Pulse Density Modulation for Power Electronics Applications.

• Autorzy: Nieznański J.

Warianty tytułu

EN

Modulacja gęstości impulsów dla zastosowań energoelektrycznych.

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Modulacja gęstości impulsów (ang. PDM) jest obecnie jedną z najważniejszych odmian modulacji czasowo-impulsowej, szeroko stosowaną w takich dziedzinach techniki jak telekomunikacja, technika foniczna, metrologia, energoelektronika. Niniejsza rozprawa stanowi próbę syntetycznej analizy i oceny modulacji PDM z punktu widzenia zastosowań energoelektronicznych. Większość dyskusji dotyczy zagadnień związanych ze sterowaniem falowników napięcia, jednak uwzględniono także inne zastosowania (sterowanie impulsowo-całookresowe przekształtnika szeregowo-rezonansowego, sterowanie impulsowe całookresowe mocą prądu przemiennego, synteza częstotliwości). Pokazano, między innymi, że optymalna skalarna modulacja PDM jest równoważna modulacji sigma-delta (SDM) pierwszego rzędu. Przyjętym kryterium optymalności jest minimalizacja mocy odkszałceń mierzona na wyjściu filtru pierwszego rzędu, modelowanego za pomocą idealnego integratora. Ten rodzaj filtracji jest przyjęty w większości rozważań, gdyż adekwatnie odzwierciedla działanie filtrujące indukcyjności silnika w falownikowych napędach prądu zmiennego. Uogólnienie rezultatów otrzymanych dla modulacji skalarnej na przypadek modulacji trójfazowej nie prowadzi do otrzymania rozwiązania globalnie optymalnego. Mimo to, wektorowa modulacja SDM, odpowiednio zdefiniowana, jest optymalna w węższym, czasowo-lokalnym sensie. Na podstawie studiów dotyczących przekształtnika szeregowo-rezonansowego i sterownika mocy prądu przemiennego pokazano, że optymalne właściwości modulatora SDM pozostają w mocy także w zastosowaniach nie odpowiadających ściśle pierwotnemu sformułowaniu problemu. Rozważania dotyczące filtracji pierwszego rzędu uogólniono na dowolny rząd filtru złożonego z idealnych integratorów. Znaczną uwagę poświęcono zagadnieniu regulacji prądu w układzie nadążnej modulacji PDM. Przeprowadzono paralelę pomiędzy modulacją SDM i dwiema popularnymi technikami regulacji prądu: regulacją delta i quasi-optymalną regulacją PDM. Przedstawiono analizę porównawczą modulacji PDM i modulacji szerokości impulsów (PWM), pokazując, że ta pierwsza w pełni zasługuje na uwagę jako rozwiązanie alternatywne, zwłaszcza w zakresie dużych głębokości modulacji. Uzupełniającym zagadnieniem poruszonym w rozprawie jest synteza częstotliwości oparta na modulacji PDM. Zaproponowano dwa nowe rozwiązania syntezatorów częstotliwości, oba dobrze spełniające wymogi zastosowań energoelektronicznych, przede wszystkim ze względu na dużą szybkość odpowiedzi na zmianę częstotliwości zadanej, przy jednoczesnym bardzo małym drżeniu fazy impulsów wyjściowych.

EN

The pulse density modulation (PDM) is a viable pulse-time modulation principle whose reported applications include such technology areas as communications, audio engineering, measurement and characterization, and power electronics. This work provides a systematic study and characterization of PDM from the perspective of power electronics applications, principally the control of voltage source inverters. Other applications considered include the integral-cycle control of series resonant converter and ac regulator, as well as the pulse-frequency synthesis. It is demonstrated in this work that the optimum (minimum-distortion) scalar PDM principle is equivalent to the first-order sigma-delta modulation (SDM). The above result was obtained assuming a single-integration postfiltering of the PDM waveforms. This kind of postfiltering is assumed most of the time because it adequately represents the action performed by the motor inductance in inverterfed motor drives. Concerning the three-phase PDM, a generalization of the results obtained for the scalar case does not lead to a globally optimum solution. Still, an appropriately defined vector SDM does perform cycle-by-cycle opimization of three-phase PDM sequences. Based on case studies pertaining to the series resonant converter and the ac regulator, the optimum properties of the SDM are demonstrated to reach far beyond the limits of the initial problem statement. The case of higher-order postfiltering is also considered, with the result that the optimum PDM is equivalent to the SDM of respective order. Considerable attention is given to the PDM current control. A parallel is drawn between the vector SDM and two popular techniques of current control: the current-regulated delta modulator and the mode controller. Included in this work is also a comparative study of the PDM and PWM principles, indicating that the PDM is well worth considering as an alternative to the PWM, notably for higher modulation indices. A complementary consideration is the PDM-based pulse-frequency synthesis. Two novel solutions are proposed of frequency synthesizers that are well suited to power electronics applications, primarily for their fast response and low jitter.

Słowa kluczowe

PL

modulacja gęstości impulsów; PDM

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Gdańskiej
• Czasopismo: Zeszyty Naukowe Politechniki Gdańskiej. Elektryka
• Rocznik: 1998
• Tom: Nr 84(567)
• Strony: 3--136
• Opis fizyczny: 96 + 9 rys., bibliogr. 226 poz.

Twórcy

autor

Nieznański J.

• Katedra Energoelektroniki i Maszyn Elektrycznych Wydziału Elektrotechniki i Automatyki Politechniki Gdańskiej