Modul generatorja SPWM (brez uporabe mikrokrmilnika): 14 korakov

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:04

Pozdravljeni vsi, dobrodošli v mojih navodilih! Upam, da vam gre vsem odlično. Pred kratkim sem se začel zanimati za eksperimentiranje s signali PWM in naletel na koncept SPWM (ali Sinusoid Pulse Width Modulation), kjer delovni cikel niza impulzov modulira sinusni val. Naletel sem na nekaj rezultatov, kjer je mogoče takšne signale SPWM enostavno ustvariti z mikrokrmilnikom, kjer se delovni cikel ustvarja z uporabo iskalne tabele, ki vsebuje potrebne vrednosti za izvajanje sinusnega vala.

Ta signal SPWM sem želel ustvariti brez mikrokrmilnika, zato sem kot srce sistema uporabil operacijske ojačevalnike.

Začnimo!

Zaloge

1. LM324 Quad OpAmp IC
2. LM358 dvojni primerjalnik IC
3. 14 -polna IC osnova/vtičnica
4. 10K upori-2
5. 1K upori-2
6. 4,7K upori-2
7. 2.2K upori-2
8. 2K spremenljiv upor (prednastavljen) -2
9. 0,1uF keramični kondenzator-1
10. 0.01uF keramični kondenzator-1
11. Moški 5 -polni glavo
12. Veroboard ali perfboard
13. Pištola za vroče lepilo
14. Spajkalna oprema

1. korak: Teorija: Pojasnilo generiranja signalov za SPWM

Za generiranje signalov SPWM brez mikrokrmilnika potrebujemo dva trikotna vala različnih frekvenc (po možnosti naj bo eden večkratnik drugega). Ko ta dva trikotna vala med seboj primerjamo s primerjalno IC, kot je LM358, dobimo zahtevani signal SPWM. Primerjalnik oddaja visok signal, če je signal na neinvertirajočem priključku OpAmp večji od signala na invertirajočem priključku. v invertirni pin primerjalnika dobimo več primerov, ko se signal na neinvertirajočem terminalu večkrat spremeni amplituda pred signalom na invertirajočem terminalu. To dopušča stanje, ko je izhod OpAmp niz impulzov, katerih delovni cikel je odvisen od interakcije obeh valov.

2. korak: Shema vezja: razlaga in teorija

To je diagram vezja celotnega projekta SPWM, sestavljen iz dveh generatorjev valovnih oblik in primerjalnika.

Trikotni val lahko ustvarite z dvema operacijskima ojačevalcema, zato bosta za oba vala potrebna skupaj 4 OpApms. V ta namen sem uporabil LM324 quad OpAmp paket.

Poglejmo, kako dejansko nastajajo trikotni valovi.

Sprva prvi OpAmp deluje kot integrator, katerega neinvertirni pin je vezan na potencial (Vcc/2) ali polovico napajalne napetosti z uporabo razdelilnika napetosti 2 uporov 10kiloOhm. Za napajanje uporabljam 5V, zato ima neinvertirni zatič potencial 2,5 volta. Navidezna povezava invertirnega in neinvertirnega zatiča nam omogoča tudi, da predpostavimo 2,5v potencial na invertirnem zatiču, ki počasi polni kondenzator. Takoj, ko je kondenzator napolnjen do 75 odstotkov napajalne napetosti, se izhod drugega operacijskega ojačevalnika, ki je konfiguriran kot primerjalnik, spremeni iz nizkega v visoko. Ta nato začne prazniti kondenzator (ali se deintegrira) in takoj, ko napetost na kondenzatorju pade pod 25 odstotkov napajalne napetosti, se izhod komparatorja spet zniža, kar spet začne polniti kondenzator. Ta cikel se začne znova in imamo trikotni val. Frekvenca trikotnega vala je določena z vrednostjo uporabljenih uporov in kondenzatorjev. V tem koraku se lahko obrnete na sliko, da dobite formulo za izračun frekvence.

V redu, teoretični del je končan. Začnimo graditi!

3. korak: Zberite vse potrebne dele

Slike prikazujejo vse dele, potrebne za izdelavo modula SPWM. IC sem namestil na ustrezno IC podnožje, tako da jih je mogoče po potrebi enostavno zamenjati. Na izhod trikotnih in SPWM valov lahko dodate tudi kondenzator 0,01 μF, da preprečite nihanja signala in ohranite stabilen vzorec SPWM.

Izrezal sem potreben kos veroboarda, da se komponente ustrezno prilegajo.

4. korak: Izdelava preskusnega vezja

Preden začnemo spajkati dele, se moramo prepričati, da naše vezje deluje po želji, zato je nujno, da preizkusimo naše vezje na plošči in po potrebi spremenimo. Zgornja slika prikazuje prototip mojega vezja na plošči.

5. korak: Opazovanje izhodnih signalov

Če želite zagotoviti, da je naša izhodna valovna oblika pravilna, je nujno, da uporabite osciloskop za vizualizacijo podatkov. Ker nimam profesionalnega DSO ali kakršnega koli osciloskopa, sem si ta poceni osciloskop DSO138 kupil iz Banggooda. Deluje odlično za analizo nizkih do srednje frekvenčnih signalov. Za zunanjo uporabo bomo ustvarjali trikotne valove s frekvencami 1KHz in 10KHz, ki jih je mogoče enostavno prikazati na tem področju. Seveda lahko dobite veliko bolj zanesljive informacije o signalih na profesionalnem osciloskopu, vendar za hitro analizo ta model deluje v redu!

6. korak: Opazovanje trikotnih signalov

Na zgornjih slikah sta prikazana dva trikotna vala, ki nastaneta iz dveh tokokrogov za generiranje signala.

7. korak: Opazovanje signala SPWM

Po uspešnem generiranju in opazovanju trikotnih valov si zdaj oglejmo valovno obliko SPWM, ki nastane na izhodu primerjalnika. Ustrezna prilagoditev osnove vezja obsega nam omogoča ustrezno analizo signalov.

8. korak: Spajkanje delov na ploščo Perfboard

Zdaj, ko je naše vezje preizkušeno, končno začnemo spajkati komponente na veroboard, da postane trajnejši. Spajamo bazo IC skupaj z upori, kondenzatorji in spremenljivimi upori v skladu s shemo. Pomembno je, da so namestitvene komponente takšne, da moramo uporabiti minimalne žice in večino povezav lahko izvedemo s sledovi spajkanja.

9. korak: Dokončanje postopka spajkanja

Po približno 1 uri spajkanja sem dokončal vse povezave in tako modul končno izgleda. Je precej majhen in kompakten.

10. korak: Dodajanje vročega lepila za preprečevanje kratkih hlač

Da bi čim bolj zmanjšali morebitne kratke hlače ali kakršen koli kovinski stik na strani spajkanja, sem se odločil, da ga zaščitim s plastjo vročega lepila. Ohranja povezave nedotaknjene in izolirane pred nenamernim stikom. Za to lahko uporabite celo izolacijski trak.

11. korak: Izključitev modula

Zgornja slika prikazuje pinout modula, ki sem ga naredil. Imam skupaj 5 moških zatičev glave, od katerih sta dva za napajanje (Vcc in Gnd), en pin je za opazovanje hitrega trikotnega vala, drugi pin za opazovanje počasnega trikotnega vala in nazadnje zadnji pin je SPWM izhod. Trikotni valovi so pomembni, če želimo natančno prilagoditi frekvenco vala.

12. korak: Prilagajanje frekvence signalov

Potenciometri se uporabljajo za natančno nastavitev frekvence vsakega signala trikotnega vala. To je posledica dejstva, da niso vse komponente idealne, zato se lahko teoretična in praktična vrednost razlikujeta. To je mogoče kompenzirati s prilagajanjem prednastavitev in ustreznim ogledom izhoda osciloskopa.

Korak: Shematska datoteka

Za ta projekt sem priložil shematično postavitev. Prilagodite ga svojim potrebam.

Upam, da vam je ta vadnica všeč.

Prosimo, delite svoje povratne informacije, predloge in vprašanja v spodnjih komentarjih.

Do naslednjič:)