Modul generatora SPWM (bez korištenja mikrokontrolera): 14 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:34

Pozdrav svima, dobrodošli u moje instrukcije! Nadam se da vam svima ide odlično. Nedavno sam se zainteresirao za eksperimentiranje s PWM signalima i naišao sam na koncept SPWM (ili sinusoidne pulsne širinske modulacije) gdje se radni ciklus niza impulsa modulira sinusnim valom. Naišao sam na nekoliko rezultata gdje se takva vrsta SPWM signala može lako stvoriti pomoću mikrokontrolera gdje se radni ciklus generira pomoću tablice za pretraživanje koja sadrži potrebne vrijednosti za implementaciju sinusnog vala.

Htio sam generirati takav SPWM signal bez mikrokontrolera pa sam koristio operativna pojačala kao srce sustava.

Započnimo!

Pribor

1. LM324 Quad OpAmp IC
2. LM358 IC s dvostrukim usporednikom
3. 14 -polna IC baza/utičnica
4. 10K otpornici-2
5. 1K otpornici-2
6. 4.7K otpornici-2
7. 2.2K otpornici-2
8. 2K promjenjivi otpornik (unaprijed) -2
9. 0,1uF keramički kondenzator-1
10. 0.01uF keramički kondenzator-1
11. 5 -polno muško zaglavlje
12. Veroboard ili perfboard
13. Pištolj za vruće ljepilo
14. Oprema za lemljenje

Korak 1: Teorija: Objašnjenje generiranja signala za SPWM

Za generiranje SPWM signala bez mikrokontrolera potrebna su nam dva trokutasta vala različitih frekvencija (ali po mogućnosti jedan bi trebao biti višekratnik drugog). Kada se ta dva trokutasta vala međusobno uspoređuju pomoću komparatora IC kao što je LM358 tada dobivamo potrebni signal SPWM. Komparator daje visoki signal kada je signal na neinvertirajućem terminalu OpAmpa veći od signala na invertirajućem terminalu. Dakle, kada se visokofrekventni trokutasti val dovodi na neinvertirajući pin i niskofrekventni trokutasti val u invertirajući pin komparatora, dobivamo više slučajeva gdje se signal na neinvertirajućem terminalu mijenja amplituda nekoliko puta prije signala na invertirajućem terminalu. To dopušta stanje u kojem je izlaz OpAmpa niz impulsa čiji radni ciklus ovisi o interakciji dva vala.

Korak 2: Kružni dijagram: objašnjenje i teorija

Ovo je dijagram kruga cijelog projekta SPWM koji se sastoji od dva generatora valnog oblika i usporednika.

Trokutasti val može se stvoriti pomoću 2 operacijska pojačala, pa će za ta dva vala biti potrebno ukupno 4 OpApms. U tu svrhu koristio sam LM324 quad OpAmp paket.

Pogledajmo kako se zapravo stvaraju trokutasti valovi.

U početku prvi OpAmp djeluje kao integrator čiji je neinvertirajući pin vezan za potencijal (Vcc/2) ili polovicu napona napajanja pomoću mreže razdjelnika napona od 2 10kiloOhm otpornika. Koristim 5V kao opskrbu pa neinvertirajući pin ima potencijal od 2,5 volti. Virtualna veza invertirajućeg i neinvertirajućeg pina također nam omogućuje da pretpostavimo 2.5v potencijal na invertirajućem pinu koji polako puni kondenzator. Čim se kondenzator napuni na 75 posto napona napajanja, izlaz drugog operacijskog pojačala koji je konfiguriran kao usporednik mijenja se s niskog na visoki. Ovo počinje pražnjenje kondenzatora (ili deintegriranje) i čim napon na kondenzatoru padne ispod 25 posto opskrbnog napona, izlaz komparatora ponovno se smanjuje, što opet počinje puniti kondenzator. Ovaj ciklus počinje ponovo i imamo trokutasti val. Učestalost trokutastog vala određena je vrijednošću upotrijebljenih otpornika i kondenzatora. Možete se obratiti slici u ovom koraku kako biste dobili formulu za izračun frekvencije.

U redu, teoretski dio je gotov. Idemo graditi!

Korak 3: Prikupite sve potrebne dijelove

Slike prikazuju sve dijelove potrebne za izradu SPWM modula. IC -ove sam montirao na odgovarajuću IC bazu tako da se mogu po potrebi lako zamijeniti. Također možete dodati kondenzator od 0,01 μF na izlazu trokutastih i SPWM valova kako biste izbjegli bilo kakve fluktuacije signala i zadržali stabilan uzorak SPWM.

Izrezao sam potreban komad veroboarda kako bih pravilno uklopio komponente.

Korak 4: Izrada ispitnog kruga

Prije nego počnemo s lemljenjem dijelova, potrebno je provjeriti radi li naš krug po želji, pa je stoga važno testirati naš krug na ploči i po potrebi izvršiti izmjene. Gornja slika prikazuje prototip mog kruga na ploči.

Korak 5: Promatranje izlaznih signala

Kako bismo bili sigurni da je naš izlazni valni oblik točan, postaje neophodno upotrijebiti osciloskop za vizualizaciju podataka. Budući da ne posjedujem profesionalni DSO ili bilo koju vrstu osciloskopa, nabavio sam ovaj jeftini osciloskop- DSO138 iz Banggooda. Radi savršeno za analizu signala niske do srednje frekvencije. Za vanjsku primjenu generirat ćemo trokutaste valove frekvencija 1KHz i 10KHz koji se lako mogu vizualizirati u ovom opsegu. Naravno da možete dobiti mnogo pouzdanije informacije o signalima na profesionalnom osciloskopu, ali za brzu analizu ovaj model radi sasvim u redu!

Korak 6: Promatranje trokutastih signala

Gornje slike prikazuju dva trokutasta vala generirana iz dva kruga za generiranje signala.

Korak 7: Promatranje SPWM signala

Nakon uspješnog generiranja i promatranja trokutastih valova, sada imamo pogled na valni oblik SPWM -a koji se generira na izlazu komparatora. Sukladno tome prilagođavajući bazu veznosti opsega omogućuje nam odgovarajuću analizu signala.

Korak 8: Lemljenje dijelova na Perfboard

Sada kada smo naš krug isprobali i testirali, konačno počinjemo lemiti komponente na veroboard kako bismo ga učinili trajnijim. Lemimo IC bazu zajedno s otpornicima, kondenzatorima i promjenjivim otpornicima prema shemi. Važno je da su položaji komponenti takvi da moramo koristiti minimalne žice, a većina veza može se izvršiti tragovima lemljenja.

Korak 9: Završetak procesa lemljenja

Nakon otprilike 1 sata lemljenja bio sam kompletan sa svim vezama i ovako modul konačno izgleda. Prilično je mali i kompaktan.

Korak 10: Dodavanje vrućeg ljepila za sprječavanje kratkih hlača

Kako bih umanjio sve kratke hlače, bilo koje kratke hlače ili slučajni metalni kontakt na strani lemljenja, odlučio sam ga zaštititi slojem vrućeg ljepila. Čuva veze netaknutim i izoliranim od slučajnog kontakta. Za to se čak može koristiti i izolacijska traka.

Korak 11: Isključivanje modula

Gornja slika prikazuje pinout modula koji sam napravio. Imam ukupno 5 muških zaglavlja, od kojih su dva za napajanje (Vcc i Gnd), jedan pin je za promatranje brzog trokutastog vala, drugi pin za promatranje sporog trokutastog vala i na kraju zadnji pin je SPWM izlaz. Igle trokutastog vala važne su ako želimo fino podesiti frekvenciju vala.

Korak 12: Podešavanje frekvencije signala

Potenciometri se koriste za fino podešavanje frekvencije svakog signala trokutastog vala. To je zbog činjenice da nisu sve komponente idealne pa se teoretska i praktična vrijednost mogu razlikovati. To se može kompenzirati podešavanjem unaprijed postavljenih postavki i odgovarajućim gledanjem na izlaz osciloskopa.

Korak 13: Datoteka sheme

Priložio sam shematski izgled za ovaj projekt. Slobodno ga izmijenite prema svojim potrebama.

Nadam se da vam se sviđa ovaj vodič.

Podijelite svoje povratne informacije, prijedloge i pitanja u komentarima ispod.

Do sljedećeg puta:)