ываыва. Проектирование шим генератора последовательно выдающего заданные значения скважности
 Скачать 463.38 Kb.
|
|
МИНОБРНАУКИ РОССИИ Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский университет «Московский институт электронной техники» Кафедра проектирования и конструирования интегральных микросхем (ПКИМС) Курсовая работа на тему: «Проектирование ШИМ генератора последовательно выдающего заданные значения скважности» Выполнил: студент группы Проверил: доцент каф. ПКИМС, к.т.н. Гусев С.В. Москва 2021 Техническое задание. Требуется разработать ШИМ генератор последовательно выдающий скважности 30, 33, 70, 56, 44, 30, 99 % Теоретическая часть. ШИМ (PWM) - широтно-импульсная модуляция (pulse-width modulation). Алгоритм широтно-импульсной модуляции применяется для плавного изменения мощности на нагрузке, поступающей от источника питания. Например, с целью регулирования скорости вращения вала двигателя; плавности изменения яркости освещения или подсветки. Отдельной широкой областью применения ШИМ являются импульсные источники питания и автономные инверторы. В современной преобразовательной технике преимущественно используются импульсное регулирование мощности на нагрузке. Одним из способов реализации импульсного регулирования как раз является широтно-импульсная модуляция. Основными элементами любого типа импульсного регулятора мощности являются полупроводниковые ключи – транзисторы или тиристоры. В простейшем виде схема импульсного источника питания имеет следующий вид (рисунок 1):  Рисунок 1. Общая схема импульсного регулятора. Источника постоянного напряжения ключом подсоединяется к нагрузке. Ключ переключается с определенной частотой и остается во включенном состоянии определенную длительность времени. Чтобы понять принцип ШИМ воспользуемся следующим графиком (рисунок 2).  Рисунок 2. Импульсы, подаваемые источником питания Uип. Разобьем ось времени на равные промежутки, называемые периодом T. Когда ключ замкнут, к нагрузке подается напряжение от источника питания Uип. Вторую часть полупериода ключа находится в закрытом состоянии. А потребитель останется без питания. Время, в течение которого ключ замкнут, называется временем импульса tи. А время длительности разомкнутого ключа называют временем паузы tп. Если измерить напряжение на нагрузке Uср.н, то оно будет равно половине Uип. Отношение времени импульса tи к периоду T называют коэффициентом заполнения D. А величина, обратная ему называется скважностью и определяется с помощью формулы (1): 𝑆 = 1/𝐷 = 𝑇/𝑡и. (1) Другие примеры процентных соотношений продемонстрированы на рисунке 3.  Рисунок 3. Различный процент скважности импульсного сигнала. Следовательно, изменяя коэффициент D от 0 до единицы или до 100 % можно изменять величину Uср.н от 0 до Uип , данная зависимость выражается формулой (2): 𝑈ср.н = 𝑈ип ∙ 𝐷 (2) А соответственно регулировать и величину подводимой мощности можно с помощью формулы (3): 𝑃ср.н = 𝑃ип ∙ 𝐷 (3) Практическая часть. Структурная схема работы устройства представлена на рисунке 4.  Рисунок 4. Структурная схема разработанного устройства. В качестве симулятора использовался инструмент Modelsim for Altera. Фрагмент кода, блок схема и логика работы ,описывающие работу ШИМ генератора, представлены на рисунках 5,6.  Рисунок 5. Фрагмент кода ШИМ генератора (не показаны некоторые блоки case). Если по каким-то причинам в регистре состояния оказалось неправильное значение, блок default, представленный на рисунке 6, обработает это состояние, в данном случае, блок default аналогичен состоянию 1:  Рисунок 6. Содержимое блока default. Тактовый сигнал генерируется с помощью тестбенча, который показан на рисунке 7, так же тестбенч задает состояние на шине управления и содержит экземпляр модуля pwm.  Рисунок 7. Тестбенч для симулятора Modelsim for Altera. Поскольку работа описывалась не на уровне вентилей, используем схемотехническое решение, предложенное средой разработки Quartus II (рисунок 8):  Рисунок 8. Принципиальная электрическая схема разработанного устройства. Результат симуляции полученного устройства представлен на рисунке 9:  Рисунок 9. Результат симуляции ШИМ генератора. Заключение. В результате работы был разработан ШИМ генератор последовательно выдающий заданные значения скважности. Получены результаты его функциональной и временной верификации, а так же структурная и принципиальная электрическая схемы. |