PWM em wanem samting?

PWM i makim Puls Wid Modulasen. Yu stap switjem voltej long wan fiks frikwensi, jenisim reshio blong on-}taem blong kontrolem averes paoa delivery. Em tasol. Ol narapela samting i wok long dil tasol wantaim ol samting i kamap bihain.

Tekem wan 12V saplae we i draevem wan LED we i nidim 3V. Nomal bai yu yusim wanpela resistor o linear reguleta, kukim 9V olsem hat. Ol pipia i stupid. Wetem PWM yu switjem ful 12V on mo of spid inaf we thermal mass blong LED i averesem i aot. 25% diuti saekol i givim yu samples 3V ikwil. LED i lukim 12V → 0V → 12V → 0V long ating 1kHz, tasol em i no inap kol daun na hatim hariap olsem, olsem na lait i stap wankain.

Frekwensi i impoten. slo tumas (aninit long 100Hz) na yu kisim flicker yu inap lukim. Sampela manmeri i lukim flicker i go inap long 200Hz. Mi save ranim LED dimming long 20kHz long stap seif tasol bilong stap sef-}} tu i save holim em i no inap long harim sapos i gat wanpela mekanik kapol. Switching spit i save afektim ol lus tu, tasol mipela bai kamap long dispela.

Matematik: sapos taim bilong yu em T na long-}taim em t, diuti saikel D =} t/T. Isi. Pawa ol i givim em i klostu D × V_saplai × I_lodim, ol lus bilong rausim. Ol lus ia oli ples we ol samting oli kam intresting.

Namba wan as: gutpela wok. MOSFET long ol drop bilong saturesen ating 0.1-0.2V long ol gutpela karent. MOSFET off i save pulim ol maikroamp. Olsem na yu wok long rausim (0.1V × karent) o yu no gat wanpela samting. Skelim dispela wantaim wanpela linear reguleta i dropim 9V long ful karent i go het oltaim. Difrens blong laef blong bateri i 40-50x long sam kes, i no mekem tumas samting i go antap.

Namba tu: yu ken yusim ol pawa saplai i no gat bikpela pe. Nid blong draevem wan 48V motor long variebol spid? Wetem analog kontrol yu nidim wan sas variebol 0-48V saplae. Wetem PWM yu yusum wan fiks 48V saplae (jip) mo wan MOSFET (i jip tu). Mekim.

Namba tri as na i no gat wanpela i toktok long: prokiumen. Traem blong sosem wan gudfala variebol analog saplae long volium. Ol led taim em 26 wik minimam long ol gutpela kampani. Ol MOSFET? Olgeta samting i stap long stok long Digikey. Taim prodaksen i singaut long yu, dispela i bikpela samting moa long BOM kos.

PWM

EMI bai skruim yu. Namba wan taim mi bin mekim wanpela hai-}}manpela PWM bod (120A bilong wanpela DC moto), em i kilim CAN bas long wankain kar. I no ol paket i bagarap pinis- i dai olgeta. I kam aot se get draev blong mi i ring i stap kapling tru long chassis graon, i mekem 40V spike long CAN diferensial pe. Ol bis we oli gat ol bis we oli gat ol bis, oli muvum graon raon, oli gat ol problem yet. Bihain ol i mas putim wanpela pi filta long moto saplai na separetim ol plen bilong graun wantaim wanpela-point koneksen. I kisim tripela bod revs.

Geit draiv i hat moa long lukluk bilong en. Yu nidim liklik impedens long draiva bilong yu i go long MOSFET geit-race induktans samting long bikpela di/dt. Mi bin lukim 10nH bilong mak induktans i save kamapim 50V voltej spikes long taim bilong switching (V= L × di/dt). Em inap long paitim wanpela 60V reit MOSFET. Ol manmeri i tok pait long matematiks tasol mi bin lukim long skop: 3A/ns i senisim karent i go long 10nH i givim yu 30V spike. Addem saplae voltej mo yu stap ova long absolut maksimal reiting.

Orait i gat sut-tru long H-rij. Yu MAS gat dai taim namel long pasim low-sait FET na tanim long hai-sait (na vice versa). Zero daitaim i min olsem tupela FET i save mekim wankain taim-dairekt long sot long saplai i go inap long graun long rot bilong FET senel resistens. 50A i go inap 0.01Ω tupela taim i stap yet 1000A bilong ol maikrosekon pastaim long ol samting i pairap. Fil mode i luk nais tru: liklik hul long silikon, FET i go sot oltaim, i rausim olgeta narapela samting long sen.

Tasol planti taim bilong dai na daiode bilong bodi i save mekim long taim bilong dai. Ol daiod bilong bodi i nogut tru-'hai fowod drop (1{5}}2V), isi isi kamap orait gen. Yu lusim gutpela wok na kamapim moa hat. Tred-off i save stap olsem 100-500s dai taim i dipen long FET bilong yu long senisim pasin bilong yu.

Namba wan instink bilong olgeta manmeri: bikpela frikwensi=liklik indukta/kapasita=cheap moa. Sampela taim i tru. Tasol senisim ol lus i go antap wantaim frikwensi-… yu wok long lusim eneji olgeta taim ol FET transisen. ESwitching ≈ 0.5 × Vsaplai × Ilod × (trise + tfol) × fsw. Dabol frekwensi, dabol switsing lus.

Long ol moto draiv, 20kHz i save kamap planti taim. Antap long ol samting ol i ken harim, ol taim bilong wokim ol samting bilong masin i no save tingim. Tasol long laptop pawa saplai yu lukim 300kHz-1MHz. Bilong wanem? Ol liklik magnetik. Wanpela 1MHz induktor em i 1/50 long bodi 1/50 long sais bilong 20kHz wanpela wantaim wankain induktans. Em i bikpela samting tru long ol samting ol inap karim i go i kam. Tred-off em yu nidim ol FET i hariap moa (Qg i daunbilo), gutpela layout, moa lukaut draiva disain.

Odio (Klas D amp) i ran 250kHz{{4}1MHz. Aninit long 200kHz na yu ken harim karia frikwensi olsem wanpela hai-pitch krai. Antap long 1MHz na yu stat long pait wantaim AM redio intaferens. Planti disain i save sindaun long 400-500kHz, filta i no pas gut long ating 50kHz long rausim kari.

Eksampel tru: wanpela 500kHz buck konveta i bin mekim wanpela taim, i bin traim long go long 1MHz long daunim bod. Efisiensi i bin go daun 4% (88% i go long 84%). Em i 8W ekstra hat long 200W saplai. Nidim wan bigfala hitsink, i lusum evri spes sevings long smol indukta. Stap long 500kHz.

PWM

8-bit PWM (256 step) i krai gut inap yu traim long daunim wanpela LED gut long 100% i go long 0%. Aninit long 10% diuti saikel yu kisim ol step yu inap lukim long lait. Ai bilong ol man i save pilim tru ol senis long ol senis long liklik lait. Nidim 12-bit (4096 step) minimam blong smut dimming krosem ful ranj.

Tasol hia em i kisim: 12-bit long 20kHz i min olsem yu nidim 20kHz × 4096=81.92MHz taim klok. I no olgeta maikros inap mekim olsem. Na sapos yu nidim planti indipenden PWM senel long 12-bit, yu lukluk long ol dediket taim periferal o FPGA.

Wokabaut: yusim 8-bit PWM tasol stretim frikwensi dainamiks. Long bikpela lait i ran 20kHz, long liklik lait i go daun long 100Hz. Givim yu ol gutpela step long hap yu nidim ol. Tasol nau yu gat variebol-frikwensi EMI long dil wantaim. I no gat wanpela samting i fri.

Indastrial VFD (ol frikwensi draiv) i save senisim planti handet amp long 480VAC. Kontrol strateji em i moa kompleks-speis vektor modulesen, fil-oriented kontrol, wanem-tasol aninit long em i stap yet PWM i senisim 6-pela IGBT long wanpela tri{{5}feis bris.

Ol difrens long skel ia:

Ol draiva bilong geit i nidim 15V saplai i stap wanpis. Em i 6-pela saplai i stap wanpis i flot long ol narapela narapela potensial inap long 680VDC (ol i bin stretim 480VAC). Wanwan draiva i nidim pawa bilong em yet, geit resistor bilong em yet (0.5-2Ω i save kamap bihain), em i save lukautim em yet i save kisim planti mani.

Dedtaim i go antap long 2-5μs bikos ol IGBT i slo moa long ol MOSFET

dv/dt filta long autput bikos moto kebol kapasitens na ol eds switching eds i save kamapim ol bikpela komon{0}} mode karent. Mi bin mesarem 20A blong komon-mode karent long wan 5HP motor kebol, mi seperet fulwan long motor karent. Em olsem na yu mas i gat ol kebol ol i bin pasim na graun i stap gut.

Thermal: iven 2% lus long 50kW em 1kW bilong hat. Wota kol wantaim ol swit bilong flow na ol intalok bilong tempereja. Sapos kolsan ron i go daun aninit long mak, kontrola i pasim ol autput kwiktaim. Ol sistem bilong lukim ol sistem i paia bikos wanpela i lusim tingting long sekim mak bilong kolsan.

Seleksen bilong komponen i kamap narakain. Wanpela IGBT i gat mak bilong 100A kontinu inap long lukautim 80A tasol long 50 digri ambient, 60A long 70 digri . Tasol statim wanpela bikpela moto i pulim 6x reit karent inap sampela seken. So yu sais bilong mak bilong mak, i no stedi-este, bihain yu deretim long tempereja. End up wetem wan 300A IGBT blong wan "100A" aplikesen. BOM kos i mekim prokiumen i no amamas tru.

Ol taim bilong STM32: planti i gat 16-bit PWM, sampela model i save go long 32-bit tasol yu no save nidim planti taim. Wanem samting i bikpela samting moa em namba bilong ol skelim senel na ol komplimentari autput. TIM1 na TIM8 long F4 seris i gat fopela skelim senel wanwan wantaim ol komplimentari autput na programmable dai taim insersen. I stret gud blong kontrolem moto.

Problem: olgeta PWM senel long wanpela taim ol i sinkron i go long wankain kaunta. Sapos yu nidim ol indipenden frikwensi, yu nidim ol seperet taim. Na i gat planti taim tasol i gat ol gutpela samting. Long STM32F4 yu kisim TIM1, TIM8 bilong kisim gutpela kontrol. TIM2-5 bilong besik PWM. TIM9-14 em 16-bit i no gat daitaim jeneresen. Yu ran aut hariap sapos aplikesen i nidim planti PWM signal i stap wanpis.

Lukim ol disain we ol i bit-bang PWM long softwea bikos ol i pinis long ol taima senel. Tingting nogut tru. Jitter, CPU ovahed, praioriti invesen taim ol narapela i katim paia. Peim tasol ekstra $2 bilong wanpela maikro wantaim moa taima o yusim wanpela ekstenel PWM IC (olsem PCA9685). Yu yet bai tok tenkyu long yu long bihain.

ESP32 i gat 16 PWM senel yusim LED PWM peripheral. I saon gud tumas, be olgeta evriwan oli kamaot long wan 80MHz APB klok mo serem ol divaes long ol grup. Wantem ol difren frikwensi? Hope oli ol inteja resio. Mo tu resolusen i go daon taem frikwensi i stap kam antap from se hem i stap yusum sem bes klok. Long 20kHz yu kisim 12-bit, long 40kHz yu go daun long 11-bit, na ol narapela samting. Datasheet i no mekim dispela i kamap klia.

Spredim-spektrum PWM: na noken long fiks frikwensi, yu ditherim ±10% long random rot. Spredim EMI i go long wanpela bikpela frikwensi reinj, i daunim mak bilong emisen. I helpem blong pasem FCC/CE testing we i no gat tumas hadwea blong filterem. Planti ol SMPS chips bilong nau i gat dispela i stap insait. Saipres PCoC i larim yu i kontrolim pasin bilong daunim pasin bilong daunim mak bilong ol samting i stap longwe —{6}}'sawot, triangular, giaman tok-}random.

PWM i stap namel: ranim planti konveta aut long hap. Tupela konveta long 180 digri fez sift i min olsem input kapasitor i lukim hap bilong ripple karent. Fopela konveta long 90 digri fez shift-kota ripple. Tasol nau yu nidim stretpela fez sinkronisasen namel long ol senel na lod balensing bai ol i serim karent wankain. Planti taim i nidim wanpela dediket kontrola IC sapos maikro bilong yu i no gat inap risos.

Ol GN FET i save swit insaed anda long 10 yia. I open 10MHz+ PWM frikwensi-ol man we oli mekem ol samting oli kam smol, kolosap ol PCB mak nomo. Tasol: bod leit em i bikpela samting, geit draiv i nidim bikpela luksave, wanem induktans i kamapim bikpela ovasut. I no blong ol man we oli jes stat. Lukim wanpela GaN disain ring i go long 2x VDD bikos wanpela i yusim wanpela standet geit draiva wantaim 5cm bilong tras longpela. FET i no bin stap laip.

PWM

Long planti samting: 20kHz, taima bilong hatwea PWM, 10-bit resolusen. Planti bilong kontrolim moto na LED i go daun. Addim wan get draeva IC (2A pik karent minimam), ol low-ESR seramik kap we i stret long FET dren, gris graon plen. Jekem ol switjing wevfom wetem wan skop long fes prototaep, ekspektem blong iterate wan taem.

Long eni samting we i stap antap long 10A kontinu, thermal simulation bifo layout. Mi yusim ANSA tasol maski ol besik FEA i kisim planti hevi. Ekspotem ol kopa leja wetem ol lus olsem ol ples blong hot, setem ol kondisen blong baondri, jekem sapos eni samting i kasem 125 digri junksen tem long maks ambient. Planti taim yu nidim hatsink o fos win sapos yu wok long senisim moa long 50W.

Na traim long taim bilong san. Rum temp testing i kisim ating 60% bilong ol isu. Hot-}boks long 70 digri ambient inap 8-pela aua i painim narapela i stap long dispela taim-themal ranwei, geit threshold sift, kapasitor ESR inkris. Kostim mi wanpela wik wanpela taim taim wanpela disain i wok gut long 25 digri tasol FET i pas long 65 digri bikos mi no bin akauntim threshold voltej tempereja koefisen.

Em PWM. Simpol konsep, ol ditel we i no gat en.

Laspela samting: sapos yu wok long mekim bateri-pawa PWM samting, noken jip aut long ol sel. Traim sampela no-… nem bilong ol litiam pek wanpela taim-}}} i no inap long handelim ripple karent, voltej i pundaun aninit long lod, ful sistem i braun aut. Switsim i go long stretionik litiam bateriol modul i gat gutpela C-reit, hevi i pinis. Dispela ekstra $15 long wan wan pek i bin sevim mi long tripela sapot kol long wanpela wik.