Las ondas sinusoidales mágicas de Don Lancaster

Desde hace varios años, Don Lancaster está promoviendo ondas sinusoidales mágicas . Son cadenas de dígitos binarios (como 420 bits para un ciclo sinusoidal completo) que, cuando se usan para controlar un interruptor digital (MOSFET/IGBP), dan como resultado una onda sinusoidal bastante limpia (solo quedan armónicos muy altos). Para obtener más detalles, lea el artículo vinculado o cualquier otro que haya escrito sobre el tema.

¿Alguien los había usado para algo? La idea parece bastante útil, pero no puedo encontrar ninguna información sobre esto (que no provenga del propio Lancaster).

Creo que asumen interruptores ideales (lo que debería ser cierto para MOSFET e IGBT a varios kHz). Tenga en cuenta que esto no tiene nada que ver con los convertidores resonantes.
Suena como una estafa para mí. Nunca confío en los artículos técnicos que son autoeditados y tienen numerosos anuncios para el trabajo de los autores. Es muy posible que funcione, pero no hay ninguna razón por la cual cualquier tipo de procesamiento de señales no pueda resolverlo por su cuenta.
@Kellenjb Tiene razón, pero OTOH, su tipografía y dibujos son bastante agradables (especialmente si considera que los está codificando en PostScript sin formato) y que también hay muchas ideas realmente interesantes en sus otros artículos (los publicó durante los últimos 20 años más o menos).
¿Alguien más estaría de acuerdo en que estas "ondas sinusoidales mágicas" se parecen mucho a la densidad de pulso o la modulación sigma delta ?
@Kellenjb, Don Lancaster tiene una extensa historia como escritor técnico, diseñador y EE muy conocido y respetado (1969-1996 en libros de árboles muertos, además de columnas de revistas). Empleado o contratista de: Apple, HP, Motorola, Adobe, Western Digital, etc. Puede que sea extraño, pero es inteligente.
Pasando por aquí para ver que aún no hay respuestas reales sobre este, ¡la saga continúa!
más de un año después... ;)
y ahora, 2016!..

Respuestas (4)

Creo que Magic Sinewaves es esencialmente lo mismo que "eliminación armónica selectiva", un método bien conocido en electrónica de potencia.

Este artículo tiene una descripción de la teoría y algunos resultados experimentales.

En el mundo del audio lo llamamos "Conformación de ruido".
Alejandro, gran hallazgo, parece ser el mismo por lo que puedo determinar. Todavía tengo curiosidad por saber con qué frecuencia se implementan, ¿alguna idea?
2019... todavía curiosamente poca información aquí.

Sí, esto funcionará. Está cambiando a una frecuencia mucho más alta que la requerida y luego está cambiando lentamente el porcentaje de tiempo que está en 0 a estar en 1. Esto significa que el promedio de la señal aumentará lentamente. Haciendo coincidir su tasa con el cambio de tasa de una sinusoide, puede hacerlo muy bien.

El problema probablemente será el filtro de paso bajo, sin embargo, los componentes no ideales permitirán armónicos extraños, pero un filtro LC de ahorro de energía probablemente pueda hacer el truco al pasar la banda para la frecuencia requerida.

Esto podría hacerse fácilmente con DAC y un amplificador de tipo D, solo está eliminando la necesidad de un DAC, lo que supone un ahorro de costes.

No veo ningún error en la teoría, pero tengo mucha curiosidad por saber si funcionará en la práctica. Especialmente porque ya han pasado varios años desde que Don escribió por primera vez sobre esto y todavía nadie lo usa.
@jpc, realmente pude ver problemas al ejecutar las frecuencias más altas a través del paso bajo LC. Quiero construir ahora también.
en realidad, se equivocó: está cambiando a una frecuencia más baja de lo que normalmente se usaría para una salida PWM simple, pero está usando un reloj de alta frecuencia para cronometrar los bordes de los cambios de estado con mucha precisión para ajustar con precisión la longitud de cada pulso para eliminar los armónicos.
Esto se parece mucho al diseño de clase D de Tripath (al que llamaron clase T) donde varían tanto la frecuencia como el estado de encendido/apagado. Afirman que genera una señal más limpia.

No puedo cargar el PDF vinculado, pero según su descripción, parece una instancia específica de un amplificador de clase D.

Con respecto al PDF: está escribiendo su propio código PostScript para diseñar los artículos y luego los convierte a PDF, por lo que tal vez esto esté provocando un error en su lector.
Con respecto al amplificador: las secuencias están destinadas a impulsar un amplificador de clase D para que emita una onda sinusoidal de 60 Hz (o alguna otra frecuencia). La pregunta sigue siendo: ¿funciona como se anuncia?
La pregunta era "¿alguien ha usado esto para algo?" lo que interpreté como trenes de pulsos digitales que accionan interruptores para producir una salida analógica. La respuesta es sí: los amplificadores de clase D se utilizan mucho en los amplificadores de audio.
@jpc, apoyaré a @BenJackson aquí. Los amplificadores de clase D son la nueva ola para el ahorro de energía, muchos teléfonos celulares están comenzando a usarlos. Un regulador de conmutación es casi como un regulador de clase D, excepto que tiene un voltaje objetivo establecido en lugar de uno que cambia lentamente.
@Kortuk Estoy de acuerdo con todo lo que Ben y tú escribieron, pero no veo cómo esto responde a mi pregunta. Lo que quería saber es si alguien usó estas secuencias binarias "mágicas" en particular y si hay algún error que no les permita funcionar. ¿Es consciente de que estas no son formas de onda PWM "normales"?
@JPC, en realidad parece sólido. Necesita construirlo y pasarlo a través de un filtro de paso bajo en simulación. Aunque ya no tengo matlab.
@Kortuk Me parece muy entretenido que hayas usado "construir" y "matlab" en la misma oración. :)
@jpc, bien jugado señor.
@jpc, en ese caso, creo que una mejor pregunta sería una comparación explícita entre en.wikipedia.org/wiki/Delta-sigma_modulation y lo que sea que esté haciendo Lancaster. Se eligió Delta-sigma por su facilidad de implementación, pero me parece que no hay una razón particular para descartar ningún método para generar un tren de pulsos con los componentes de frecuencia correctos.
@Ben No creo que los moduladores $\Delta\Sigma$ estén optimizando para los recuentos de interruptores (en realidad, creo que es todo lo contrario).

He leído los artículos de Don en revistas, etc. durante más de 20 años, siempre tiene excelente información y parece saber de lo que habla. Pero, he estado en contacto con él varias veces sobre Magic Sinewaves a lo largo de los años y nunca parece obtener una respuesta directa de él, con respecto a si alguien los está usando, implementaciones reales, números de eficiencia, etc. la investigación tampoco ha encontrado implementaciones reales.

Lo mejor que puedo decir es que deberían funcionar bien para una salida de frecuencia fija o quizás a través de un rango de frecuencia de salida fija, pero no estoy seguro de que puedan funcionar bien para una salida compleja como las comparaciones con un estado de amplificador de Clase D.

Por lo tanto, creo que cosas como los controles de motor sin escobillas podrían beneficiarse de ellos, ya que podría reducir la cantidad de "eventos" de conmutación necesarios en comparación con algo como una salida PWM normal. Esto se produce a expensas de requerir una sincronización de conmutación muy precisa.

Si agregan incluso un 5 % de eficiencia a los sistemas de accionamiento del motor, podría ver que valen la pena para cosas como el aumento de la eficiencia de los sistemas de accionamiento de los automóviles eléctricos u otros sistemas AE similares que usan energía de la batería. Solo es difícil determinar en papel si los beneficios superarían el gasto adicional de implementación.

Esta es la primera vez que escucho el término "Magic Sinewaves", aunque he estado haciendo algo similar durante años. Lo que he hecho es implementar un "DAC Delta-Sigma de primer orden" en un FPGA. Eso alimenta un filtro RC simple, y la salida es un voltaje básico entre 0 y 3.3v. Es una cuestión simple generar los datos de onda sinusoidal e introducirlos en el DAC (que también he hecho). No será más eficiente que PWM para algunas cosas, ya que la frecuencia de conmutación es realmente alta y las pérdidas de conmutación serán desagradables, pero funciona muy bien para otras aplicaciones.
@David, no los inventé ni hice la pregunta original, solo intento agregar mi aporte. Eche un vistazo al trabajo original de Don Lancaster a través del enlace en la pregunta original.
Las ondas sinusoidales mágicas de Don Lancaster
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