Recientemente encontré un problema cuando estaba trabajando en una fuente de alimentación conmutada. El ancho de pulso de pwm cambia, pero el voltaje de salida no cambia y permanece en un valor mayor.
1. Discusión del modo de control
1. Circuito analógico
El valor de la señal analógica puede cambiar continuamente y la resolución de tiempo y amplitud no lo es. limitado. Una batería de 9V es un dispositivo analógico porque su voltaje de salida no es exactamente igual a 9V, sino que cambia con el tiempo y puede tomar cualquier valor real. De manera similar, la corriente extraída de la batería no se limita a un conjunto de valores posibles. La diferencia entre señales analógicas y digitales es que los valores de estas últimas normalmente sólo pueden pertenecer a un conjunto predeterminado de valores posibles, como por ejemplo {0V.
Los voltajes y corrientes analógicos se pueden utilizar directamente para controlar, como por ejemplo el volumen de la radio de un coche. En una radio analógica simple, la perilla de volumen está conectada a una resistencia variable. A medida que se gira la perilla, el valor de resistencia aumenta o disminuye. La corriente que fluye a través de esta resistencia también aumentará o disminuirá, cambiando así el valor de corriente que impulsa el altavoz, lo que hará que el volumen aumente o disminuya en consecuencia. Como una radio, la salida de un circuito analógico es linealmente proporcional a la entrada.
Aunque el control analógico parece intuitivo y sencillo, no siempre resulta muy económico ni factible. Uno de ellos es que los circuitos analógicos tienden a desviarse con el tiempo, lo que dificulta su ajuste. El sofisticado circuito analógico que resolvería este problema probablemente sería muy grande, engorroso (como un viejo estéreo doméstico) y caro. Los circuitos analógicos también pueden generar una cantidad significativa de calor, con una disipación de potencia proporcional al producto del voltaje y la corriente a través del componente de trabajo. Los circuitos analógicos también pueden ser sensibles al ruido, y cualquier perturbación o ruido ciertamente cambiará el valor actual.
2. Control digital
Al controlar digitalmente los circuitos analógicos, se puede reducir considerablemente el coste y el consumo de energía del sistema. Además, muchos microcontroladores y DSP ya incluyen controladores PWM en sus chips, lo que facilita la implementación del control digital.
En resumen, PWM es un método de codificación digital de niveles de señales analógicas. Mediante el uso de un contador de alta resolución, el ciclo de trabajo de la onda cuadrada se modula para codificar el nivel de una señal analógica específica. La señal PWM sigue siendo digital porque, en un momento dado, la alimentación de CC de amplitud total está completamente encendida. O apagarlo por completo. Se aplica una fuente de voltaje o corriente a la carga simulada en una secuencia repetitiva de pulsos de encendido o apagado. Cuando se enciende, se aplica energía CC a la carga y cuando se apaga, se corta la energía. Cualquier valor analógico se puede codificar mediante PWM siempre que el ancho de banda sea suficiente.
La mayoría de cargas (inductivas o capacitivas) requieren una frecuencia de modulación superior a 10Hz. Imagínese si la bombilla estuviera encendida durante 5 segundos y luego apagada durante 5 segundos, luego se encendiera y se apagara nuevamente................. ................................................. ................ .................................Comparado con la respuesta de la carga tiempo para un cambio en el estado de conmutación, el período de conmutación debe ser lo suficientemente corto. Para lograr el efecto de atenuar la lámpara (pero mantenerla encendida), se debe aumentar la frecuencia de modulación. Otras aplicaciones PWM requieren los mismos requisitos. Normalmente la frecuencia de modulación está entre 1kHz y 200kHz.
3. Control no lineal PWM
El método de control de ciclo único, también llamado control de reinicio integral (IRC), es un nuevo tipo de tecnología de control no lineal. La idea básica es controlar el ciclo de trabajo del interruptor de modo que el valor promedio de la variable de conmutación en cada ciclo sea igual o proporcional al voltaje de referencia de control. Esta tecnología tiene la dualidad de modulación y control. El propósito de rastrear la señal de comando se logra a través del interruptor de reinicio, el integrador, el circuito de activación y el comparador.
El controlador de ciclo único consta de un controlador, un comparador, un integrador y un reloj, donde el controlador puede ser un flip-flop RS, donde k puede ser cualquier interruptor físico u otra señal abstracta que pueda convertirse en una variable de conmutación.
El control de ciclo único no requiere síntesis de errores en el circuito de control. Puede eliminar automáticamente los errores de estado estable y transitorios dentro de un ciclo, de modo que los errores del ciclo anterior no se trasladarán al siguiente. ciclo. Aunque el circuito de hardware es complejo, supera las deficiencias del método de control PWM tradicional y es adecuado para varios inversores de conmutación suave con modulación de ancho de pulso. Tiene las ventajas de una velocidad de respuesta rápida, una frecuencia de conmutación constante y una gran robustez. Además, el control de ciclo único puede optimizar la respuesta del sistema, reducir la distorsión y suprimir la interferencia de energía, lo que lo convierte en uno de los mejores.
4. Controlador de hardware
Muchos microcontroladores contienen controladores PWM. Por ejemplo, el PIC16C67 de Microchip contiene dos controladores PWM, cada uno con tiempo y período de encendido seleccionables. El ciclo de trabajo es la relación entre el tiempo de encendido y el período, y la frecuencia de modulación es el recíproco del período.
Aunque los controladores PWM específicos varían en los detalles de programación, la idea básica suele ser la misma.
5. Comunicación y control
Una ventaja de PWM es que la señal del procesador al sistema controlado es en forma digital y no requiere conversión de digital a analógico. Mantener la señal en formato digital minimiza los efectos del ruido. El ruido afecta las señales digitales sólo cuando es lo suficientemente fuerte como para cambiar un 1 lógico a un 0 lógico o un 0 lógico a un 1 lógico.
La mejora de la inmunidad al ruido es otra ventaja de PWM sobre el control analógico, que también es la razón principal por la que en algunos momentos se utiliza PWM para la comunicación. Cambiar de señales analógicas a PWM puede ampliar enormemente la distancia de comunicación. En el extremo receptor, la onda cuadrada de alta frecuencia modulada se puede filtrar y la señal se puede restaurar a su forma analógica a través de una red RC o LC adecuada.
PWM se utiliza ampliamente en muchos sistemas. Como ejemplo concreto, examinemos un freno controlado por PWM. En pocas palabras, un freno es un dispositivo que sujeta las cosas con firmeza. Muchos frenos utilizan señales de entrada analógicas para controlar la presión de sujeción (o fuerza de frenado). Cuanto más voltaje o corriente se aplica al freno, más presión crea el freno.
La salida del controlador PWM se puede conectar a un interruptor entre la fuente de alimentación y el freno. Para generar una mayor fuerza de frenado, simplemente aumente el ciclo de trabajo de la salida PWM a través del software. Si desea producir una presión de freno específica, debe utilizar mediciones para determinar la relación matemática entre el ciclo de trabajo y la presión (la fórmula resultante o la tabla de búsqueda se puede utilizar para controlar la temperatura, el desgaste de la superficie, etc.). ).
Por ejemplo, si la presión en el freno se establece en 100 psi, el software realizará una búsqueda inversa para determinar el ciclo de trabajo que produce esa presión. Luego, establezca el ciclo de trabajo de PWM en este nuevo valor y los frenos podrán responder en consecuencia. Si hay sensores en el sistema, el ciclo de trabajo se puede ajustar mediante un control de circuito cerrado hasta que se produzca con precisión la presión requerida.
La palanca de cambios sustituye al potenciómetro mecánico, pero aumentará el coste. El segundo método para generar formas de onda PWM es utilizar el microconvertidor ADμC824. Además de proporcionar dos salidas de señal PWM, también integra varios ADC, varios DAC, un microcontrolador compatible con 8052 y memoria flash. Puede configurar PWM con resolución de hasta 16 bits. Sin embargo, la frecuencia de programación afecta la resolución PWM. La frecuencia y resolución de PWM son las siguientes: FPWM=16.777 MHz/N, donde N es la resolución en bits.
Basado en un oscilador de cristal de 32 kHz, el PLL interno puede obtener un reloj de referencia de 16,77 MHz. Este reloj de referencia muestrea la señal de salida del PWM. Como se mencionó anteriormente, n es la resolución de PWM, es decir, el número de bits. Para lograr una resolución de 16 bits, la frecuencia máxima de PWM es 266 Hz. Cuando la frecuencia es de 200 kHz, la resolución cae a aproximadamente 6 bits. Entonces, AD μ C88.
2. Puntos clave del diseño de sincronización/contador PWM
De acuerdo con las características de PWM, cuando se utiliza el temporizador/contador de ATmega128 para diseñar la salida PWM, se debe prestar atención a los siguientes puntos:
1. Primero, determine el rango de frecuencia PWM que se generará según la situación real. Este rango está relacionado con el objeto controlado. Si se utiliza la onda PWM de salida para controlar el brillo de la lámpara, la frecuencia del PWM debe ser superior a 42 Hz, porque el ojo humano no puede distinguir frecuencias superiores a 42 Hz; de lo contrario, el ojo humano notará el parpadeo de la lámpara.
2. Luego determine el modo de funcionamiento PWM del temporizador/contador ATmega128 de acuerdo con el rango de frecuencia PWM requerido. Los modos PWM del temporizador/contador AVR se pueden dividir en PWM rápido y PWM de ajuste de frecuencia (fase).
3. Fast PWM puede generar PWM con una frecuencia relativamente alta, pero la precisión del ajuste del ciclo de trabajo es ligeramente pobre. En este momento, el contador solo funciona en el modo de conteo directo unidireccional. El valor límite superior del contador determina la frecuencia PWM y el valor del registro de comparación determina el ciclo de trabajo. La fórmula de cálculo de la frecuencia PWM es: Frecuencia PWM = frecuencia del reloj del sistema/(coeficiente de división de frecuencia * (1 valor límite superior del contador))
4. la frecuencia es fija. Aplicaciones donde la precisión del ajuste del ciclo de trabajo no es alta.
5. Ajuste de frecuencia (fase) El modo PWM tiene mayor precisión en el ajuste del ciclo de trabajo, pero la frecuencia de salida es relativamente baja porque el contador solo funciona en modo de conteo bidireccional en este momento. De manera similar, el valor límite superior del contador determina la frecuencia PWM y el valor del registro de comparación determina el ciclo de trabajo. La fórmula de cálculo de la frecuencia PWM es:
Frecuencia PWM = frecuencia del reloj del sistema/(coeficiente de división de frecuencia * 2 * límite superior del contador))
6. El modo PWM de ajuste de fase es adecuado para Frecuencia PWM de salida baja, pero la frecuencia es fija y la precisión del ajuste del ciclo de trabajo es alta. Al ajustar el ciclo de trabajo, la fase del PWM cambiará en consecuencia.
7. El modo PWM de ajuste de frecuencia y fase es adecuado para aplicaciones que requieren una frecuencia PWM de salida baja, una frecuencia de salida variable y un ajuste del ciclo de trabajo de alta precisión. Lo que debe tenerse en cuenta en este momento es que no solo cuando se ajusta el ciclo de trabajo, la fase del PWM también cambiará en consecuencia una vez que cambie el límite superior del contador, es decir, la frecuencia de salida del PWM cambiará; El ciclo de trabajo y la fase del PWM también cambiarán en consecuencia.
8. En modo PWM, el límite superior del contador tiene un 0xFF fijo (T/C de 8 bits configurado por el usuario, 0xFF, 0x3FF (T/C de 16 bits) o 0x0000; -0xFFFF, set El valor está en el registro ICP u OCRA del temporizador/contador de 16 bits. La relación entre el valor del registro de comparación y el límite superior del contador es el ciclo de trabajo.
3. Referencia de diseño de aplicaciones PWM
El siguiente es un ejemplo de diseño, en el que se utiliza PWM para generar una onda sinusoidal de aproximadamente 1 KHz con una amplitud de 0 Vcc/2.
Primero, cree una tabla de muestra de onda sinusoidal según la siguiente fórmula. La tabla de muestra divide un ciclo de onda sinusoidal en 128 puntos, y cada punto se cuantifica con 7 bits (127 corresponde a la amplitud más alta VCC/2): f(x)= 64 63 * sin(2πx/180)x∑[
Si se utilizan 128 muestras en un ciclo de onda sinusoidal, la frecuencia correspondiente a la onda sinusoidal PWM de 1 KHz es 128 KHz. De hecho, según el teorema de muestreo de que la frecuencia de muestreo es al menos el doble de la frecuencia de la señal, el valor teórico de la frecuencia PWM es de solo 2 KHz. Para mejorar la precisión de salida de PWM tanto como sea posible, la frecuencia de PWM utilizada en el diseño real es 16 KHz, es decir, se emiten 16 valores de muestra de onda sinusoidal dentro de un ciclo de onda sinusoidal (1 KHz), lo que significa que Se extraen 128 puntos por cada 8 puntos. Un punto de la tabla de muestra de onda sinusoidal sirve como salida del PWM.