Technologie / Guide technique
Fréquence de commutation PWM, porteuse et fondamentale
Une forme d’onde PWM peut commuter rapidement tout en représentant un signal visé plus lent. La fréquence de commutation, la fréquence fondamentale et la rapidité de chaque front décrivent des propriétés différentes. Les confondre peut donner une description trompeuse de la qualité de la tension ou des pertes du convertisseur.
Comptez les cycles et décrivez les fronts séparément.
Une commutation rapide ne correspond pas à la même grandeur qu’une transition rapide, et aucune des deux ne suffit à elle seule à établir la présence d’une forme d’onde fondamentale propre.
01 / Deux échelles de temps.
Distinguer le motif d’impulsions du signal souhaité.
Un exemple de PWM à porteuse compare une référence à une porteuse répétitive pour générer des impulsions.
Un exemple de PWM à porteuse compare une référence à une porteuse périodique pour générer des impulsions. La porteuse se répète à l’échelle de temps de la commutation, tandis qu’une référence sinusoïdale peut varier à une fréquence fondamentale plus basse.
La présentation de TI sur l’onduleur montre que la fondamentale suit la fréquence de référence dans le modèle de modulation indiqué. Une indication de fréquence porteuse ne permet donc pas d’identifier une sortie à la fréquence du réseau, et une indication de fondamentale ne permet pas d’identifier la fréquence de commutation des semi-conducteurs.
02 / Variation du rapport cyclique
Comprendre une représentation moyenne dans ses conditions de validité.
La proportion du temps de conduction peut varier d’un cycle de commutation à l’autre pour représenter une moyenne variable.
La proportion du temps de conduction peut varier d'un cycle de commutation à l'autre pour représenter une moyenne variable. Sur un intervalle court par rapport à la variation de référence, la moyenne des impulsions peut approcher la valeur souhaitée, qui évolue plus lentement, dans le modèle applicable.
Cette représentation possède une région de modulation limitée et dépend des états de commutation disponibles. Étendre arbitrairement une relation d’amplitude au-delà de son modèle peut modifier la forme d’onde plutôt que préserver une fondamentale de plus grande amplitude sans distorsion.
03 / Contenu fréquentiel
N’incluez pas les composantes de commutation dans la désignation de la fondamentale.
La forme d’onde brute issue de la commutation contient plus que la composante fondamentale.
La forme d’onde commutée brute comprend plus que la fondamentale. Les composantes liées à la porteuse et les bandes latérales dépendent de la modulation, de la topologie et des conditions de fonctionnement. Une seule valeur efficace de la fondamentale ne peut pas décrire toute leur répartition.
La référence guide des harmoniques explique les définitions de mesure. Toute composante haute fréquence n’est pas nécessairement un multiple entier de la fondamentale, et toutes les analyses instrumentales n’incluent pas l’intégralité du spectre de commutation.
04 / Évolution de l’ondulation
Reliez la durée du cycle à la réponse du stockage d'énergie.
Pour un segment de fonctionnement d’une inductance idéale sous une tension donnée, la variation du courant est proportionnelle à la durée de ce segment.
Pour un segment de fonctionnement d'une inductance idéale sous une tension précisée, la variation du courant est proportionnelle à la durée de ce segment. Des intervalles de répétition plus courts peuvent donc réduire l'excursion du courant par cycle si les autres conditions pertinentes restent inchangées.
Il s’agit d’une tendance physique conditionnelle, et non d’une preuve qu’une fréquence de commutation plus élevée améliore toujours tous les indicateurs de qualité. Le filtrage, le niveau de courant, la modulation et le système raccordé influencent le résultat réel.
05 / Fréquence et front
Séparer la répétition de la pente de transition.
La fréquence de commutation décrit la fréquence à laquelle les cycles se produisent.
La fréquence de commutation décrit la fréquence à laquelle les cycles se produisent. La durée d’un front décrit la rapidité avec laquelle une tension ou un courant varie au cours d’une transition. Deux formes d’onde peuvent avoir la même fréquence de répétition et des pentes de front différentes.
Des fronts plus rapides peuvent modifier le couplage à haute fréquence, tandis qu’un plus grand nombre de transitions peut modifier le bilan des pertes. Le guide des modes de bruit traite des chemins ; le guide des pertes Présente les quantités d'énergie par événement.
06 / Limite du champ d'application
Distinguez le vocabulaire du modèle des affirmations relatives au matériel.
Une explication de la PWM ne permet pas d'identifier le dispositif réel, la méthode de commande, le filtre de sortie ni le spectre d'un convertisseur fourni.
Une explication de la PWM ne permet pas d’identifier l’appareil réel, la méthode de commande, le filtre de sortie ou le spectre d’un convertisseur fourni. Les descriptions du fondamental, de la porteuse et des fronts ne restent utiles que si le périmètre de la forme d’onde à laquelle elles se rapportent est clair.
Aucune mise en œuvre PWM de MARSTON, aucune valeur de porteuse, aucun composant de commutation ni aucun résultat relatif à la qualité de sortie ne sont affirmés ici. Cette page explique les échelles de temps et les relations de cause à effet sans modifier les réglages de commutation ni prescrire de stratégie de modulation.
Poursuivez l’examen avec Mécanismes des pertes par conduction et par commutation dans les semi-conducteurs.
Poursuivez l’examen avec Résonance d’un filtre LC : fréquence propre et amortissement.
Poursuivez l’examen avec Bruit électrique en mode commun et en mode différentiel.
Approfondissez la discussion sur la commutation du convertisseur avec vecteurs spatiaux et états idéaux de l’onduleur et temps mort de l’onduleur et erreur de forme d’onde.
Contexte général : Texas Instruments Analog Applications Journal : composantes des formes d’onde de référence, de porteuse et d’onduleur. Ces références expliquent des concepts du secteur ; elles sont distinctes des documents MARSTON applicables au produit et au projet.
Concepts clés et conditions.
Interpréter chaque grandeur avec sa référence, ses unités et les conditions indiquées. Une relation générale ne permet pas d’établir une valeur propre à un modèle.
| Concept / grandeur | Signification / relation | Conditions / limites |
|---|---|---|
| Fondamental | Composante lente de référence souhaitée | Pas la fréquence de répétition de la porteuse. |
| Fréquence porteuse | Échelle de temps de la modulation répétitive | Selon le modèle PWM spécifié. |
| Variation du rapport cyclique | Proportion du cycle représentant une moyenne variable | Valide dans les conditions de modulation. |
| Durée du front | Durée d'une transition individuelle | À distinguer du nombre d’événements par seconde. |
| Spectre | Composante fondamentale, composantes liées à la porteuse et autres composantes | Dépend de la topologie et du périmètre considéré pour la forme d’onde. |
Questions d’ingénierie.
Une fréquence de porteuse élevée implique-t-elle une fréquence fondamentale élevée ?
Non, ils concernent différentes échelles de temps.
La valeur moyenne d’une impulsion décrit-elle toutes les composantes de la forme d’onde ?
Non. La forme d’onde brute contient également des variations plus rapides.
Est-ce que l'augmentation de la fréquence de commutation améliore toujours la qualité ?
Non. La tendance de l’ondulation, valable sous certaines conditions, ne décrit qu’une partie du comportement du système.
La fréquence et la rapidité des fronts sont-elles identiques ?
Non. La fréquence de répétition et la durée de chaque transition sont différentes.
La valeur efficace du fondamental peut-elle décrire tout le spectre de commutation ?
Non. Son domaine d'application se limite à la composante fondamentale définie.
Un réglage PWM est-il spécifié pour MARSTON ?
Non. Aucune valeur ni aucun réglage de la porteuse effectivement mis en œuvre n’est indiqué.
Demande technique
Discutons de la question technique.
Une forme d’onde PWM peut commuter rapidement tout en représentant un signal souhaité plus lent. Partagez le modèle et les informations de fonctionnement ou de conception applicables pour une discussion technique.