7.5.2. Prúdovo riadená PWM (CC-PWM)

Ide v podstate o hysterézne riadenie prúdu so spätnou väzbou. Princíp činnosti je zobrazený na Obr. 7.15. Skutočná hodnota prúdu \(i_L\) je neustále porovnávaná s referenčným harmonickým signálom žiadaného prúdu \(i_{ref}\) s požadovanou amplitúdou \(I_m\) a frekvencii \(f\), resp. s jeho požadovaným hysteréznym pásmom.

\[ \begin{align} \label{eqn:iref} i_{ref} = I_m \sin (2\pi f \, t). \end{align} \]

Ak skutočný prúd prekročí hornú hranicu hysterézneho pásma zmení sa polarita napätia na záťaži a skutočný prúd \(i_L\) začne klesať. Ak potom prekročí spodnú hranicu, znova sa zmení polarita napätia na záťaži a prúd \(i_L\) znova stúpa. Takto prúd v záťaži \(i_L\) nasleduje žiadaný referenčný prúd \(i_{ref}\) v hraniciach hysterézneho pásma prepínaním spínačov a tým pádom je zabezpečená aj zmena polarity napätia na záťaži. Zo striedača sa v podstate stane zdroj prúdu.

Napätie na záťaži, pri hysteréznom riadení prúdu pomocou PWM, môže byť opísané nasledujúcou funkciou

\[\begin{split} \begin{align} \label{eqn:hys} u(t) = \left\{ \begin{array}{ll} \dfrac{U_{dc}}{2} & \quad i_L < i_{ref} - \dfrac{H_b}{2}, \\[0.5cm] -\dfrac{U_{dc}}{2} & \quad i_L > i_{ref} + \dfrac{H_b}{2}, \end{array} \right. \end{align} \end{split}\]

kde \(H_b\) je šírka hysterézneho pásma.

Obr. 7.15 Princíp generovania prúdovo riadenej PWM.

Tento typ hysterézneho riadenia prúdu je veľmi populárny vďaka jednoduchej implementácii, rýchlej prechodovej odozve a priamemu limitovaniu prúdových špičiek. Sú tu však aj určité nevýhody. Frekvencia PWM nie je konštantná (mení sa v závislosti od šírky hysterézneho pásma), čo má za následok neoptimálne harmonické skreslenie prúdu na záťaži (pri veľmi úzkom hysteréznom pásme nastáva veľmi častá zmena polarity - vysoká spínacia frekvencia, a teda aj vysoké spínacie straty).

7.5.2.1. Matlab/Octave kód

Ukáž kód

% prudovo riadena PWM 
close all
clear all
clc

% parametre obvodu
Us = 100;
R = 10; 
L = 10e-3;
f = 50;

% amplituda referencneho signalu
Im = 1;
% hysterezne pasmo
Hb = 0.5;

% krok simulacie
dt = 1e-6;

% simulacny cas
Tsim = 5/f; 

% pociatocne podmienky
iL=0;
X=[iL];

u=[Us];

% stavove matice
A = [-R/L];
B = [1/L];

% jednotkova matica
E = eye(size(A));

% matice nepriamej eulerovej metody
F = inv(E-dt*A);
G = F*dt*B;

% referencny sinusovy priebeh prudu
t=0:dt:Tsim;
iref = Im*sin((2*pi*f*t));

n=1;
% nepriama eulerova metoda 
for t=0:dt:Tsim
    % hysterezne riadenie
    if (X < iref(n) - Hb/2)
        u=Us;
    elseif (X > iref(n) + Hb/2)
        u=-Us;
    end

    X=F*X+G*u;
       
    iL(n)=X(1);
    time(n)=t;
    uo(n) = u;
         
    n=n+1;
end

% priebehy
subplot(4,1,1)
plot(time,iL,time,iref)
legend('iL','iref');
ylabel('i [A]');
xlabel('t [s]');
grid on

subplot(4,1,2)
plot(time,uo)
ylabel('uo [V]');
xlabel('t [s]');
grid on

N = 5000;
subplot(4,1,3)
plot(time(1:N),iL(1:N),time(1:N),iref(1:N))
legend('iL','iref');
ylabel('i [A]');
xlabel('t [s]');
grid on

subplot(4,1,4)
plot(time(1:N),uo(1:N))
ylabel('uo [V]');
xlabel('t [s]');
grid on

Online simulácia

Spustiť simuláciu

Obr. 7.16 Princíp generovania prúdovo riadenej PWM.