SPWM Generator Module (uten bruk av mikrokontroller): 14 trinn

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:22

Hei alle sammen, velkommen til min instruktive! Jeg håper dere alle har det bra. Nylig ble jeg interessert i å eksperimentere med PWM -signaler og kom over begrepet SPWM (eller Sinusoidal Pulse Width Modulation) der driftssyklusen til et pulsspor moduleres av en sinusbølge. Jeg kom over noen få resultater der slike SPWM -signaler lett kan opprettes ved hjelp av en mikrokontroller der driftssyklusen genereres ved å bruke en oppslagstabell som inneholder de nødvendige verdiene for å implementere sinusbølgen.

Jeg ønsket å generere et slikt SPWM -signal uten mikrokontroller, og derfor brukte jeg operasjonsforsterkere som hjertet i systemet.

La oss komme i gang!

Rekvisita

1. LM324 Quad OpAmp IC
2. LM358 dobbel komparator IC
3. 14 -pinners IC -base/stikkontakt
4. 10K motstander-2
5. 1K motstander-2
6. 4,7K motstander-2
7. 2,2K motstander-2
8. 2K variabel motstand (forhåndsinnstilt) -2
9. 0.1uF keramisk kondensator-1
10. 0.01uF keramisk kondensator-1
11. 5 -pins mannlig overskrift
12. Veroboard eller perfboard
13. Varm limpistol
14. Loddeutstyr

Trinn 1: Teori: Forklaring av signalgenerering for SPWM

For å generere SPWM -signalene uten en mikrokontroller, trenger vi to trekantede bølger med forskjellige frekvenser (men helst skal den ene være multipelen av andre). Når disse to trekantbølgene blir sammenlignet med hverandre ved hjelp av en komparator IC som LM358, får vi vårt nødvendige SPWM -signal. Komparatoren gir et høyt signal når signalet på den ikke -inverterende terminalen på OpAmp er større enn signalet på den inverterende terminalen. Så når en høyfrekvent trekantet bølge mates til den ikke -inverterende tappen og den lavfrekvente trekantbølgen mates inn i inverteringspinnen til komparatoren får vi flere tilfeller der signalet på ikke -inverterende terminal endrer amplitude flere ganger før signalet på den inverterende terminalen. Dette åpner for en tilstand der OpAmp -utgangen er et tog av pulser hvis driftssyklus styres av hvordan de to bølgene samhandler.

Trinn 2: Kretsdiagram: Forklaring og teori

Dette er kretsdiagrammet for hele SPWM -prosjektet som består av to bølgeformgeneratorer og en komparator.

En trekantet bølge kan opprettes ved hjelp av 2 operasjonsforsterkere, og det vil derfor kreves totalt 4 OpApms for de to bølgene. Til dette formålet har jeg brukt LM324 quad OpAmp -pakken.

La oss se hvordan de trekantede bølgene faktisk genereres.

I utgangspunktet fungerer den første OpAmp som en integrator hvis ikke -inverterende pinne er knyttet til et potensial på (Vcc/2) eller halve forsyningsspenningen ved hjelp av et spenningsdeler -nettverk med 2 10kiloOhm -motstander. Jeg bruker 5V som forsyning, så den ikke -inverterende pinnen har et potensial på 2,5 volt. En virtuell tilkobling av den inverterende og ikke -inverterende pinnen lar oss også anta 2,5v -potensialet ved inverteringsstift som sakte lader kondensatoren. Så snart kondensatoren er ladet til 75 prosent av forsyningsspenningen, endres utgangen til den andre operasjonsforsterkeren som er konfigurert som en komparator fra lav til høy. Dette begynner igjen å tømme kondensatoren (eller deintegreres), og så snart spenningen over kondensatoren faller under 25 prosent av forsyningsspenningen, blir komparatorens utgang trukket lavt igjen, som igjen begynner å lade kondensatoren. Denne syklusen starter igjen, og vi har et trekantet bølgetog. Frekvensen til den trekantede bølgen bestemmes av verdien til motstandene og kondensatorene som brukes. Du kan referere til bildet i dette trinnet for å få formelen for frekvensberegning.

Ok, så er teoridelen ferdig. La oss bygge!

Trinn 3: Samle alle nødvendige deler

Bildene viser alle delene som kreves for å lage SPWM -modulen. Jeg har montert IC -ene på den respektive IC -basen slik at de enkelt kan byttes ut om nødvendig. Du kan også legge til en 0,01 uF kondensator ved utgangen av trekant- og SPWM -bølgene for å unngå signalfluktuasjoner og holde SPWM -mønsteret stabilt.

Jeg kuttet ut det nødvendige veroboardet for å passe til komponentene.

Trinn 4: Lag testkretsen

Nå før vi begynner å lodde delene, er det nødvendig at vi sørger for at kretsen vår fungerer som ønsket, og derfor er det viktig at vi tester kretsen vår på brødbrett og gjør endringer om nødvendig. Bildet ovenfor viser prototypen på kretsen min på brødbrett.

Trinn 5: Observere utgangssignalene

For å sikre at utgangsbølgeformen vår er korrekt, blir det viktig å bruke et oscilloskop for å visualisere dataene. Siden jeg ikke eier en profesjonell DSO eller noen form for oscilloskop, kjøpte jeg meg dette billige oscilloskopet-DSO138 fra Banggood. Det fungerer helt fint for lav til middels frekvens signalanalyse. For ut applikasjon vil vi generere trekantede bølger med frekvenser 1KHz og 10KHz som enkelt kan visualiseres på dette omfanget. Selvfølgelig kan du få mye mer pålitelig informasjon om signaler på et profesjonelt oscilloskop, men for rask analyse fungerer denne modellen helt fint!

Trinn 6: Observere de trekantede signalene

Bildene ovenfor viser de to trekantede bølgene som genereres fra de to signalgenereringskretsene.

Trinn 7: Observere SPWM -signalet

Etter å ha lykkes med å generere og observere de trekantede bølgene, har vi nå sett på SPWM -bølgeformen som genereres ved komparatorutgangen. Justering av bindebunnen for omfanget gjør at vi kan analysere signalene på riktig måte.

Trinn 8: Lodding av deler til Perfboard

Nå som vi har prøvd kretsen vår, begynner vi endelig å lodde komponentene på verobordet for å gjøre det mer permanent. Vi lodder IC -basen sammen med motstander, kondensatorer og variable motstander i henhold til skjemaet. Det er viktig at plasseringen er komponenter er slik at vi må bruke minimale ledninger og de fleste tilkoblinger kan gjøres med loddespor.

Trinn 9: Fullfør loddeprosessen

Etter ca 1 times lodding var jeg ferdig med alle tilkoblingene, og slik ser modulen endelig ut. Den er ganske liten og kompakt.

Trinn 10: Legge til varmt lim for å forhindre shorts

For å minimere enhver shorts eller shorts eller utilsiktet metallisk kontakt på loddesiden bestemte jeg meg for å beskytte den med et lag varmt lim. Det holder tilkoblingene intakte og isolert fra utilsiktet kontakt. Man kan til og med bruke isolasjonstape for å gjøre det samme.

Trinn 11: Pin-out av modulen

Bildet ovenfor viser pinout av modulen jeg laget. Jeg har totalt 5 mannlige toppstifter hvorav to er for strømforsyning (Vcc og Gnd), den ene pinnen er å observere den raske trekantbølgen, den andre pinnen er å observere den langsomme trekantbølgen og til slutt er den siste pinnen SPWM produksjon. De trekantede bølgepinnene er viktige hvis vi vil finjustere frekvensen av bølgen.

Trinn 12: Justere signalfrekvensen

Potensiometrene brukes til å finjustere frekvensen til hvert trekantet bølgesignal. Dette skyldes det faktum at ikke alle komponenter er ideelle, og dermed kan den teoretiske og praktiske verdien variere. Dette kan kompenseres ved å justere forhåndsinnstillingene og tilsvarende se på oscilloskopets utgang.

Trinn 13: Skjematisk fil

Jeg har vedlagt den skjematiske oppsettet for dette prosjektet. Du er velkommen til å endre den i henhold til dine behov.

Jeg håper du liker denne opplæringen.

Vennligst del dine tilbakemeldinger, forslag og spørsmål i kommentarene nedenfor.

Til neste gang:)