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Travaux dirigés de préparation de TP – Modulation analogique PWM

C. Dupaty, J.-M. Dutertre - www.emse.fr/~dutertre/enseignement.html - 2017 1

TDPWM La modulation de largeur d’impulsion (Pulse Wave Modulation) est utilisée pour la commande en puissance d’éclairage, de moteurs ou la transmission à distance de signaux analogiques. Le modulateur PWM peut être réalisé de manière analogique ou par les TIMER d’un microcontrôleur. La figure 1 donne l’organisation fonctionnelle d’un modulateur PWM analogique :

Fig. 1 – Modulateur PWM analogique.

Le signal informationnel est comparé avec un signal triangulaire dont la fréquence est nettement supérieure (généralement plus de 20 fois). La sortie du comparateur produit un signal « logique » dont les variations de la valeur moyenne suivent celles du signal informatif. Dans l’exemple de la figure 2 ci-dessous, on peut voir en correspondance les trois signaux :

- Vin, le signal informationnel, - Vtri, le signal triangulaire, - Vpwm, le signal modulé.

La sortie PWM est à l’état haut lorsque le signal Vin est plus grand que le signal triangulaire. La valeur moyenne du signa PWM est celle de Vin.

Fig. 2 – Exemple de modulation PWM d’un signal sinusoïdal.

+ Comparateur -

Générateur de signal triangulaire Ftri >> Fmax

Signal informationnel Fmin < Fs < Fmax Signal modulé PWM



1. PrésentationdugénérateurPWM

Schémastructurel:donné figure 3 suivante. Rq : MAX942 : Comparateur de tensions. MCP6022 : AOP Rail to Rail. DataSheet en annexes.

Fig. 3 – Schéma structurel du générateur PWM.

Schémafonctionneldel’oscillateurcarré/triangle:donné figure 4 suivante.

Fig. 4 – Schéma fonctionnel de l’oscillateur carré/triangle. Repérer ces trois fonctions sur le schéma structurel de la figure 3.

Comparateur à hystérésis

Intégrateur

Référence de tension



2. ComparateuràhystérésisU2B: Relever sur le datasheet les tensions de sorties typiques et max du MAX942

Les valeurs typiques seront utilisées dans ce TP, en déduire Vsat+ et Vsat-

Compléter la caractéristique de transfert Vs1=f(Vs2)

3. IntégrateurU1 L’intégrateur est réalisé avec un AOP MCP6022. Rechercher dans le datasheet les tensions min et max en sortie

Ces tensions permettent elles un fonctionnement linéaire de l’AOP ?

Vsat+

Vsat-

Vs1

Vs2



Tracer en correspondance les oscillogrammes de Vs1 et Vs2 sur deux périodes. Dans un premier temps vous ne préciserez que les valeurs des tensions, les durées seront calculées ensuite

Calculer la durée des rampes montantes et descendantes. En déduire la fréquence théorique du signal triangulaire.

4. Priseencomptedescaractéristiquestechnologiques Le temps de propagation d’un comparateur (propagation delay) est le temps de retard entre une variation brutale de l’entrée et sa répercussion en sortie. Ce temps est donné pour une réponse à un échelon. Le datasheet du MAX942 donne des oscillogrammes indiquant les temps de propagation pour les passage bas-haut et haut-bas de la sortie. Rechercher le « Propagation delay TPD+» du comparateur MAX942 :



Une expérimentation donne l’oscillogramme de la figure 5, ci-dessous.

Repérer les caractéristiques précédentes et donner la fréquence d’oscillation effective du générateur de triangles

Voie 1 :

VS2 200mV/div Voie 2 :

VS1 1V/div Base de temps :

100 ns /div

Fig. 5 – Capture d’oscilloscope donnant Vcomp et Vtri (la ligne pointillée horizontale indique la tension 0,95 V).

La précision sur la valeur de la fréquence est-elle un paramètre important d’un modulateur PWM ?

5. ModulationPWM On compare maintenant le signal triangulaire à un signal informatif ve sinusoïdal de fréquence 100Hz. Une simulation donne le résultat présenté figure 6. Avec Ve en bleu, Vs en rouge, Vsm en vert

Fig. 6 – Simulation d’une modulation PWM.

F= ?

0,95 V

VS1 (Vcomp)

VS2 (Vtri)



Pourquoi applique-t-on une valeur moyenne de 2,5 V au signal Ve ?

Quelle est l’amplitude maximale de Ve permettant une modulation sans saturation ?

Le signal vs (en vert) est la sortie du filtre passe bas R4,C2, calculer la fréquence de coupure du filtre.

Tracer le diagramme de Bode (gain) de ce filtre, repérer les fréquences de Ve et VS2.

Quel est le rapport d’amplitude entre Ve et VS2 ?

Expliquer la forme (amplitude, perturbations et déphasage) du signal Vsm :















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