Hallo Leute,
kurz zu meinem Hintergrund, damit ihr meine Kenntnisse besser
einschätzen könnt:
Ich bin Student, der bereits erste praktische Erfahrungen in der
Leistungselektronik mit DC/DC Wandlern gemacht hat. Das Prinzip der PWM
Erzeugung mit einem Sägezahn und der DC Spannung ist mir also bekannt.
Ich habe dafür immer fertige ICs verwendet.
Nun möchte ich gerne meine Anfänge mit Wechselrichtern machen - zunächst
mittels Simulation. Zur PWM Erzeugung nimmt man ja auch hier einen
Komparator und ein Sägezahnsignal, vergleicht es aber nun mit einem
Sinussignal.
Der Ausgang des Komparators geht dann an einen Halbbrückentreiber und
steuert somit die Halbbrücke an.
Das würde ich gerne simulieren (angefangen mit der PWM Erzeugung) und
scheitere dabei, den Sägezahn richtig zu dimensionieren. Nehmen wir an,
dass der Sinus eine Amplitude von 1 sowie eine Frequenz von 50 Hz hat,
wie wählt man dann Amplitude und Phasenlage des Sägezahns?
Sagen wir mal, dass der Sägezahn eine Frequenz von 20 kHz haben soll.
Was muss man ferner berücksichtigen?
Gibt es eine schicke Application Note dazu?
Ich danke euch.
Gruß
Klaus schrieb:> Das würde ich gerne simulieren (angefangen mit der PWM Erzeugung) und> scheitere dabei, den Sägezahn richtig zu dimensionieren.
Das funktioniert nach dem Prinzip der DDS, d.h. die Sägezahnfrequenz
entspricht der PWM-Frequenz. Über die Integration der Phase im
Phasenakkumulator bestimmst du die Phase des Ausgangssinus und damit das
Tastverhältnis vom PWM-Signal.
Michael schrieb:> Das funktioniert nach dem Prinzip der DDS, d.h. die Sägezahnfrequenz> entspricht der PWM-Frequenz. Über die Integration der Phase im> Phasenakkumulator bestimmst du die Phase des Ausgangssinus und damit das> Tastverhältnis vom PWM-Signal.
Hast du vielleicht Literaturtipps zu diesem Thema? Meine
Leistungselektronikbücher beziehen sich immer nur auf die Schaltungen,
in denen PWM Signal als gegeben angenommen wird. Mich würde jedoch
interessieren, woher das PWM Signal kommt. Da stehe ich noch ein wenig
auf dem Trockenen.
Danke und Gruß
Klaus schrieb:> Mich würde jedoch> interessieren, woher das PWM Signal kommt.
Im Datenblatt jedes halbwegs modernen Mikrocontrollers, der eine "Output
Compare Unit" oder "Waveform Generation Unit" an einem Timer dranhängen
hat, steht prinzipiell schon die Antwort. Hier mal in Kurzfassung:
Der Timer zählt von sagen wir mal 0 - 255 - 0 und fängt dann wieder von
vorn an. Die Zeit eines ganzen Durchlaufs legen wir mal beispielsweise
in die Nähe von 8kHz.
Nun lässt sich der Timerblock so konfigurieren, dass der Inhalt eines
speziellen Registers bei jedem Timer-Tick mit dem aktuellen Zählerstand
des Timers verglichen wird.
Das lässt sich soweit konfigurieren, dass ein Portpin bei Gleichheit von
Zählerstand und speziellem Register beim hochzählen gesetzt wird(logisch
1) und bei Gleichheit von Zählerstand und speziellem Register bei
Runterzählen gelöscht wird(logisch 0).
Das war die PWM-Erzeugung. Dann konfiguriert man einen Interrupt so,
dass er z.B. bei Zählerstand 0 auslöst.(*) Dann gibt es eine
Sinustabelle mit 160 Werten.
Der Timer-Interrupt sorgt dafür, dass jedesmal ein neuer, also der
nächste Wert aus der Sinustabelle geholt, skaliert und in das spezielle
Register geschrieben wird. Die Timer-Hardware besitzt dazu meist
Pufferregister(sog. Schattenregister) die eine sichere Datenübernahme
für die jeweils nächste Timerperiode veranlassen.
Das wars dann auch schon. Für Mehrphasige Motörchen nimmt man eben einen
Prozessor, der möglichst mehrere dieser Compare-Units an Bord hat und
macht eine Phasenverschiebung beim auslesen der Sinustabelle.
mfg mf
(*)Bis hier wird alles gesagte in integrierter Peripherie erledigt und
erfordert außer einer Initialisierung keinen Programmcode!
Hi,
danke schon mal für die Antwort Mini Float.
Eigentlich wollte ich nicht großartig mit uC anfangen, weil ich das
erstmal auf analoger Ebene bzw. mit Simulationen verstehen wollen würde.
Es muss doch auch eine Theorie dahinter geben...
Im Prinzip ist es so:
Ich kann ein Sägezahn Signal generieren. Auch kann ich ein Sinussignal
generieren. Nur weiß ich nicht, welche Amplitude der Sägezahn benötigt
und welche Phasenlage zum Sinus ich brauche.
Klaus schrieb:> welche Amplitude der Sägezahn benötigt> und welche Phasenlage zum Sinus ich brauche.
Amplitude Sinus < Amplitude Sägezahn/Dreieck
Im Grenzbereich kann es zur sogenannten Blockkommutierung kommen.
Frequenz Sinus << Frequenz Sägezahn/Dreieck
Nomalerweise nimmt man eine Frequenz des Sägezahns/Dreiecks mindestens
um den Faktor 10-20 größer(Stromripple groß) aber nicht über dem Faktor
200-300 größer(Schaltverluste an Leistungshalbleitern groß).
Phasenlage ist wegen des riesigen Frequenzunterschieds nicht wichtig.
Der Sinus durchfährt ja gerade mal den Bereich von einigen Grad, während
der Sägezahn/das Dreieck schon locker 5-10 Perioden durch hat.
mfg mf
Mini Float schrieb:> Phasenlage ist wegen der Frequenzuntrschiede nicht wichtig. Der Sinus> durchfährt ja den Bereich von einigen Grad, während der Sägezahn/das> Dreieck schon bis 10 Perioden durch hat.
Ah, interessant. Also ist es egal, wo ich mich auf dem Sägezahn/Dreieck
befinde, wenn der Sinus gerade durch den Nullpunkt geht? Irgendwie kann
ich kaum glauben, dass das keine Auswirkungen auf das Pulse Pattern und
die anschließende Fourier Analyse hat. :/
Dreieck und Sinus erzeugen, auf einen Komparator geben, fertig ist das
PWM-Signal. Wenn du mir nicht glaubst, dann häng ein RC-Glied hinter den
Komparator, f_g = ca. 1/10 f_sägezahn. Das wäre die analoge Ebene.
Klaus schrieb:> Also ist es egal, wo ich mich auf dem Sägezahn/Dreieck> befinde, wenn der Sinus gerade durch den Nullpunkt geht? Irgendwie kann> ich kaum glauben, dass das keine Auswirkungen auf das Pulse Pattern und> die anschließende Fourier Analyse hat.
Natürlich hat es eine Auswirkung. Aber die kann man vernachlässigen. Hab
ich doch gesagt, der Sinus macht gerade so die Biege von -5° bis 5°, und
der Sägezahn hat derweil schon mehrere Perioden 0° - 359° durch.
mfg mf
PS:
Kommst du von der Uni? Hast du schon irgendwie Praxiserfahrung? Da hört
man ja dann so Sachen wie "Nee lass mal, ich arbeite eher
konzeptionell". Ja, Zahlen auf Papier kritzeln kann ich auch. Papier ist
geduldig, heißt es. Mach die Augen auf! In jedem 80er-Jahre
Frequenzumrichter arbeitet bereits ein kleines
Mikroprozessor-Arbeitspferd. Und die arbeiten echt fast alle nach
demselben Kochrezept. Steck dein Gehirnschmalz also lieber in
Regelungsalgorithmen, das ist genug Herausforderung...
Wusste doch, dass da noch was hier rum lag.
1. Schaltplan Testschaltung: Der Pullup muss da hin, ist schließlich ein
Komparator. Das Filternetzwerk ist hingegen hinreichend hochohmig
ausgelegt.
2. Sinus 50Hz, Dreieck 5kHz: Filterung zeigt fast wieder das
Ursprungssignal. Man kann sehr "fein" modulieren.
3. Wie 3, Bereich um Nulldurchgang gezoomt: Man sieht das Tastverhältnis
von >50% auf <50% schrumpfen.
4. Sinus 50Hz, Dreieck 500Hz: Sinus, Dreieck und PWM-Signal
übereinandergelegt demonstrieren schön die Wirkungsweise des
Komparators.
5. Schaltplan LT-Spice .asc-file zum rumprobieren.
mfg mf
Hi Mini Float,
Mini Float schrieb:> Natürlich hat es eine Auswirkung. Aber die kann man vernachlässigen. Hab> ich doch gesagt, der Sinus macht gerade so die Biege von -5° bis 5°, und> der Sägezahn hat derweil schon mehrere Perioden 0° - 359° durch.
Okay, dann glaube ich dir mal so. Für die Anfänge sollten andere Aspekte
sowieso erstmal höhere Priorität haben.
> Kommst du von der Uni? Hast du schon irgendwie Praxiserfahrung? Da hört> man ja dann so Sachen wie "Nee lass mal, ich arbeite eher> konzeptionell". Ja, Zahlen auf Papier kritzeln kann ich auch. Papier ist> geduldig, heißt es. Mach die Augen auf! In jedem 80er-Jahre> Frequenzumrichter arbeitet bereits ein kleines> Mikroprozessor-Arbeitspferd. Und die arbeiten echt fast alle nach> demselben Kochrezept. Steck dein Gehirnschmalz also lieber in> Regelungsalgorithmen, das ist genug Herausforderung...
Meinem Eingangspost ist zu entnehmen, dass ich noch studiere und erste
praktische Erfahrung im Bereich Leistungselektronik lediglich mit DC/DC
Wandlern gesammelt habe. Als nächsten Schritt hatte ich dann DC/AC
Wandler angedacht. Die Topologien sind mir aus der Literatur und den
Vorlesungen hinreichend bekannt. Aber wie gesagt, dort kommt das PWM
Signal immer aus dem Zauberhut heraus und wird als gegeben angenommen.
Oder kannst du mir zum Thema Regelung/Regelungsalgorithmen passende
Literatur nennen?
Gruß
