Modul generátora SPWM (bez použitia mikrokontroléra): 14 krokov

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:57

Ahoj všetci, vitajte v mojom pokyne! Dúfam, že sa vám všetkým darí skvele. Nedávno som sa zaujímal o experimentovanie so signálmi PWM a narazil som na koncept SPWM (alebo sínusová modulácia šírky impulzov), kde je pracovný cyklus série impulzov modulovaný sínusovou vlnou. Narazil som na niekoľko výsledkov, kde je možné taký druh signálov SPWM ľahko vytvoriť pomocou mikrokontroléra, kde sa pracovný cyklus generuje pomocou vyhľadávacej tabuľky, ktorá obsahuje hodnoty potrebné na implementáciu sínusovej vlny.

Chcel som generovať taký signál SPWM bez mikrokontroléra, a preto som ako jadro systému použil operačné zosilňovače.

Začnime!

Zásoby

1. LM324 Quad OpAmp IC
2. Integrovaný duálny komparátor LM358
3. 14 kolíková IC základňa/zásuvka
4. 10K odpory-2
5. 1K odpory-2
6. 4.7K odpory-2
7. 2,2K odpory-2
8. 2K variabilný odpor (prednastavený) -2
9. 0,1uF keramický kondenzátor-1
10. 0,01uF keramický kondenzátor-1
11. 5 kolíková zásuvka
12. Veroboard alebo perfboard
13. Horúca lepiaca pištoľ
14. Spájkovacie zariadenia

Krok 1: Teória: Vysvetlenie generovania signálu pre SPWM

Na generovanie signálov SPWM bez mikrokontroléra potrebujeme dve trojuholníkové vlny s rôznymi frekvenciami (ale pokiaľ možno jedna by mala byť násobkom ostatných). Keď sa tieto dve trojuholníkové vlny porovnajú navzájom pomocou porovnávacieho IC, ako je LM358, dostaneme požadovaný signál SPWM. Komparátor poskytuje vysoký signál, keď je signál na neinvertujúcom termináli OpAmp väčší ako signál na invertujúcom termináli. Takže keď je na neinvertujúci kolík privádzaná vysokofrekvenčná trojuholníková vlna a je napájaná nízkofrekvenčná trojuholníková vlna do invertujúceho kolíka komparátora dostaneme viac prípadov, keď signál na neinvertujúcom termináli zmení amplitúdu niekoľkokrát pred signálom na invertujúcom termináli. To umožňuje stav, v ktorom je výstup OpAmp sled impulzov, ktorých pracovný cyklus sa riadi interakciou týchto dvoch vĺn.

Krok 2: Schéma zapojenia: vysvetlenie a teória

Toto je schéma zapojenia celého projektu SPWM pozostávajúceho z dvoch generátorov tvaru vlny a komparátora.

Trojuholníkovú vlnu je možné vytvoriť pomocou 2 operačných zosilňovačov, a teda na tieto dve vlny budú potrebné celkom 4 OpApms. Na tento účel som použil štvoritý balík OpAmp LM324.

Pozrime sa, ako sa v skutočnosti generujú trojuholníkové vlny.

Prvý OpAmp pôvodne fungoval ako integrátor, ktorého neinvertujúci kolík je viazaný na potenciál (Vcc/2) alebo polovicu napájacieho napätia pomocou siete deliča napätia s 2 odpormi 10 kiloOhm. Ako zdroj používam 5 V, takže neinvertujúci kolík má potenciál 2,5 voltu. Virtuálne pripojenie invertujúceho a neinvertujúceho pinu nám tiež umožňuje predpokladať potenciál 2,5 V na invertujúcom pine, ktorý pomaly nabíja kondenzátor. Akonáhle je kondenzátor nabitý na 75 percent napájacieho napätia, výstup druhého operačného zosilňovača, ktorý je konfigurovaný ako komparátor, sa zmení z nízkeho na vysoký. To zase začne vybíjať kondenzátor (alebo sa deaktivuje) a akonáhle napätie na kondenzátore klesne pod 25 percent napájacieho napätia, výstup komparátora sa opäť zníži, čím sa kondenzátor opäť začne nabíjať. Tento cyklus sa začína znova a my máme trojuholníkový vlnový vlak. Frekvencia trojuholníkovej vlny je určená hodnotou použitých odporov a kondenzátorov. V tomto kroku sa môžete obrátiť na obrázok a získať vzorec na výpočet frekvencie.

Dobre, teoretická časť je hotová. Poďme stavať!

Krok 3: Zhromaždenie všetkých požadovaných dielov

Obrázky zobrazujú všetky diely potrebné na výrobu modulu SPWM. Integrované obvody som namontoval na príslušnú základňu integrovaných obvodov, aby ich bolo možné v prípade potreby ľahko vymeniť. Na výstup z trojuholníkových a SPWM vĺn môžete tiež pridať kondenzátor 0,01 uF, aby ste sa vyhli kolísaniu signálu a udržali vzor SPWM stabilný.

Vystrihol som požadovaný kus veroboardu, aby komponenty správne pasovali.

Krok 4: Vytvorenie testovacieho obvodu

Teraz, než začneme spájkovať diely, je potrebné zaistiť, aby náš obvod fungoval podľa potreby, a preto je nevyhnutné, aby sme náš obvod vyskúšali na doske a v prípade potreby vykonali zmeny. Vyššie uvedený obrázok ukazuje prototyp môjho obvodu na doske.

Krok 5: Pozorovanie výstupných signálov

Aby sme sa uistili, že je náš výstupný priebeh vlny správny, je nevyhnutné na vizualizáciu údajov použiť osciloskop. Pretože nevlastním profesionálny DSO ani žiadny druh osciloskopu, zaobstaral som si tento lacný osciloskop- DSO138 od Banggood. Funguje to dobre na analýzu signálu s nízkou až strednou frekvenciou. Pre našu aplikáciu budeme generovať trojuholníkové vlny s frekvenciou 1KHz a 10KHz, ktoré je možné v tomto rozsahu ľahko vizualizovať. Samozrejme, môžete získať oveľa spoľahlivejšie informácie o signáloch na profesionálnom osciloskope, ale pre rýchlu analýzu tento model funguje dobre!

Krok 6: Pozorovanie trojuholníkových signálov

Vyššie uvedené obrázky ukazujú dve trojuholníkové vlny generované z dvoch obvodov generovania signálu.

Krok 7: Pozorovanie signálu SPWM

Po úspešnom vygenerovaní a pozorovaní trojuholníkových vĺn sa teraz pozrieme na priebeh SPWM, ktorý je generovaný na výstupe komparátora. Prispôsobenie viazanej základne rozsahu nám umožňuje správne analyzovať signály.

Krok 8: Spájkovanie dielov s perfboardom

Teraz, keď sme vyskúšali a otestovali náš obvod, konečne začneme spájkovať komponenty na veroboard, aby bol trvalejší. Podľa schémy spájkujeme základňu IC spolu s odpormi, kondenzátormi a variabilnými odpormi. Je dôležité, aby umiestnenie komponentov bolo také, aby sme museli používať minimálne drôty a väčšinu spojení je možné vykonať spájkovacími stopami.

Krok 9: Dokončenie procesu spájkovania

Asi po 1 hodine spájkovania som bol so všetkými spojmi kompletný a takto modul konečne vyzerá. Je pomerne malý a kompaktný.

Krok 10: Pridanie horúceho lepidla na prevenciu skratov

Aby sa minimalizovali akékoľvek skraty, akékoľvek šortky alebo náhodný kovový kontakt na strane spájky, rozhodol som sa ho chrániť vrstvou horúceho lepidla. Udržiava pripojenia neporušené a izolované od náhodného kontaktu. Na to isté je možné dokonca použiť izolačnú pásku.

Krok 11: Pin-out modulu

Vyššie uvedený obrázok zobrazuje vývod modulu, ktorý som vyrobil. Mám celkom 5 zástrčkových kolíkov, z ktorých dva slúžia na napájanie (Vcc a Gnd), jeden pin slúži na pozorovanie rýchlej trojuholníkovej vlny, druhý pin slúži na pozorovanie pomalej trojuholníkovej vlny a nakoniec posledný pin je SPWM. výkon. Trojuholníkové vlnové kolíky sú dôležité, ak chceme doladiť frekvenciu vlny.

Krok 12: Nastavenie frekvencie signálov

Potenciometre slúžia na jemné doladenie frekvencie každého signálu trojuholníkovej vlny. Je to spôsobené tým, že nie všetky komponenty sú ideálne, a preto sa teoretická a praktická hodnota môžu líšiť. To je možné kompenzovať úpravou predvolieb a príslušným pohľadom na výstup osciloskopu.

Krok 13: Schematický súbor

Priložil som schematické rozloženie tohto projektu. Neváhajte ho upraviť podľa svojich potrieb.

Dúfam, že sa vám tento návod páči.

Podeľte sa o svoje pripomienky, návrhy a otázky v nižšie uvedených komentároch.

Dobudúcna:)