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2022年4月 3日 (日)

pwmのアルゴリズムを創る

2204011現代社会は高効率が要求され、スイッチング技術が必須となる。その結果ノイズとゆう無礼者が縦横無尽に飛び交い、困ったものです。リニアモータの容量がデカく、当初はリニアアンプで駆動していたが70aが限界で、やむを得ずpwmアンプに変更した。このpwmのアルゴリズムを創造するのが現代デジタルアンプでは必須となる。アッパーアームだけpwmでロアアームはオンオフだけとか、フェーズシフトとか、時間軸pwmとかさまざま考えたが、高速サーボ応答が要求されるため相補pwm手法で、単相のブリッジアンプを考えた。

2204014全てのigbt(トランジスタ)と並列ダイオードの電流挙動をしっかり見極めないと、考え方の正当性は証明されず事故を起こす。電源を短絡するようにアッパーアームとロアアームのトランジスタが配されているため、短絡防止のデッドタイムを設ける必要がある。300アンペアのipmはトロくて20khzまでしか動作しない。これが高速サーボゲインの限界を生み出し、毎度忌々しい。20khzで40mhz cpu動作で、分解能は25secとなって2μsecのデッドタイムは2/0.025=80、これがデータ上の非重なりに現れている。

2204015こちらがリニアモータのフォワード動作でv相アッパーアームからu相ロアアームへ電流が流れる。ロジックはローアクティブとなっている。



2204016こちらがリニアモータのリバース動作でu相アッパーアームからv相ロアアームへ電流が流れる。参考までに、pwmの周期も測定してあり19.99khzと極めて正確なpwm周波数となっている。

2204012ここまでが全てのトランジスタとダイオードのロジックチェック作業、okとなったから実際に電流を流してみる。sh cpuには16bitのdaコンバータが3基設置されており、ここから音楽を流すことも出来る。余談だがcdpの最初に出会ったdaコンバータはフィリップスの14bitで、これでも堂々と音を出していたから、分解能と音の厚みは関係ない。この3基のdaコンバータを使い、プログラムのデバックを行うのだが、おっとpwmノイズが酷い。

2204013念のため満身創痍のtds3012の生きているチャネルに接続したら、ご覧の通り正常な波形。なんてこたあないオシロスコープがpwmのノイズにやられて誤動作していたのだ。tds3012の方が新しく耐ノイズ性に優れている。k2 20bitcdもそうだし、メフィストのcdpもそうだし、デジタル機器は古いもの=ヴィンテージで良い音とはならないようだ。

2204017画像はk工業m氏から借用しているΦ200mmを超える巨大なムーブングコイルで、これに最大100aは流す。現在sh cpuとipmの間は高速フォトカプラで縁切りされて、ジャンパーが飛んでいるためノイズにも弱い。ロボットを始めた日立時代から現在まで50年間常にノイズとの戦いが存在して、今の世界を表しているようだ。果たしてノイズのない平和な世界が訪れるのだろうか?

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