Generación De Un Patrón De Modulación De Ancho De Pulso (Pwm) Unipolar
Páginas: 9 (2001 palabras)
Publicado: 25 de septiembre de 2011
(
GENERACIÓN DE UN PATRÓN DE MODULACIÓN DE ANCHO DE PULSO (PWM) UNIPOLAR
(Jun 2011)
Carvajal Juan S, Carvajal Mauricio y Zapata Camilo
Ingeniería electrónica, Universidad del Valle
Resumen—En este documento se analizan los resultados de implementar un control con PWM por medio de la comparación de una señal triangular y dos sinusoidales (unipolar). También se utiliza un filtro baso bajo desegundo orden para obtener a la salida del circuito una onda con características de voltaje y frecuencia similares a la de la señal moduladora. Se utiliza PSpice como herramienta de simulación para verificar el desarrollo teórico y compararlo con lo medido en la práctica.
Palabras clave— Inversor, modulación, oscilador, portadora, PWM, unipolar.
Introducción
Los inversores son circuitosque convierten la corriente continua en corriente alterna permitiendo definir a la salida una magnitud y una frecuencia deseada. Dentro de sus tantas aplicaciones se encuentra el control de la velocidad de motores AC.
Un tipo particular de inversor es aquel que utiliza control por medio de modulación de ancho de pulso (PWM). Para ello se necesita de dos señales, una de referencia o moduladora quesuele ser un sinusoide y es la forma de onda que se pretende conseguir a las salida; y la otra señal necesaria es la portadora la cual establece la frecuencia de conmutación.
Si bien existe la modulación bipolar y la unipolar, en este trabajo solo se desarrolla la segunda. Una diferencia fundamental entre ambos tipos es que la unipolar utiliza dos señales moduladoras desfasadas entre sí 180º.Comparando ambas señales con una portadora triangular es que se logra el control PWM.
La relación entre la señal triangular y la señal de control depende de un índice de modulación de frecuencia denominado mf. Si dicho valor es muy pequeño (mf < 21), se requiere la sincronización de las señales adoptando un entero impar para mf y pendientes de polaridad opuesta al coincidir en el cruce por el ceropara ambas señales.
Análisis y resultados
1 Osciladores
Señal moduladora
Para generar la señal de modulación de ancho de pulso (PWM) se requiere de una señal moduladora de forma sinusoidal y una portadora con forma triangular. Los parámetros requeridos para la señal moduladora es que tenga una frecuencia de 100Hz y su amplitud pueda variar entre cero y la amplitud de la señal portadora,mientras que la amplitud de la portadora sí debe ser constante y su frecuencia 21 veces mayor que la de la moduladora.
Para el oscilador sinusoidal se eligió trabajar con el oscilador en Puente de Wien (ver figura 1), puesto que su etapa de amplificación se compone únicamente de un amplificador configurado como no inversor cuya ganancia es definida por la siguiente expresión:
[pic](1)
En cuanto a la frecuencia de oscilación, cumpliendo con el criterio de Barkhausen su relación viene dada de la siguiente forma:
[pic] (2)
[pic]
Fig 1. Oscilador en Puente de Wien.
El criterio también define el valor de A para las oscilaciones.
[pic] (3)
Reemplazando (3) en (1) se obtiene:
[pic] (4)
Se debe garantizar (4) paraque el circuito oscile, asi que se escogen valores de las resistencias Ri=6kΩ y Rf=12kΩ. Por su parte fo debe ser 100Hz. De la ecuación (2) se asume un valor comercial del capacitor C=0.1uF y se obtiene que R debe ser de 16kΩ.
Se simula el oscilador en PSpice para verificar que efectivamente se obtiene el oscilador sinusoidal. El resultado de simulación se muestra en la figura WWW.
[pic]
Fig2. Resultado de simulación del oscilador en Puente de Wien.
La frecuencia a la que oscila la onda obtenida en la simulación es igual a 99.5 Hz, cercano a lo esperado según los cálculos teóricos, sin embargo se aprecia que la amplitud de la onda es extremadamente pequeña del orden de los milivoltios y no es posible modificar la ganancia directamente en el circuito no inversor puesto que esto...
GENERACIÓN DE UN PATRÓN DE MODULACIÓN DE ANCHO DE PULSO (PWM) UNIPOLAR
(Jun 2011)
Carvajal Juan S, Carvajal Mauricio y Zapata Camilo
Ingeniería electrónica, Universidad del Valle
Resumen—En este documento se analizan los resultados de implementar un control con PWM por medio de la comparación de una señal triangular y dos sinusoidales (unipolar). También se utiliza un filtro baso bajo desegundo orden para obtener a la salida del circuito una onda con características de voltaje y frecuencia similares a la de la señal moduladora. Se utiliza PSpice como herramienta de simulación para verificar el desarrollo teórico y compararlo con lo medido en la práctica.
Palabras clave— Inversor, modulación, oscilador, portadora, PWM, unipolar.
Introducción
Los inversores son circuitosque convierten la corriente continua en corriente alterna permitiendo definir a la salida una magnitud y una frecuencia deseada. Dentro de sus tantas aplicaciones se encuentra el control de la velocidad de motores AC.
Un tipo particular de inversor es aquel que utiliza control por medio de modulación de ancho de pulso (PWM). Para ello se necesita de dos señales, una de referencia o moduladora quesuele ser un sinusoide y es la forma de onda que se pretende conseguir a las salida; y la otra señal necesaria es la portadora la cual establece la frecuencia de conmutación.
Si bien existe la modulación bipolar y la unipolar, en este trabajo solo se desarrolla la segunda. Una diferencia fundamental entre ambos tipos es que la unipolar utiliza dos señales moduladoras desfasadas entre sí 180º.Comparando ambas señales con una portadora triangular es que se logra el control PWM.
La relación entre la señal triangular y la señal de control depende de un índice de modulación de frecuencia denominado mf. Si dicho valor es muy pequeño (mf < 21), se requiere la sincronización de las señales adoptando un entero impar para mf y pendientes de polaridad opuesta al coincidir en el cruce por el ceropara ambas señales.
Análisis y resultados
1 Osciladores
Señal moduladora
Para generar la señal de modulación de ancho de pulso (PWM) se requiere de una señal moduladora de forma sinusoidal y una portadora con forma triangular. Los parámetros requeridos para la señal moduladora es que tenga una frecuencia de 100Hz y su amplitud pueda variar entre cero y la amplitud de la señal portadora,mientras que la amplitud de la portadora sí debe ser constante y su frecuencia 21 veces mayor que la de la moduladora.
Para el oscilador sinusoidal se eligió trabajar con el oscilador en Puente de Wien (ver figura 1), puesto que su etapa de amplificación se compone únicamente de un amplificador configurado como no inversor cuya ganancia es definida por la siguiente expresión:
[pic](1)
En cuanto a la frecuencia de oscilación, cumpliendo con el criterio de Barkhausen su relación viene dada de la siguiente forma:
[pic] (2)
[pic]
Fig 1. Oscilador en Puente de Wien.
El criterio también define el valor de A para las oscilaciones.
[pic] (3)
Reemplazando (3) en (1) se obtiene:
[pic] (4)
Se debe garantizar (4) paraque el circuito oscile, asi que se escogen valores de las resistencias Ri=6kΩ y Rf=12kΩ. Por su parte fo debe ser 100Hz. De la ecuación (2) se asume un valor comercial del capacitor C=0.1uF y se obtiene que R debe ser de 16kΩ.
Se simula el oscilador en PSpice para verificar que efectivamente se obtiene el oscilador sinusoidal. El resultado de simulación se muestra en la figura WWW.
[pic]
Fig2. Resultado de simulación del oscilador en Puente de Wien.
La frecuencia a la que oscila la onda obtenida en la simulación es igual a 99.5 Hz, cercano a lo esperado según los cálculos teóricos, sin embargo se aprecia que la amplitud de la onda es extremadamente pequeña del orden de los milivoltios y no es posible modificar la ganancia directamente en el circuito no inversor puesto que esto...
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