Wie wird die PWM von der MCU in eine Ausgangsspannung übersetzt, wie in Power Electronics [geschlossen]

Sie haben eine geschlossene Rückkopplung vom Ausgang zur Steuerung. Was im Grunde passiert, ist, dass der Widerstandsteiler einen Bruchteil der Ausgangsspannung liefert. Dies wird mit Vref (einer sehr konstanten Spannung) verglichen. Wenn die gemessene Spannung niedriger als diese Vref ist, muss der High-Side-PMOS-Transistor eingeschaltet werden. Wenn die Spannung höher als Vref ist, muss der NMOS-Transistor eingeschaltet werden, damit der Strom weiter durch die Induktivität fließen kann.

Beachten Sie, dass die meisten Bücher über Leistungselektronik keine aktive Gleichrichtung zeigen, sodass Sie normalerweise sehen, dass das NMOS dort nur durch eine Diode ersetzt wird, die von der Erde nach oben zeigt. Die aktive Gleichrichtung mit dem NMOS ermöglicht einen viel geringeren Spannungsabfall zwischen Masse und der Induktivität, sodass Sie weniger Energie verschwenden. Wenn eine Diode vorhanden ist, gibt es im Allgemeinen einen signifikanten Spannungsabfall in der Größenordnung von 0,1 bis 0,7 Volt, was in einer Niederspannungsstromversorgung sehr signifikant ist.

Genauere Analyse: Vref liefert einen Bruchteil der Ausgangsspannung. ADC (Analog-Digital-Wandler) wandelt die Spannung in eine digitale Zahl um. Dann wird dieser Wert von einer digitalen Referenzspannungszahl subtrahiert. Wenn die Zahl positiv ist, dann ist der gemessene Wert kleiner als Vref. Das Gegenteil ist ebenso wahr. Diese Informationen werden dann an einen digitalen PID-Regler (proportional, integral, differentiell) gesendet, der eine relativ einfache Steuerung des Ausgangs ohne zu starkes Überschwingen, Unterschwingen oder Schwingen durch einen einfachen Algorithmus ermöglicht. Dieser Algorithmus sendet dann die Informationen an den Treiber, um hoch oder niedrig zu gehen, was zu einer möglichst glatten Spannung führt. Der PID-Regler ermöglicht Änderungen der Ausgangslast, z. B. das Einschalten eines Motors,

Der NMOS oder die Diode ist nicht dazu da, Strom aus dem System zu ziehen. Vielmehr ist es da, damit die Last einen ununterbrochenen Strom sehen kann. Wenn dort nur ein PMOS ein- und ausgeschaltet wird, liegt beim Ausschalten des PMOS jetzt ein offener Stromkreis vor und die Last würde überhaupt keinen Strom mehr erhalten. Stattdessen ermöglicht eine Diode oder NMOS, dass der Strom weiter zur Last fließt (von Masse nach oben durch die Induktivität).

Der Induktor kann als eine Komponente betrachtet werden, die einen konstanten Strom erzeugt. Unabhängig davon, was sich auf der Eingangsseite (nmos) des Induktors befindet, hat die Ausgangsseite davon einen konstanten Strom. Der Induktor widersteht Stromänderungen, daher ist dies das Element, das es dem Strom ermöglicht, weiter zu fließen, selbst wenn der NMOS oder die Diode ihn mit Masse verbindet. Die Induktivität lässt diesen konstanten Strom nur für kurze Zeit zu, weshalb sie mit einem PWM verwendet wird.

Der Kondensator ist ein Schaltungselement, das dazu neigt, Spannungsänderungen zu widerstehen. Dadurch kann die Last eine relativ konstante Spannung sehen, unabhängig von Laständerungen oder der abgehackten Welle, die von der PWM kommt.

Die Wellenformen des Treibers sind PWM mit variablem Arbeitszyklus, dh eine Rechteckwelle mit High- und Low-Zeiten, die in jedem Zyklus abhängig von der Last variieren. Die Ausgabe von Mosfets sollte die Umkehrung dieses Signals sein, da die Mosfets in dieser Konfiguration als Wechselrichter fungieren. Die High-Side-Spannung entspricht der Eingangswelle, die Sie im Blockdiagrammbild sehen, das dem Regler entspricht. Diese Welle geht also in die Spitze des PMOS. Der Ausgang der Mosfets und der Eingang des Induktors sollten zwischen 0 und der Wellenform hin und her schalten, die eine Art grobe Rechteckwelle wäre. Und die Ausgangsseite davon sollte die flache Linie sein, die Sie im Blockdiagramm als Ausgang sehen.

Rückblickend auf diese Erklärung scheint es eine Menge Arbeit zu sein, von einer holprigen Welle -> Rechteckwelle -> flache Linie zu gehen, aber es gibt viele Vorteile, darunter eine viel gleichmäßigere Spannungsregelung, eine schnellere Reaktion auf Laständerungen und das Fähigkeit, die Spannung mit hoher Effizienz auf einen niedrigeren Wert als die holprige Welle zu senken, die in sie eingegeben wurde.