SPWM Generator Module (uden brug af mikrokontroller): 14 trin

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:27

Hej alle sammen, velkommen til min instruktive! Jeg håber, at I alle har det godt. For nylig blev jeg interesseret i at eksperimentere med PWM -signaler og stødte på konceptet SPWM (eller Sinusoidal Pulse Width Modulation), hvor arbejdscyklussen for et tog af pulser moduleres af en sinusbølge. Jeg stødte på et par resultater, hvor sådanne slags SPWM -signaler let kan oprettes ved hjælp af en mikrokontroller, hvor driftscyklussen genereres ved hjælp af en opslagstabel, der indeholder de nødvendige værdier for at implementere sinusbølgen.

Jeg ønskede at generere et sådant SPWM -signal uden mikrokontroller, og derfor brugte jeg operationelle forstærkere som hjertet i systemet.

Lad os komme igang!

Forbrugsvarer

1. LM324 Quad OpAmp IC
2. LM358 dobbelt komparator IC
3. 14 ben IC base/fatning
4. 10K modstande-2
5. 1K modstande-2
6. 4.7K modstande-2
7. 2,2K modstande-2
8. 2K variabel modstand (forudindstillet) -2
9. 0.1uF keramisk kondensator-1
10. 0.01uF keramisk kondensator-1
11. 5 -pins hanhoved
12. Veroboard eller perfboard
13. Varm limpistol
14. Loddeudstyr

Trin 1: Teori: Forklaring af signalgenerering for SPWM

For at generere SPWM -signalerne uden en mikrokontroller har vi brug for to trekantede bølger med forskellige frekvenser (men helst skal den ene være multiplum af andre). Når disse to trekantede bølger sammenlignes med hinanden ved hjælp af en komparator IC som LM358, får vi vores nødvendige SPWM -signal. Komparatoren giver et højt signal, når signalet på den ikke -inverterende terminal i OpAmp er større end signalet på den inverterende terminal. Så når en højfrekvent trekantet bølge fødes ved den ikke -inverterende pin, og den lavfrekvente trekantede bølge fødes ind i komparatorens inverteringsstift, får vi flere tilfælde, hvor signalet ved ikke -inverterende terminal ændrer amplitude flere gange før signalet ved den inverterende terminal. Dette giver mulighed for en tilstand, hvor OpAmp -udgangen er et tog af pulser, hvis driftscyklus styres af, hvordan de to bølger interagerer.

Trin 2: Kredsløbsdiagram: Forklaring og teori

Dette er kredsløbsdiagrammet for hele SPWM -projektet bestående af to bølgeformgeneratorer og en komparator.

En trekantet bølge kan oprettes ved hjælp af 2 operationsforstærkere, og der kræves derfor i alt 4 OpApms for de to bølger. Til dette formål har jeg brugt LM324 quad OpAmp -pakken.

Lad os se, hvordan de trekantede bølger rent faktisk genereres.

I første omgang fungerer den første OpAmp som en integrator, hvis ikke -inverterende stift er bundet til et potentiale på (Vcc/2) eller halvdelen af forsyningsspændingen ved hjælp af et spændingsdelingsnetværk på 2 10kiloOhm modstande. Jeg bruger 5V som forsyning, så den ikke -inverterende pin har et potentiale på 2,5 volt. En virtuel forbindelse af den inverterende og ikke -inverterende pin gør det også muligt for os at antage 2,5v potentialet ved inverterende pin, som langsomt oplader kondensatoren. Så snart kondensatoren oplades til 75 procent af forsyningsspændingen, ændres output fra den anden driftsforstærker, der er konfigureret som en komparator, fra lav til høj. Dette begynder igen at aflade kondensatoren (eller deintegreres), og så snart spændingen over kondensatoren falder til under 25 procent af forsyningsspændingen, bliver output fra komparatoren trukket lavt igen, hvilket igen begynder at oplade kondensatoren. Denne cyklus starter igen, og vi har et trekantet bølgetog. Frekvensen af den trekantede bølge bestemmes af værdien af de anvendte modstande og kondensatorer. Du kan henvise til billedet i dette trin for at få formlen til frekvensberegning.

Okay, så teoridelen er færdig. Lad os bygge!

Trin 3: Saml alle de nødvendige dele

Billederne viser alle de dele, der kræves for at lave SPWM -modulet. Jeg har monteret IC'erne på den respektive IC -base, så de let kan udskiftes, hvis det er nødvendigt. Du kan også tilføje en 0.01uF kondensator ved udgangen af de trekantede og SPWM -bølger for at undgå signaludsving og holde SPWM -mønsteret stabilt.

Jeg skar det nødvendige stykke veroboard ud for at passe korrekt til komponenterne.

Trin 4: Lav testkredsløbet

Nu før vi begynder at lodde delene, er det nødvendigt, at vi sørger for, at vores kredsløb fungerer som ønsket, og derfor er det vigtigt, at vi tester vores kredsløb på brødbræt og foretager ændringer, hvis det er nødvendigt. Ovenstående billede viser prototypen på mit kredsløb på brødbræt.

Trin 5: Observation af output -signalerne

For at sikre, at vores outputbølgeform er korrekt, bliver det vigtigt at bruge et oscilloskop til at visualisere dataene. Da jeg ikke ejer en professionel DSO eller nogen form for oscilloskop, fik jeg mig dette billige oscilloskop- DSO138 fra Banggood. Det fungerer fint til lav til mellemfrekvent signalanalyse. Til applikation genererer vi trekantede bølger med frekvenser 1KHz og 10KHz, som let kan visualiseres på dette område. Selvfølgelig kan du få meget mere pålidelig information om signaler på et professionelt oscilloskop, men for hurtig analyse fungerer denne model helt fint!

Trin 6: Iagttagelse af de trekantede signaler

Ovenstående billeder viser de to trekantede bølger, der genereres fra de to signalgenereringskredsløb.

Trin 7: Iagttagelse af SPWM -signalet

Efter at have genereret og observeret de trekantede bølger, har vi nu et kig på SPWM -bølgeformen, der genereres ved komparatorudgangen. Justering af omfanget af omfanget af omfanget gør det muligt for os at analysere signalerne korrekt.

Trin 8: Lodning af dele på Perfboard

Nu hvor vi har testet vores kredsløb, begynder vi endelig at lodde komponenterne på verobordet for at gøre det mere permanent. Vi lodder IC -basen sammen med modstande, kondensatorer og variable modstande i henhold til skematisk. Det er vigtigt, at placeringen er komponenter, er sådan, at vi skal bruge minimale ledninger, og de fleste forbindelser kan foretages ved lodningsspor.

Trin 9: Afslutning af lodningsprocessen

Efter cirka 1 times lodning var jeg færdig med alle forbindelser, og sådan ser modulet endelig ud. Det er ret lille og kompakt.

Trin 10: Tilføjelse af lim til forebyggelse af shorts

For at minimere enhver shorts enhver shorts eller utilsigtet metallisk kontakt på loddetiden besluttede jeg at beskytte den med et lag varm lim. Det holder forbindelserne intakte og isolerede fra utilsigtet kontakt. Man kan endda bruge isoleringstape til at gøre det samme.

Trin 11: Pin-out af modulet

Ovenstående billede viser pinout af det modul, jeg lavede. Jeg har i alt 5 mandlige headerstifter, hvoraf to er til strømforsyning (Vcc og Gnd), den ene pin er at observere den hurtige trekantbølge, den anden pin er at observere den langsomme trekantbølge og endelig er den sidste pin SPWM produktion. De trekantede bølgestifter er vigtige, hvis vi vil finjustere bølgens frekvens.

Trin 12: Justering af signalernes frekvens

Potentiometrene bruges til at finjustere frekvensen af hvert trekantet bølgesignal. Dette skyldes, at ikke alle komponenter er ideelle, og derfor kan den teoretiske og praktiske værdi variere. Dette kan kompenseres ved at justere forudindstillingerne og tilsvarende se på oscilloskopets output.

Trin 13: Skematisk fil

Jeg har vedhæftet det skematiske layout til dette projekt. Du er velkommen til at ændre det efter dine behov.

Jeg håber, at du kan lide denne tutorial.

Del venligst dine feedback, forslag og spørgsmål i kommentarerne herunder.

Indtil næste gang:)