A szűrő kiszámítása
PWM szűrők kiszámítása
Az első dolog, amelyre összpontosítani kell, az az áramkör célja, amelyre szűrőt épít. A PWM-lel rendelkező egyszerűsítő rendszerek kétféleképpen oszthatók meg:
- PWM jeláramkörök
- PWM áramkörök
Például a PWM jelzés például a legegyszerűbb DAC, a teljesítmény-PWM alatt gyakran PWM jel van a tápkapcsolók kimenetében, például a kapcsoló tápegységekben (IPS). Szigorúan véve, a tápegység PWM jel önmagában is használható a jel útjában (meghajtó tranzisztor) és a kimeneti jel forrás következik az alak a jeleket, de van még erő, mert szükséges a szűrő lehetővé teszi, hogy át nagy teljesítmény.
A nagy ellenállóképességű egyszerű jeláramköröknél a legoptimálisabb szűrési séma az integráló RC-lánc, amely valójában a legegyszerűbb aluláteresztő szűrő. Az "RC-kör integrálása" kifejezést akkor használjuk, ha figyelembe vesszük egy adott áramkör impulzus-jellemzőit.
1. ábra. A legegyszerűbb aluláteresztő szűrő az integráló RC áramkör és frekvencia-választása.
A szűrő fő jellemzője a vágási frekvencia (az 1. ábrán a vágás szögfrekvenciáját jelölik - ωс) - a szűrő kimenetén az adott frekvencia oszcillációinak amplitúdója az adott szintre
0,707 (-3 dB) bemeneti érték. A vágási frekvenciát a következő képlet határozza meg:
Itt R és C - ellenállását Ohm-ban, és a kondenzátor kapacitása a farads. Emlékeztetni kell arra, hogy a helyes működéséhez a lánc RC-időállandója simító szűrőt (# 964; = R · C) kell a lehető legkisebb időtartam, Shima, majd az egyik nem fordul elő a teljes feltöltési és kisütési kapacitása.
A következő fontos paraméter, amely lehetővé teszi az oszcillációk csillapítását egy adott frekvencián, a szűrőátvitel aránya, azaz a K = Uout / Uin arány. Ennek az RC láncnak az átviteli tényezőjét az alábbiak szerint kell kiszámítani:
Ha ismeri ezeket a képleteket, és figyelembe veszi az ellenálláson az állandó feszültségcsökkenést, akkor lehetséges a szűrő hozzávetőleges hozzáigazítása a szükséges jellemzőkkel - például a rendelkezésre álló kapacitás vagy a szükséges hullámosság meghatározásával.
PWM szűrő számológép az RC-láncon
Megjegyzés - Ha a PWM jelből simított szinuszos jelet szeretne kapni, akkor a szűrő határfrekvenciájának magasabbnak kell lennie, mint a maximális jelfrekvencia, ezért a PWM frekvenciának még magasabbnak kell lennie.
A teljesítményáramkörökben az alacsony terhelésű ellenállásoknál (például az elektromos motorok tekercselése esetén) a szűrőellenállásban bekövetkező veszteségek nagyon jelentősek lesznek, így ilyen esetekben az aluláteresztő szűrőket induktorok és kondenzátorok használják.
2. ábra. Alacsony áteresztő szűrő az LC-áramkörön és frekvencia-választása.
Az LC szűrő olyan elemi oszcilláló áramkör, amelynek saját rezonanciafrekvenciája van, így a valós frekvenciaválasz kissé eltérhet a 2. ábrán megadott frekvenciaválasztól.
Amint azt ez a cikk szól a szűrőt a áramkörök, és a szűrőt számítás során figyelembe kell venni, hogy az alapharmonikus bemeneti feszültség kell legyengített szűrő tehát a rezonancia frekvencia alacsonyabb legyen, mint a PWM frekvenciát.
Az LC áramkör rezonancia frekvenciájának kiszámítására szolgáló képlet:
f = 1 / (2 · π · (L · C) 0,5)
Ha az áramkör rezonanciafrekvenciája megegyezik a PWM frekvenciával, akkor az LC áramkör bejuthat a generációs üzemmódba, akkor a kimenet zavaró lehet, ezért javaslom, hogy óvatosan elkerülje ezt a félreértést. Ezenkívül a szűrő kialakításakor még néhány olyan árnyalat van, amelyet a kívánt eredmény elérése érdekében szépen megfigyelhetnénk:
- A rezonáns jelenségek kizárására a nagyfrekvenciás harmonikus komponensek egyikénél a kondenzátor kapacitását úgy kell megállapítani, hogy a terhelés ellenállása egyenlő a szűrő hullámimpedanciájával:
Az LC-szűrő átvitelének összetett koefficiensét a következő képlet adja meg:
ahol n - a szám a harmonikus összetevő a bemeneti jel, I - imaginárius egység, ω = 2pf, L - induktivitást (H), C - kapacitású kondenzátor (F), R - terhelési ellenállás (ohm).
A képletből nyilvánvaló, hogy minél magasabb a harmonikus, annál jobb a szűrő elfojtja, ezért elegendő csak az első harmonikus szintjének kiszámításához.
Az átviteli együttható összetett ábrázolásától az exponenciálisig való elmozduláshoz meg kell találnunk egy komplex szám modulusát. Azok számára, akik (mint én) aludtak a matan párban az intézetben, emlékszem, hogy egy komplex szám modulja nagyon egyszerűnek számít:
r = | Z | = (x2 + y2) 0,5
Mivel képletünkben egy tört tényező van, egyszerűen nem számoljuk a modult egyszerre, és ez a legegyszerűbb módja ennek a számításnak, például a MathCad-ban. És azok számára, akik túl lustaak, hogy mindent megtegyenek, leírtam a teljes számítást ebben a csodálatos számológépben. használni: