Modul generátoru SPWM (bez použití mikrokontroléru): 14 kroků

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:21

Ahoj všichni, vítejte v mém instruktážním! Doufám, že se vám všem daří skvěle. Nedávno jsem se začal zajímat o experimentování se signály PWM a narazil jsem na koncept SPWM (neboli sinusová modulace šířky pulzů), kde je pracovní cyklus řady pulzů modulován sinusovou vlnou. Narazil jsem na několik výsledků, kde lze takový druh signálů SPWM snadno vytvořit pomocí mikrokontroléru, kde se pracovní cyklus generuje pomocí vyhledávací tabulky, která obsahuje hodnoty potřebné k implementaci sinusové vlny.

Chtěl jsem generovat takový signál SPWM bez mikrokontroléru, a proto jsem použil operační zesilovače jako srdce systému.

Začněme!

Zásoby

1. LM324 Quad OpAmp IC
2. Integrovaný duální komparátor LM358
3. 14pinová IC základna/zásuvka
4. 10K odpory-2
5. 1K odpory-2
6. 4.7K odpory-2
7. 2.2K odpory-2
8. 2K variabilní odpor (přednastavený) -2
9. 0,1uF keramický kondenzátor-1
10. 0,01uF keramický kondenzátor-1
11. 5kolíková zásuvka
12. Veroboard nebo perfboard
13. Horká lepicí pistole
14. Pájecí zařízení

Krok 1: Teorie: Vysvětlení generování signálu pro SPWM

K generování signálů SPWM bez mikrokontroléru potřebujeme dvě trojúhelníkové vlny různých frekvencí (ale pokud možno jedna by měla být násobkem ostatních). Když jsou tyto dvě trojúhelníkové vlny porovnány navzájem pomocí komparátoru IC, jako je LM358, dostaneme požadovaný signál SPWM. Komparátor poskytuje vysoký signál, když je signál na neinvertujícím terminálu OpAmp větší než signál na invertujícím terminálu. Takže když je na neinvertujícím pinu přiváděna vysokofrekvenční trojúhelníková vlna a je napájena nízkofrekvenční trojúhelníková vlna do invertujícího pinu komparátoru získáme více případů, kdy signál na neinvertujícím terminálu několikrát změní amplitudu před signálem na invertujícím terminálu. To umožňuje podmínku, kdy je výstup OpAmp sled pulzů, jejichž pracovní cyklus je řízen interakcí obou vln.

Krok 2: Schéma zapojení: Vysvětlení a teorie

Toto je schéma celého projektu SPWM skládající se ze dvou generátorů průběhů a komparátoru.

Trojúhelníkovou vlnu lze vytvořit pomocí 2 operačních zesilovačů, a proto budou pro obě vlny zapotřebí celkem 4 OpApms. K tomuto účelu jsem použil balíček LM324 quad OpAmp.

Podívejme se, jak jsou vlastně generovány trojúhelníkové vlny.

Zpočátku první OpAmp funguje jako integrátor, jehož neinvertující kolík je vázán na potenciál (Vcc/2) nebo polovinu napájecího napětí pomocí sítě děliče napětí se 2 odpory 10 kiloOhm. Jako zdroj používám 5V, takže neinvertující kolík má potenciál 2,5 voltů. Virtuální připojení invertujícího a neinvertujícího pinu nám také umožňuje převzít potenciál 2,5 V na invertujícím pinu, který pomalu nabíjí kondenzátor. Jakmile je kondenzátor nabitý na 75 procent napájecího napětí, výstup druhého operačního zesilovače, který je konfigurován jako komparátor, se změní z nízkého na vysoký. To zase začne vybíjet kondenzátor (nebo se deaktivuje) a jakmile napětí na kondenzátoru klesne pod 25 procent napájecího napětí, výstup komparátoru se opět stáhne dolů, což opět začne nabíjet kondenzátor. Tento cyklus začíná znovu a máme trojúhelníkový vlnový vlak. Frekvence trojúhelníkové vlny je určena hodnotou použitých odporů a kondenzátorů. V tomto kroku můžete odkázat na obrázek a získat vzorec pro výpočet frekvence.

Dobře, teoretická část je hotová. Pojďme stavět!

Krok 3: Shromáždění všech požadovaných dílů

Obrázky ukazují všechny součásti potřebné k vytvoření modulu SPWM. Integrované obvody jsem namontoval na příslušnou základnu integrovaných obvodů, aby je bylo možné v případě potřeby snadno vyměnit. Můžete také alo přidat kondenzátor 0,01 uF na výstup trojúhelníkových a SPWM vln, abyste se vyhnuli jakýmkoli kolísáním signálu a udrželi vzor SPWM stabilní.

Vystřihl jsem požadovaný kus veroboardu, aby součásti správně pasovaly.

Krok 4: Vytvoření testovacího obvodu

Nyní, než začneme pájet součásti, je nutné, abychom se ujistili, že náš obvod funguje podle potřeby, a proto je důležité otestovat náš obvod na prkénku a v případě potřeby provést změny. Výše uvedený obrázek ukazuje prototyp mého obvodu na prkénku.

Krok 5: Pozorování výstupních signálů

Abychom se ujistili, že je naše výstupní křivka správná, je nezbytné k vizualizaci dat použít osciloskop. Protože nevlastním profesionální DSO ani žádný druh osciloskopu, pořídil jsem si tento levný osciloskop- DSO138 od Banggood. Funguje to dobře pro analýzu signálu s nízkou až střední frekvencí. Pro naši aplikaci budeme generovat trojúhelníkové vlny o frekvencích 1KHz a 10KHz, které lze v tomto rozsahu snadno zobrazit. Samozřejmě můžete získat mnohem spolehlivější informace o signálech na profesionálním osciloskopu, ale pro rychlou analýzu tento model funguje dobře!

Krok 6: Pozorování trojúhelníkových signálů

Výše uvedené obrázky ukazují dvě trojúhelníkové vlny generované ze dvou obvodů pro generování signálu.

Krok 7: Pozorování signálu SPWM

Po úspěšném generování a pozorování trojúhelníkových vln se nyní podíváme na průběh SPWM, který je generován na výstupu komparátoru. Přizpůsobení vázací základny rozsahu nám umožňuje správně analyzovat signály.

Krok 8: Pájení dílů na Perfboard

Nyní, když máme náš obvod vyzkoušený a vyzkoušený, konečně začneme pájet součásti na veroboard, aby byl trvalejší. Podle schématu pájíme IC základnu společně s odpory, kondenzátory a variabilními odpory. Je důležité, aby umístění komponent bylo takové, že musíme použít minimální dráty a většinu připojení lze provést pomocí pájecích stop.

Krok 9: Dokončení procesu pájení

Asi po 1 hodině pájení jsem byl kompletní se všemi spoji a takto modul nakonec vypadá. Je docela malý a kompaktní.

Krok 10: Přidání horkého lepidla k prevenci zkratů

Aby se minimalizovaly jakékoli zkraty, jakékoli zkraty nebo náhodný kovový kontakt na straně pájky, rozhodl jsem se jej chránit vrstvou horkého lepidla. Udržuje spojení neporušená a izolovaná od náhodného kontaktu. K tomu samému lze dokonce použít izolační pásku.

Krok 11: Pin-out modulu

Výše uvedený obrázek ukazuje pinout modulu, který jsem vytvořil. Mám celkem 5 samčích kolíkových konektorů, z nichž dva jsou pro napájení (Vcc a Gnd), jeden pin je pro pozorování rychlé trojúhelníkové vlny, druhý pin je pro pozorování pomalé trojúhelníkové vlny a nakonec poslední pin je SPWM výstup. Trojúhelníkové vlnové kolíky jsou důležité, pokud chceme doladit frekvenci vlny.

Krok 12: Nastavení frekvence signálů

Potenciometry slouží k jemnému doladění frekvence každého signálu trojúhelníkové vlny. Důvodem je skutečnost, že ne všechny součásti jsou ideální, a proto se teoretická a praktická hodnota mohou lišit. To lze kompenzovat úpravou předvoleb a odpovídajícím pohledem na výstup osciloskopu.

Krok 13: Schematický soubor

Připojil jsem schematické rozložení pro tento projekt. Nebojte se jej upravit podle svých potřeb.

Doufám, že se vám tento návod líbí.

Podělte se o své zpětné vazby, návrhy a dotazy v níže uvedených komentářích.

Do příště:)