل.
اهو PWM آهي. سادي تصور، لامحدود تفصيل.
آخري شيءِ: جيڪڏهن توهان بيٽري-پاورڊ PWM شيون ڪري رهيا آهيو، سيلز تي سستو نه ڪريو. ڪوشش ڪئي ڪجھ نه-نالو ليٿيم پيڪ هڪ ڀيرو-رپبل ڪرنٽ کي سنڀالي نه سگهيو، وولٽيج لوڊ هيٺ سڪي ويو، سڄو سسٽم خراب ٿي ويو. تبديل ٿيل صحيحionic lithium جي بيٽريسٺي C- جي درجه بندي سان ماڊل، مسئلو غائب. اضافي $15 في پيڪ مون کي هفتي ۾ ٽن سپورٽ ڪالن کان بچايو.
