Modul generatora SPWM (bez upotrebe mikrokontrolera): 14 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:05

Zdravo svima, dobrodošli u moje instrukcije! Nadam se da vam svima ide odlično. Nedavno sam se zainteresirao za eksperimentiranje sa PWM signalima i naišao sam na koncept SPWM -a (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 tabele za pretraživanje koja sadrži potrebne vrijednosti za implementaciju sinusnog vala.

Htio sam generirati takav SPWM signal bez mikrokontrolera i stoga sam koristio operativna pojačala kao srce sistema.

Hajde da počnemo!

Supplies

1. LM324 Quad OpAmp IC
2. LM358 dvostruki komparator IC
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 ova dva trokutasta vala uporede jedan s drugim pomoću komparatora IC poput LM358 tada dobivamo potreban signal SPWM. Komparator daje visoki signal kada je signal na neinvertirajućem terminalu OpAmpa veći od signala signala na invertirajućem terminalu. Dakle, kada se trokutni val visoke frekvencije 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. Ovo dopušta stanje u kojem je izlaz OpAmpa niz impulsa čiji radni ciklus zavisi od interakcije dva vala.

Korak 2: Dijagram kola: Objašnjenje i teorija

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

Trokutni val može se stvoriti pomoću 2 operativna pojačala, pa će za ta dva talasa 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 polovinu napona napajanja pomoću mreže razdjelnika napona od 2 10kiloOhm otpornika. Koristim 5V kao izvor napajanja, tako da 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 zauzvrat počinje prazniti kondenzator (ili se deintegrira) 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 pogledati sliku u ovom koraku kako biste dobili formulu za izračunavanje frekvencije.

U redu, teoretski dio je gotov. Idemo graditi!

Korak 3: Prikupite sve potrebne dijelove

Slike prikazuju sve dijelove potrebne za izradu SPWM modula. Ugradio sam IC -ove na odgovarajuću IC bazu tako da se mogu lako zamijeniti ako je potrebno. Možete također dodati kondenzator od 0,01 μF na izlazu trokutastih i SPWM valova kako biste izbjegli bilo kakve fluktuacije signala i održali stabilan uzorak SPWM.

Izrezao sam potreban komad veroboarda kako bih pravilno uklopio komponente.

Korak 4: Izrada ispitnog kruga

Prije nego počnemo lemiti dijelove, moramo se pobrinuti da naš krug radi po želji, pa je stoga važno testirati naš krug na matičnoj ploči i izvršiti izmjene ako je potrebno. Gornja slika prikazuje prototip mog kola na matičnoj ploči.

Korak 5: Posmatranje izlaznih signala

Kako bismo bili sigurni da je naš izlazni valni oblik ispravan, neophodno je koristiti 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: Posmatranje SPWM signala

Nakon uspješnog generiranja i promatranja trokutastih valova, sada imamo pogled na SPWM valni oblik koji se generira na izlazu komparatora. U skladu s tim, prilagođavanje baze 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 je položaj komponenti takav da moramo koristiti minimalne žice, a većina veza može biti izvedena 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 sa strane 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 pinova 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 posljednji 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 stoga 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:)