上一篇我討論了與模擬和代碼生成相關(guān)的更一般的問題。但今天我想把焦點轉(zhuǎn)向模數(shù)轉(zhuǎn)換器。ADC 是數(shù)字控制應(yīng)用中最關(guān)鍵的外設(shè)之一,因為它構(gòu)成了模擬世界和數(shù)字世界之間的紐帶。它也是最容易被誤解的外圍設(shè)備之一。對于 ADC,許多工程師只滿足于知道位數(shù)和轉(zhuǎn)換速度。但在數(shù)字控制應(yīng)用中,如果我們想要獲得滿意的結(jié)果,就必須更深入地研究 ADC 規(guī)范。
數(shù)字集成電路設(shè)計是一個程序化的過程,包括將規(guī)格和特性轉(zhuǎn)換成數(shù)字塊,然后再進一步轉(zhuǎn)換成邏輯電路。與數(shù)字集成電路設(shè)計相關(guān)的許多限制來自鑄造工藝和技術(shù)限制。數(shù)字IC強調(diào)的是運算速度與成本比,數(shù)字IC設(shè)計的目標(biāo)是在盡量低的成本下達到目標(biāo)運算速度。設(shè)計者必須不斷采用更高效率的算法來處理數(shù)字信號,或者利用新工藝提高集成度降低成本。
那么,哪種 PWM 技術(shù)最適合您的電機控制應(yīng)用?到目前為止,我們已經(jīng)研究了兩種電機驅(qū)動拓撲結(jié)構(gòu),它們會在電機上產(chǎn)生單極 PWM 電壓波形,
EPAD MOSFET 在以適當(dāng)?shù)臇艠O電壓開啟時充當(dāng)開關(guān),其中在漏極和源極端子之間形成導(dǎo)電通道。源極端子作為輸入,漏極端子作為輸出。開關(guān)的導(dǎo)通電阻取決于由柵極電壓控制的溝道導(dǎo)通電流。在這種情況下,如果使用增強型器件,則可以通過柵極端子上的正偏置電壓打開開關(guān),信號從源極傳播到漏極端子。信號本質(zhì)上可以是數(shù)字的或模擬的,只要用戶考慮相對于開關(guān)通道導(dǎo)通電阻的輸入和輸出阻抗水平。
許多電路需要將其輸入和輸入阻抗與輸出阻抗隔離,以便輸出負載不會干擾輸入信號。這有時可以通過使用晶體管緩沖器或運算放大器緩沖器來實現(xiàn),每種緩沖器都存在許多設(shè)計權(quán)衡。例如,使用 ALD110800 零閾值 MOSFET,可以提供這種隔離,同時提供偏置到與輸入電平范圍相同的電壓電平的電路輸出。這是零閾值 MOSFET 的基本能力。輸入和輸出電平也可以偏置在固定電壓附近,例如 0.0V。
在 5V、3.3V 或更低電壓下運行的低壓系統(tǒng)通常需要具有 1V 或更低閾值或開啟電壓的有源 MOSFET 器件。對于模擬設(shè)計,該閾值電壓直接影響工作信號電壓范圍。
EPAD MOSFET 專為實現(xiàn)器件電氣特性的出色匹配而設(shè)計。這些器件專為實現(xiàn)最小失調(diào)電壓和差分熱響應(yīng)而構(gòu)建。由于集成在同一塊單片芯片上,它們還具有出色的溫度系數(shù)跟蹤特性。
在電路設(shè)計中追求更低的工作電壓和更低的功耗水平是一種趨勢,這給電氣工程師帶來了艱巨的挑戰(zhàn),因為他們遇到了基本半導(dǎo)體器件特性對他們施加的限制。長期以來,工程師們一直將這些特性視為基本特性,并且可能阻礙了他們將可用電壓范圍最大化,否則會使新電路獲得成功。
有時,一項引發(fā)根本性或戲劇性進步的技術(shù)或技術(shù)很快就會被最初創(chuàng)新的變化或改進所取代,鍺基晶體管就是一個很好的例子。75 年前的 1947 年,當(dāng)約翰·巴丁 (John Bardeen)、沃爾特·布拉頓 (Walter Brattain) 和威廉·肖克利 (William Schockley) 開發(fā)并展示了第一個晶體管(一種點接觸器件)時,固態(tài)和現(xiàn)代電子時代誕生了。他們的晶體管使用摻雜的鍺,金箔觸點用小彈簧推到表面。
如今,從 PDA 和智能手機到醫(yī)療設(shè)備和測試設(shè)備,所有手持設(shè)備都觸手可及,因此我們需要它們盡可能長時間地使用就不足為奇了。 然而,一個關(guān)鍵問題是運算放大器的速度,因為低功耗通常意味著有限的速度,例如帶寬和轉(zhuǎn)換率。我說“通常”是因為有例外,我們將在此處討論。
我在看我已經(jīng)使用了幾年的 Brother 噴墨打印機時,注意到它的軟開/關(guān)開關(guān)正上方有一個不起眼的綠色 LED。這個 LED 有一個有趣的占空比:它關(guān)閉大約三秒鐘,然后在大約一秒鐘內(nèi)逐漸增加到最大強度,同樣在大約一秒鐘內(nèi)衰減回完全關(guān)閉,然后隨著循環(huán)再次開始而變暗). 只要打印機名義上打開并準(zhǔn)備就緒,它就會重復(fù)此循環(huán),無論它是在打印還是處于靜止模式。
那么,哪種 PWM 技術(shù)最適合您的電機控制應(yīng)用?當(dāng)然有很多選擇可供選擇,每一種都具有獨特的優(yōu)點和缺點。在關(guān)于該主題的最后一篇文章中,我們將討論直流和交流電機的再生。由于電動和混合動力汽車的普及,這在過去十年中已成為一個更加相關(guān)的話題。在這些應(yīng)用中,再生發(fā)生在直流母線中,最終連接到車輛中的直流電池組。但我們將在這篇文章中看到,我們也可以將其再生回交流電源,例如交流電網(wǎng)。
那么,哪種 PWM 技術(shù)最適合您的電機控制應(yīng)用?希望到現(xiàn)在為止,您已經(jīng)了解 PWM 過程的用途有多么廣泛,以及該過程中的細微變化如何對電機性能產(chǎn)生巨大影響。在之前有關(guān)該主題的文章中,我僅討論了適用于 H 橋中直流電機的技術(shù)。但在這篇文章中,讓我們將討論擴展到多相電機。要將這些技術(shù)應(yīng)用于三相逆變器,我們所要做的就是再添加一個半橋。
那么,哪種 PWM 技術(shù)最適合您的電機控制應(yīng)用?到目前為止,您可能已經(jīng)猜到?jīng)]有“一種”PWM 技術(shù)對所有應(yīng)用都是最佳的。但是我們今天要討論的技術(shù)非常接近。它被稱為單極 4 象限 PWM 技術(shù)(形式 II)。
那么,哪種 PWM 技術(shù)最適合您的電機控制應(yīng)用?到目前為止,我們已經(jīng)研究了三種不同的 PWM 技術(shù)。有些可以將能量再生回直流電源,有些則不能。但它們都有一個共同特征:單極電壓波形。換句話說,對于任何給定的 PWM 周期,電機電壓波形在 Vbus 和地之間或 –Vbus 和地之間轉(zhuǎn)換。在這篇文章中,我們將研究雙極PWM 技術(shù)的主張。對于每個 PWM 周期,電機電壓波形在 Vbus 和 –Vbus 之間轉(zhuǎn)換,產(chǎn)生的電機電壓波形幅度是單極 PWM 的兩倍。為此,我們將連接 H 橋。