Grundlegende Komponente des sinusförmigen PWM-Wechselrichterausgangs

Als Ergänzung zu Andy alias...

Das fragliche Zitat.

Der momentane Durchschnitt des sinusförmigen PWM-Ausgangs (über eine Zeitperiode der Trägerwelle) ist derselbe wie die Grundfrequenzkomponente im Signal

Nehmen Sie eine 10-V-pk-Sinuswelle und ein PWM-Signal, das zwischen +15 V und -15 V umschaltet.

Bei null Grad (oder der äquivalenten Zeitbasis): Eine Sinuswelle hat eine Amplitude von ... 0. Nehmen Sie nun eine zugehörige PWM, die zu diesem Zeitpunkt zur Synthese einer Sinuswelle verwendet werden würde. An diesem Punkt beträgt die PWM-Einschaltdauer 50 % -> 0 V

Nehmen Sie nun 90 Grad (oder die entsprechende Zeitbasis), die Sinuswelle wäre auf ihrem Höhepunkt, einem Höhepunkt von +10 V. In diesem Fall wäre die PWM-Einschaltdauer (unter Berücksichtigung einer Periode) 83,333 ... % und dies hätte einen Durchschnitt von +10 V

"Die 3. Harmonische kann stören."

Wir wissen aus der Informationstheorie und dem Gesetz von Shannon, dass das abgetastete Signal 1/2 der Abtastrate nicht überschreiten darf. Jetzt können wir anhand der Tiefpassfilterantwort des PWM-Ausgangs sehen, dass das Signal abhängig von diesen Verhältnissen von Frequenzen und der Dämpfungssteilheit einen Rauschfaktor hat.

Dieser Kompromiss bedeutet, dass wir eine Spezifikation für die Signalbandbreite und damit die Reaktionszeit der Stufenlast in einem SMPS-Closed-Loop benötigen oder um die Anforderungen an die Schaltfrequenz für die Schleifenbandbreite zu validieren.

• Die Schleifenbandbreite wird häufig mit weniger als 1/3 der Schaltfrequenz gewählt, was bedeutet, dass die 3. Harmonische mit der PWM in Ihrer Frage Aliasing- oder Interferenzgeräusche verursacht.

• Bei einer Filterung von 6 dB pro Oktave bedeutet dies, dass der Signalpegel der 3. Harmonischen für ein Signal mit der Schleifenbandbreitenfrequenz um 12 dB niedriger ist. Dies impliziert wiederum einen gewissen Jitter im PWM-gefilterten Signal und damit einen Rauschpegel in einer Versorgung.

Dies ist nicht die einzige Welligkeitsquelle, da der ESR von Komponenten ein weiterer begrenzender Faktor mit Ip-p*ESR-Welligkeit in Kappen ist.

Vielleicht hilft dieses Bild: -

_{(Quelle: elweb.cz )}

Es gibt drei Wellenformen: -

• Grundlegende Sinuswelle (rot)
• Dreieckwelle bei PWM-Frequenz (ein Dreieck tritt in einem Schaltzyklus auf) in Grün
• PWM-Wellenform unten im Bild (blau)

Wenn Sie sich die PWM-Wellenform (blau) ansehen und den High/Low-Anteil in jedem Schaltzyklus mitteln, erhalten Sie unterschiedliche Zahlenwerte, die der Grundwellenform der Sinuswelle folgen. Schaltzyklus: -

Für den 1. Zyklus beträgt der Durchschnitt also etwa 25 % und für den zweiten Zyklus beträgt der Durchschnitt etwa 60 %. Sie brauchen keinen Taschenrechner, um dies abzuschätzen, verwenden Sie einfach Ihre Augen und fragen Sie sich, wie viel der Wellenform in einem bestimmten Schaltzyklus "hoch" ist, und fahren Sie dann mit dem nächsten fort.

Das hat nichts mit Frequenzmodulation oder Harmonischen zu tun, sondern nur mit Mittelwertbildung. Die Mittelung kann durch einfache Kombinationen aus Widerstand, Induktivität und Kondensator, auch bekannt als "Tiefpassfilter", erfolgen.