SPWM Generator Module (utan att använda mikrokontroller): 14 steg

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:41

Hej alla, välkommen till min instruktör! Jag hoppas att ni alla har det bra. Nyligen blev jag intresserad av att experimentera med PWM -signaler och stötte på konceptet SPWM (eller Sinusoidal Pulse Width Modulation) där arbetscykeln för ett pulståg moduleras av en sinusvåg. Jag stötte på några resultat där en sådan typ av SPWM -signaler enkelt kan skapas med en mikrokontroller där arbetscykeln genereras med hjälp av en uppslagstabell som innehåller de nödvändiga värdena för att implementera sinusvågan.

Jag ville generera en sådan SPWM -signal utan mikrokontroller och därför använde jag operativa förstärkare som hjärtat i systemet.

Låt oss börja!

Tillbehör

1. LM324 Quad OpAmp IC
2. LM358 dubbel komparator IC
3. 14 -stifts IC -bas/uttag
4. 10K motstånd-2
5. 1K motstånd-2
6. 4.7K motstånd-2
7. 2.2K motstånd-2
8. 2K variabelt motstånd (förinställt) -2
9. 0.1uF keramisk kondensator-1
10. 0.01uF keramisk kondensator-1
11. 5 -stifts hanrubrik
12. Veroboard eller perfboard
13. Lim pistol
14. Lödutrustning

Steg 1: Teori: Förklaring av signalgenerering för SPWM

För att generera SPWM -signalerna utan en mikrokontroller behöver vi två triangulära vågor med olika frekvenser (men helst bör en vara multipeln av andra). När dessa två triangulära vågor jämförs med varandra med hjälp av en komparator IC såsom LM358 får vi vår erforderliga SPWM -signal. Komparatorn ger en hög signal när signalen vid den icke inverterande terminalen i OpAmp är större än signalen vid den inverterande terminalen. Så när högfrekvent triangulär våg matas till den icke inverterande stiftet och den lågfrekventa triangulära vågen matas in i komparatorns inverterande stift får vi flera fall där signalen vid icke inverterande terminal ändrar amplituden flera gånger före signalen vid den inverterande terminalen. Detta möjliggör ett tillstånd där OpAmp -utgången är ett pulståg vars arbetscykel styrs av hur de två vågorna interagerar.

Steg 2: Kretsdiagram: Förklaring och teori

Detta är kretsschemat för hela SPWM -projektet som består av två vågformsgeneratorer och en komparator.

En triangulär våg kan skapas med hjälp av 2 operationsförstärkare och därmed kommer totalt 4 OpApms att krävas för de två vågorna. För detta ändamål har jag använt paketet LM324 quad OpAmp.

Låt oss se hur de triangulära vågorna faktiskt genereras.

Initialt fungerar den första OpAmp som en integrator vars icke -inverterande stift är knuten till en potential på (Vcc/2) eller halva matningsspänningen med hjälp av ett spänningsdelningsnätverk med 2 10kiloOhm -motstånd. Jag använder 5V som matning så att den icke inverterande stiftet har en potential på 2,5 volt. En virtuell anslutning av den inverterande och icke -inverterande stiftet tillåter oss också att anta 2,5v -potentialen vid inverteringsstiftet som långsamt laddar kondensatorn. Så snart kondensatorn laddas till 75 procent av matningsspänningen, ändras utsignalen från den andra driftförstärkaren som är konfigurerad som en komparator från låg till hög. Detta i sin tur börjar ladda ut kondensatorn (eller avintegreras) och så snart spänningen över kondensatorn faller under 25 procent av matningsspänningen, dras komparatorns uteffekt ner igen, vilket igen börjar ladda kondensatorn. Denna cykel börjar om och vi har ett triangulärt vågtåg. Frekvensen för den triangulära vågen bestäms av värdet på de motstånd och kondensatorer som används. Du kan hänvisa till bilden i detta steg för att få formeln för frekvensberäkning.

Okej, så teoridelen är klar. Låt oss bygga!

Steg 3: Samla alla nödvändiga delar

Bilderna visar alla delar som krävs för att göra SPWM -modulen. Jag har monterat IC: erna på respektive IC -bas så att de enkelt kan bytas ut om det behövs. Du kan också lägga till en 0.01uF kondensator vid utgången av triangulära och SPWM -vågor för att undvika signalfluktuationer och hålla SPWM -mönstret stabilt.

Jag klippte ut den nödvändiga veroborden för att passa komponenterna korrekt.

Steg 4: Gör testkretsen

Nu innan vi börjar löda delarna är det nödvändigt att vi ser till att vår krets fungerar som önskat och därför är det viktigt att vi testar vår krets på brödbräda och gör ändringar om det behövs. Bilden ovan visar prototypen på min krets på brödbräda.

Steg 5: Observera utsignalerna

För att säkerställa att vår utmatningsvågform är korrekt blir det viktigt att använda ett oscilloskop för att visualisera data. Eftersom jag inte äger en professionell DSO eller något slags oscilloskop, fick jag mig detta billiga oscilloskop-DSO138 från Banggood. Det fungerar alldeles utmärkt för låg- till medelfrekvent signalanalys. För ut applikation kommer vi att generera triangulära vågor med frekvenser 1KHz och 10KHz som enkelt kan visualiseras på detta omfång. Naturligtvis kan du få mycket mer tillförlitlig information om signaler på ett professionellt oscilloskop, men för snabb analys fungerar den här modellen bra!

Steg 6: Observera triangulära signaler

Bilderna ovan visar de två triangulära vågorna som genereras från de två signalgenereringskretsarna.

Steg 7: Observera SPWM -signalen

Efter att ha lyckats generera och observera de triangulära vågorna har vi nu en titt på SPWM -vågformen som genereras vid komparatorutgången. Genom att justera räckvidden för omfånget kan vi analysera signalerna på rätt sätt.

Steg 8: Löddelar på Perfboard

Nu när vi har testat vår krets börjar vi äntligen lödda komponenterna på verobordet för att göra det mer permanent. Vi lödar IC -basen tillsammans med motstånd, kondensatorer och variabla motstånd enligt schemat. Det är viktigt att placeringen är komponenter är sådan att vi måste använda minimala ledningar och de flesta anslutningar kan göras med lödspår.

Steg 9: Avsluta lödningsprocessen

Efter ca 1 timmes lödning var jag klar med alla anslutningar och så här ser modulen äntligen ut. Det är ganska litet och kompakt.

Steg 10: Lägga till varmt lim för att förhindra shorts

För att minimera alla shorts eller shorts eller oavsiktlig metallkontakt på lödsidan bestämde jag mig för att skydda den med ett lager varmt lim. Det håller anslutningarna intakta och isolerade från oavsiktlig kontakt. Man kan till och med använda isoleringstejp för att göra detsamma.

Steg 11: Pin-out av modulen

Bilden ovan visar pinout på modulen som jag gjorde. Jag har totalt 5 manliga huvudstiften varav två är för strömförsörjning (Vcc och Gnd), en stift är att observera den snabba triangulära vågen, den andra stiften är att observera den långsamma triangulära vågen och slutligen är den sista stiftet SPWM produktion. De triangulära vågpinnarna är viktiga om vi vill finjustera vågens frekvens.

Steg 12: Justera signalernas frekvens

Potentiometrarna används för att finjustera frekvensen för varje triangulär vågsignal. Detta beror på att inte alla komponenter är idealiska och därmed kan det teoretiska och praktiska värdet skilja sig åt. Detta kan kompenseras genom att justera förinställningarna och på motsvarande sätt titta på oscilloskopets utgång.

Steg 13: Schematisk fil

Jag har bifogat den schematiska layouten för detta projekt. Ändra den gärna efter dina behov.

Jag hoppas att du gillar den här självstudien.

Vänligen dela dina feedback, förslag och frågor i kommentarerna nedan.

Tills nästa gång:)