Hava yastığı için "PWM" Ayarlanabilir frekans SPWM jeneratörü
Bir omuz kazanın sırt çantası
Bu ne kadar zor?
Bir şans ver!
_
Uzun basın tanıma
Özet: Hava yastığındaki piezoelektrik seramik trafonun sürüş problemine yönelik olarak FPGA'ya dayalı ayarlanabilir frekanslı bir SPWM üreteci tasarlanmış ve tasarım prensibi, genel çerçeve, özel uygulama ve simülasyon sonuçları verilmiştir. Simülasyon sonuçları, tasarlanmış SPWM darbe sinyali üretecinin, piezoelektrik seramik transformatörün sürüş frekansındaki farkın neden olduğu sürüş zorluğu veya zayıf etki problemini iyi bir şekilde çözebileceğini göstermektedir.
Şu anda, otomobil endüstrisi Çin ekonomisinin temel endüstrisi ve sürdürülebilir kalkınma endüstrisi haline geldi. Güvenlik, çevre koruma ve enerji tasarrufu, modern otomobil teknolojisinin gelişmişlik düzeyini ölçen üç ana göstergedir ve güvenlik ilk sırada yer alır. İnsanların yaşam standartlarının iyileştirilmesiyle birlikte, gittikçe daha fazla kullanıcı, orta ve üst düzey konfigürasyonlara sahip daha güvenli arabaları seçecek. Bunlar, yüksek performanslı otomotiv hava yastığı sistemlerinin geliştirilmesini teşvik etti. Hava yastığı ateşleme sisteminin anahtarı, sistemin tam olarak gerçekleştirilmesidir.Önemli, çok noktalı ateşlemenin ateşleme enerjisini verimli bir şekilde elde etmek için yüksek performanslı yüksek voltaj dönüştürme teknolojisini kullanmaktır. Mevcut hava yastıkları, ateşleme sistemi nedeniyle yetersiz güvenilirliğe ve doğruluğa sahiptir. Piezoelektrik seramik transformatörün elektromanyetik paraziti yoktur ve elektromanyetik parazit, yüksek enerji dönüşüm verimliliği, yüksek güç yoğunluğu, radyasyon direnci, yüksek sıcaklık direnci, gürültüsüz, yüksek güvenilirlik, basit yapı, kısa devre yanıklarından korkmayan, yüksek güç kaynağı güvenliği ve hacimden etkilenmez Küçük boyut ve hafiflik özellikleriyle, piezoelektrik dönüştürücülerin otomobil hava yastığı ateşleme sistemlerine uygulanması, hava yastığı ateşleme sisteminin yüksek voltaj dönüşüm devresinin gerçekleştirilmesi için yeni bir teknik yaklaşım sağlar.Güvenlik ve çevre koruma kombinasyonu, güvenilirliği ve doğruluğu artıracaktır. Seks.
Hava yastığı ateşleme sistemi, bir merkezi elektronik kontrolör (ECU), bir piezoelektrik yüksek voltaj dönüştürücü modülü ve bir çok noktalı başlatma modülünden oluşur ve yapısı Şekil 1'de gösterilmiştir.
Piezoelektrik seramik transformatörler, sinüzoidal darbe genişlik modülasyonu, yani SPWM (Sinüzoidal PWM) tipi voltaj sürücüsü kullanır, ancak piezoelektrik transformatör, herhangi bir frekansın giriş voltajı üzerinde dönüştürücü bir etkiye sahip değildir. Frekans, piezoelektrik transformatörün doğal frekansına eşit olduğunda, piezoelektrik transformatör, tahrik voltajının uyarılması altında rezonant bir durumda olabilir Bu zamanda, uzunluğu boyunca titreşim en güçlüdür ve voltaj dönüştürülebilir. Dönüştürücünün eşdeğer devresi rezonanstayken, piezoelektrik transformatörün voltaj kazancı maksimumdur. Doğal frekans, çeşitli faktörler tarafından belirlenir ve fark büyüktür Bu, piezoelektrik seramik transformatör sürücüsü için geniş bir frekans aralığı gerektirir ve kristal osilatörler gibi yaygın olarak kullanılan frekans kaynağı bileşenleri bu koşulu karşılayamaz. Bu makale, piezoelektrik seramik transformatörlere uygulanan bir SPWM darbe sinyal üreteci tasarlayan DDS (Doğrudan Dijital Frekans Sentezleyici) teknolojisi ile birlikte SPWM doğal örnekleme yöntemi ilkesine dayanan FPGA teknolojisini kullanır.
1 Kullanılan ana teknoloji
1.1 SPWM teknolojisi
SPWM yöntemi, nispeten olgun ve yaygın olarak kullanılan bir PWM yöntemidir. Örnekleme kontrol teorisinde önemli bir sonuç vardır: ataletli bir bağlantıya eşit darbeli ancak farklı şekillerde dar darbeler uygulandığında, etki temelde aynıdır. SPWM yöntemi bu sonuca dayanmaktadır Darbe genişliği sinüs yasasına göre değişen ve sinüs dalgasına eşdeğer olan PWM dalga biçimi (yani SPWM dalga biçimi), anahtarlama cihazının açılıp kapanmasını kontrol etmek için kullanılır, böylece çıkış darbe voltajının alanı istenen çıkışla aynı olur. Karşılık gelen aralıktaki sinüs dalgasının alanı eşittir.
Harmonik eliminasyon yöntemi, eşit alan yöntemi, doğal örnekleme yöntemi vb. Gibi SPWM sinyali oluşturmanın birçok yöntemi vardır. Bu makalede doğal örnekleme yöntemi benimsenmiştir. Doğal örnekleme yöntemi, bir dizi ikizkenar üçgen dalgayı bir sinüs dalgasıyla karşılaştırır ve kesişme noktası, anahtar tüpünün açılıp kapatıldığı zaman olarak kullanılır.Bu yöntem, darbe genişliğini ve darbe aralığı süresini doğru bir şekilde elde edebilir. Kullanılan farklı modülasyon üçgen dalgalarına göre, doğal örnekleme yöntemi, tek kutuplu üçgen dalga modülasyon yöntemi ve iki kutuplu üçgen dalga modülasyon yöntemi olarak ikiye ayrılabilir. Bu metnin benimsediği şey tek kutuplu modülasyon yöntemidir, şematik diyagramı Şekil 2'de gösterildiği gibidir.
Şekil 2'den sinüs dalgası ile üçgen dalganın kesişme noktasının, SPWM dalgasının anahtarlama noktası olan SPWM kontrol darbesinin başlangıç noktası ve bitiş noktası olduğu görülmektedir. Bu kesişimlere karşılık gelen zamanı bulmak için, SPWM kontrol darbesinin anahtarlama süresini oluşturmak için sinüs dalgası ile üçgen dalganın kesişimine göre darbe genişliği ve boşluk süresi örneklenir.
1.2 DDS teknolojisi
DDS'nin temel ilkesi, örnekleme teoremini referans tablosu yöntemi ile dalga formları oluşturmak için kullanmaktır. DDS, faz kavramından başlar ve farklı fazları elde etmek için doğrudan referans sinüs sinyalini örnekler. Karşılık gelen voltaj genliği, dijital hesaplama teknolojisi ile üretilir ve son olarak gerekli frekans filtrelenir ve düzeltilir. DDS'nin temel blok diyagramı Şekil 3'teki gibi gösterilmiştir. 5 parça içerir: faz toplayıcı, dalga biçimi belleği, dijital / analog dönüştürücü, alçak geçiren filtre (LPF) ve referans saat.
Şekilde, K, frekans kontrol kelimesidir, N, faz akümülatörünün kelime uzunluğudur, M, ROM adres hatlarının sayısıdır, m, ROM veri hatlarının sayısıdır (yani, DAC sayısı) ve fc, DDS sisteminin referans saat kaynağıdır. Genellikle, tüm sistemin çeşitli bileşenleri için senkronize saatler sağlayan, yüksek stabiliteye sahip kristal bir osilatördür. DDS'nin temel çalışma prensibi: referans saatinin kontrolü altında, faz akümülatörü, frekans kontrol kelimesi M'yi doğrusal olarak üst üste getirir ve elde edilen faz kodu, dijital / analog dönüştürücü aracılığıyla elde edilen karşılık gelen genlik kodunu çıkarmak için dalga biçimi belleğini adresler. Karşılık gelen adım dalgası, istenen frekansın sürekli değişen bir dalga biçimini elde etmek için sonunda bir alçak geçiren filtreden geçirilir.
DDS'nin matematiksel modeli şu şekilde özetlenebilir: her saat döngüsünde T, frekans kontrol kelimesi K ve N-bit faz toplayıcı bir kez toplanır ve aynı zamanda 2N modulo işlemi elde edilir ve toplam (N-bit ikili sayı ile temsil edilir) faz olarak kullanılır. Değer, sinüs fonksiyon tablosu ROM'unu ikili kod biçiminde sorgulayın ve ardından faz bilgisini karşılık gelen sayısal nicelenmiş sinüs genlik değerine dönüştürün. ROM'un dijital sinüs dalgası dizisi çıktısı, bir dijital / analog dönüştürücü ile bir merdiven analog sinyaline dönüştürülür ve son olarak, frekansı aşağıdaki gibi olan bir alçak geçiren filtre aracılığıyla yumuşatıldıktan sonra saf bir sinüs analog sinyali elde edilir:
Faz toplayıcı, bir N-bit toplayıcı ve kademeli olarak bir N-bit biriktirme yazmacından oluşur. Bir saat darbesi fc geldiğinde, toplayıcı, frekans kontrol kelimesini K, biriktirme yazmacı tarafından birikmiş faz verisi çıkışına ekler ve toplamanın sonucunu, biriktirme yazmacının veri giriş ucuna gönderir. Biriktirme yazmacı, son saat darbesinden sonra toplayıcı tarafından oluşturulan yeni faz verilerini toplayıcının girişine geri besler, böylece toplayıcı, bir sonraki saat darbesinin eylemi altında frekans kontrol sözcüğüne eklemeye devam eder. Bu şekilde, faz toplayıcı, saatin eylemi altında frekans kontrol sözcüğünün doğrusal fazını sürekli olarak biriktirir. Faz akümülatörünün, her saat darbesi girildiğinde frekans kontrol kelimesini topladığı görülebilir Faz toplayıcının çıkış verileri sentezlenmiş sinyalin fazıdır ve faz akümülatörünün taşma frekansı, DDS'nin sinyal frekans çıkışıdır. Dalga biçimi belleğinin (ROM) faz örnekleme adresi olarak faz toplayıcının çıktı verilerini kullanarak, dalga biçimi belleğinde depolanan dalga biçimi örnekleme değeri (ikili kod), fazdan genliğe dönüşümü tamamlamak için arama tablosu aracılığıyla bulunabilir. Dalga biçimi belleğinin çıktısı D / A dönüştürücüye gönderilir ve D / A dönüştürücü, dijital biçimdeki dalga biçimi genliğini gerekli sentez frekansı biçiminde bir analog sinyale dönüştürür. Alçak geçiren filtre, saf sinüs dalgası sinyali çıkarmak için istenmeyen örnekleme bileşenlerini filtrelemek için kullanılır.
2 SPWM darbe sinyali üretecinin tasarımı ve FPGA simülasyonu
2.1 Genel çerçeve
SPWM sinyali üretmek için DDS'yi birleştirme şeması literatürde incelenmiştir ve benimsenen çerçeve Şekil 4'te gösterilmiştir.
Burada, ayarlanabilir frekanslı SPWM sinyal üretecini gerçekleştirmek için DDS yapısındaki sinüs arama tablosunu SPWM sinyal arama tablosu ile değiştirin. Bunlar arasında, SPWM arama tablosu gerektiğinde önceden hesaplanır.
2.2 Tasarım ve simülasyon
Üçgen taşıyıcının frekansını 100 kHz'e, sinüs dalgasının frekansını 10 kHz'e, modülasyon derecesini m'ye ve modülasyon katsayısını n = 100/10 = 10 olarak ayarlayın, yani sinüs dalgasının üçgen taşıyıcı ile bir döngüde kesişimi 10'dur, bunlar Kesişme noktası ve değeri Matlab yazılımı ile simüle edilebilir ve hesaplanabilir. Şekil 6'da gösterildiği gibi.
Bu makale FPGA'nın saat sinyali olarak 100 MHz kristal osilatör kullanmaktadır. Bir SPWM modülasyon dalga döngüsü, kristal osilatörün 10000 saat döngüsünü içerir. Şekil 6'dan, 1 çevrimin SPWM sinyalinin iki simetrik ön ve arka kısma bölündüğü görülebilir; bu, ilk yarı periyodik olduktan sonra karşılık gelen faz-tersine çevrilmiş sinyalin çarpılmasıyla elde edilebilir. Bu nedenle, ilk yarı döngüde 5.000 noktada bir taramalı tablo oluşturulur. SPWM darbe sinyalinin değer aralığı {0, 1} olduğundan, arama tablosunun program ifadesi çok basittir.
VHDL kaynak kodunun bir kısmı aşağıdaki gibidir:
eğer (say < 7680) sonra
q_s < = '0';
elsif (sayı < 13815) sonra
q_s < = 1 ;
elsif (sayı < 15811) sonra
q_s < = '0';
elsif (sayı < 34189) sonra
q_s < = 1 ;
elsif (sayı < 36185) sonra
q_s < = '0';
elsif (sayı < 42320) sonra
q_s < = 1 ;
Başka
q_s < = '0';
biterse;
2.3 Simülasyon sonuçları
Quartus® yazılım platformunda devam eden simülasyon, simülasyon sonucu Şekil 7'deki gibi gösterilir. İşte 100 kHz, 90 kHz ve 99 kHz farklı frekanslara sahip üç SPWM darbe sinyali.
Şekil 7 (a) ~ Şekil 7 (c) 'deki simülasyon grafiklerinden bu şemanın ayarlanabilir frekanslı SPWM darbe sinyalinin üretimini gerçekleştirebildiği görülebilir.
FPGA ünitesi tarafından SPWM anahtar sinyali çıkışı, çift köprü anahtarının açılıp kapanmasını kontrol eder.Üretilen akım filtrelenir ve voltaj PZT (piezoelektrik seramik transformatör) tarafından yükseltilir ve ardından enerji depolama kondansatörü (şekildeki noktalı çizginin parçası) tek yönlü diyot tarafından işlenir Yüksek voltajlı şarj. Gerilim geri besleme sinyali, şarjı başlatmak ve durdurmak için kullanılır, böylece enerji depolama kapasitörünün voltajı, yüksek voltajlı ateşleme için yeterli olan önceden belirlenmiş bir voltaj değerinin üzerinde tutulur.
FPGA tarafından üretilen SPWM sinyalinin frekansı ayarlanabildiğinden, tahrik sinyalinin frekansı PZT piezoelektrik seramik transformatörün özelliklerine göre kolayca ayarlanabilir ve piezoelektrik seramik transformatör iyi çalıştırılabilir.
Bu makalede, piezoelektrik seramik transformatörlerin sürüş frekansındaki farkın neden olduğu sürüş zorluğu veya zayıf etki problemini çözen FPGA tabanlı ayarlanabilir frekanslı bir SPWM darbe sinyali üreteci tasarlanmıştır.
