preinforme PWM

UNIVERSIDAD TÉCNICA FEDERICO SANTA MARÍA

DEPARTAMENTO DE ELECTRÓNICA

Laboratorio de

“Modulación por Ancho de Pulsos


DEPARTAMENTO DE ELECTRÓNICA

Laboratorio de Electrónica Industrial

PREINFORME

Modulación por Ancho de Pulsos

Experiencia 6

Grupo 8

Lautaro Narváez

Juan Vargas

Fecha 06/09/2010

Revisado por


Industrial

Modulación por Ancho de Pulsos”

Lautaro Narváez

Nota

Laboratorio de Electrónica Industrial, Segundo Semestre 2010

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6. PREINFORME

6.1 Explique el principio de funcionamiento de la modulación PWM con portadora.

Consiste en pasar a través de un comparador un voltaje modulador que es la señal que se quiere enviar y una señal portadora siempre de una frecuencia notablemente más elevada que la señal moduladora, así se logra un pulso cuadrado de ciclo de trabajo variable y frecuencia constante que esta en 0 cuando la señal moduladora es menor que la portadora y en “1” cuando la señal moduladora es mayor. Este sistema permite a los convertidores de potencia conmutados funcionar con bajas perdidas, trabajando en las zonas de corte y saturación de los dispositivos semiconductores. La señal transmitida se rescata a través de una demodulación que básicamente es un filtrado de la señal de alta frecuencia por un pasabajos.

Figura 1. Modulación por ancho de pulsos

Esta modulación solo sirve si la señal es de una frecuencia notablemente más baja que la portadora de lo contrario en el filtrado se pierde parte de la información, tampoco esta señal puede ser de una amplitud mayor que la portadora. El uso que le daremos en esta experiencia es para la implementación de un inversor trifásico. Existen 2 modos de accionamiento de los semiconductores que son la modulación unipolar y la bipolar. Ocuparemos como en casi todas las aplicaciones existentes, un sistema de modulación bipolar pues la salida de voltaje a la carga consta de 2 niveles y no 3 como en la unipolar y el doble de frecuencia facilitando el filtrado.


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Figura 2. Modulación Unipolar

Figura 3. Modulación Bipolar

Con respecto a la portadora existen dos alternativas, la modulación con dientes de sierra llamada asimétrica o con una señal triangular llamada simétrica, disponible ambas en el DSP. Ocuparemos la señal triangular pues la modulación por diente de sierra tiene un espectro de armónicas mas alto siendo esto perjudicial para el filtrado y provoca perdida de sincronía entre las fases, aunque la señal diente de sierra del doble de resolución. La principal desventaja de esta modulación son las interferencias electromagnéticas que producen las conmutaciones a alta frecuencia debidas a la PWM


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6.2 Describa para que es necesario implementar un tiempo muerto.

En esta experiencia utilizaremos la señal PWM para hacer conmutar un inversor trifásico. Debido a la topología de este se hace necesario implementar un tiempo muerto una especie de retardo, para evitar que en un momento estén los 2 semiconductores de una pierna provocando un cortocircuito, que a altas tensiones puede resultar catastrófico.

Figura 4. Modulación PWM de un inversor

La duración de el tiempo muerto va a depender de cuanto se demore (cual sea la pendiente) el encendido o apagado de los semiconductores, por ejemplo son unos cuantos microsegundos para los mosfet. La variación de la tensión va a depender del sentido de la corriente. Positivo si la corriente va hacia la carga y negativo si viene desde la carga. Esto también genera distorsión armónica del voltaje en los cruces por cero de la corriente. Este tiempo viene especificado en los datasheet de los semiconductores y hay que agregarle un margen de seguridad.

6.3 ¿Cuántas señales PWM tiene disponible el dispositivo?

En el capítulo 6 (“Event Manager”) de la guía de referencia del DSP, se puede encontrar la información relevante acerca de temporizadores, comparadores, PWM, etc. Casi todos los equipos de la familia del DSP a utilizar poseen dos gestores de eventos (“EV”); EVA y EVB. Ambos gestores son exactamente idénticos en funcionalidad. Cada módulo cuenta con ocho pines disponibles para comparar/salidas PWM.


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Tabla 1. Pines de Comparadores / Salidas PWM (GP Timer)

EVA EVB T1CMP/T1PWM T3CMP/T3PWM T2CMP/T2PWM T4CMP/T4PWM

Tabla 2. Pines exclusivos Comparadores / Salidas PWM

EVA EVB PWM1 PWM7 PWM2 PWM8 PWM3 PWM9 PWM4 PWM10 PWM5 PWM11 PWM6 PWM12

Considerando las salidas de EVA y EVB se tienen 16 señales PWM disponibles.

6.4 ¿Cuál de las dos modulaciones descritas en el manual (Fig. 6-7 o Fig. 6-8) se utilizará y por qué?

En el manual se detallan las configuraciones de dos tipos de modulaciones, asimétrica y simétrica. En la modulación asimétrica el temporizador se incrementa hasta que la cuenta llega al valor del registro TxPR (Period Register). Una vez alcanzada la cuenta, el temporizador se resetea, iniciándose nuevamente.

Figura 5. Modulación PWM Asimétrica

Como se aprecia en la figura, la salida se encuentra en alto (active high) cuando la cuenta del temporizador es mayor que el valor de comparación (registro TxCMPR).


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A diferencia de la modulación asimétrica, en la simétrica la cuenta del timer se incrementa hasta el valor de TxPR, pero una vez que se alcanza, la cuenta se decrementa. Una vez que se llega a cero, se inicia un nuevo periodo. La salida estará en alto cuando la cuenta sea mayor que TxCMPR.

Figura 6. Modulación PWM Simétrica

En la experiencia se utilizará la modulación PWM simétrica, a través de una portadora triangular. Para que el contenido armónico debido a la conmutación sea lo más acotado posible, las señales de control que van a cada pierna del inversor deben estar sincronizadas, para ello se necesita que los pulsos posean simetría respecto al punto medio del periodo. Esto solo se logra con modulación simétrica.

6.5 ¿Cómo se configura el Timer para ser utilizado en el modulo PWM?

Considerando el uso de modulación con una portadora triangular, se deben configurar los siguientes parámetros en el GP Timer:

� Ajustar el registro TxPR de acuerdo al periodo deseado para la portadora (T). � Setear los bits que correspondan en el registro TxCON, según las siguientes opciones

• TMODE1-TMODE0: Modo de conteo (continuo modo up-down) • TPS2-TPS0: Multiplicador del reloj fuente • TENABLE: Habilitación del temporizador • TCLKS1-TCLKS0: Fuente de reloj • TCLD1-TCLD0: Condición de recarga del comparador de registro • TECMPR: Habilita el comparador del temporizador


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Figura 7. Registro de control del Timer x (TxCON)

� Cargar en el registro TxCMPR los valores correspondientes al ancho de ciclo de la PWM.

6.6 Si se genera la PWM utilizando un GP Timer, ¿cómo se calculará la frecuencia de modulación?

Para obtener una relación entre la frecuencia de modulación y los distintos parámetros que intervienen en ella se tiene la siguiente figura

Figura 8. Portadora y clock

Se observa que el periodo deseado para la portadora es

( )2 clockT TxPR T= ⋅ (1)

Para definir la frecuencia de modulación, se debe setear el registro TxPR, que corresponde al periodo de la señal, luego

2 clock

TTxPR

T=

⋅ (2)


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Donde clockT y 1

Tf

= (f: frecuencia deseada en Hz) son datos conocidos. El valor inicial del

contador del temporizador puede ser cualquier valor entre 0h y FFFFh.

6.7 ¿Cómo se configura el tiempo muerto?

El tiempo muerto se configura a través de la unidad generadora de tiempo muerto “Dead-Band Unit” (DBU). Cada gestor de eventos, EVA y EVB, cuenta con su propio registro de control de tiempo muerto (DBTCONA y DBTCONB, respectivamente).

Figura 9. Registro de control de tiempo muerto

Como ambos registros son idénticos, los pasos para la configuración son los mismos. La definición de los bits del registro es la siguiente

• Bits 15-12: Reservados • Bits 11-8: DBT3(MSB) – DBT0(LSB): se define el periodo para 3 temporizadores de

banda muerta (Dead-Band Timer) de 4 bits. • Bits 7-5: Habilitan los Dead-Band Timer 3, 2 y 1 respectivamente

• Bits 4-2: Permiten dividir el reloj del dispositivo • Bits 1-0: Reservados Las señales de entrada a la DBU son las señales provenientes de las unidades de comparación PH1, PH2 y PH3. A su vez, las salidas son DTPHx y DTPHx_, con x=1,2 y 3. Ambas señales son complementarias. Cada señal de entrada PHx generada una salida DPTHx y DPTHx_. Si la unidad de comparación está deshabilitada las dos señales son iguales. Por otro lado, cuando está habilitada, las dos señales están separadas por un intervalo de tiempo. Este tiempo corresponde a la banda muerta o tiempo muerto. La guía de referencia proporciona una tabla con valores típicos para la generación de tiempo muerto, de acuerdo a los registros mencionados anteriormente. En la tabla, si el valor de


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DBTCONx[11-8] es m y DBTCONx[4-2] corresponde al divisor del reloj x/p, donde x es el reloj del sistema, el valor del tiempo muerto es p m⋅ ciclos del reloj.

Tabla 3. Cálculo de tiempo muerto

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