SPWM ģeneratora modulis (neizmantojot mikrokontrolleru): 14 soļi

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:54

Sveiki visiem, laipni lūdzam manā pamācībā! Es ceru, ka jums visiem iet lieliski. Nesen man radās interese eksperimentēt ar PWM signāliem, un es saskāros ar SPWM (jeb sinusoidālās impulsa platuma modulācijas) koncepciju, kur impulsu vilciena darba ciklu modulē sinusoidāls vilnis. Es atklāju dažus rezultātus, kur šāda veida SPWM signālus var viegli izveidot, izmantojot mikrokontrolleru, kurā tiek ģenerēts darba cikls, izmantojot uzmeklēšanas tabulu, kurā ir sinusa viļņa ieviešanai nepieciešamās vērtības.

Es gribēju ģenerēt šādu SPWM signālu bez mikrokontrollera, un tāpēc kā sistēmas pamatu izmantoju darbības pastiprinātājus.

Sāksim!

Piegādes

1. LM324 Quad OpAmp IC
2. LM358 dubults salīdzinātājs IC
3. 14 kontaktu IC pamatne/ligzda
4. 10K rezistori-2
5. 1K rezistori-2
6. 4,7K rezistori-2
7. 2.2K rezistori-2
8. 2K mainīgais rezistors (iepriekš iestatīts) -2
9. 0.1uF keramikas kondensators-1
10. 0.01uF keramikas kondensators-1
11. 5 kontaktu tēviņa galvene
12. Veroboard vai perfboard
13. Karstās līmes pistole
14. Lodēšanas iekārtas

1. darbība. Teorija: SPWM signālu ģenerēšanas skaidrojums

Lai ģenerētu SPWM signālus bez mikrokontrollera, mums ir vajadzīgi divi dažādu frekvenču trīsstūrveida viļņi (bet vēlams, lai viens būtu citu reizinājums). Ja šos divus trīsstūrveida viļņus salīdzina viens ar otru, izmantojot salīdzināšanas IC, piemēram, LM358, mēs iegūstam nepieciešamo SPWM signālu. Salīdzinātājs dod augstu signālu, ja signāls OpAmp neinvertējošajā spailē ir lielāks nekā signāls apgrieztā terminālī. Tātad, ja augstfrekvences trīsstūrveida vilnis tiek padots pie neinvertējošās tapas un tiek padots zemfrekvences trīsstūrveida vilnis salīdzinātāja apgriežamajā tapā mēs iegūstam vairākus gadījumus, kad signāls, kas nav apgriezts, terminālī vairākas reizes maina amplitūdu pirms signāla apgrieztā terminālī. Tas pieļauj stāvokli, kad OpAmp izeja ir impulsu vilciens, kura darbības ciklu nosaka abu viļņu mijiedarbība.

2. darbība: shēmas shēma: skaidrojums un teorija

Šī ir visa SPWM projekta shēma, kas sastāv no diviem viļņu formas ģeneratoriem un salīdzinājuma.

Trīsstūrveida vilni var izveidot, izmantojot 2 operatīvos pastiprinātājus, un tādējādi abiem viļņiem kopumā būs nepieciešami 4 OpApms. Šim nolūkam esmu izmantojis LM324 quad OpAmp paketi.

Apskatīsim, kā trīsstūrveida viļņi faktiski rodas.

Sākotnēji pirmais OpAmp darbojas kā integrators, kura nemainīgais kontakts ir saistīts ar potenciālu (Vcc/2) vai pusi no barošanas sprieguma, izmantojot 2 10 kiloOhm rezistoru sprieguma dalītāju tīklu. Es izmantoju 5V kā barošanas avotu, tāpēc neinvertējamās tapas potenciāls ir 2,5 volti. Invertējošās un neinvertējošās tapas virtuālais savienojums arī ļauj mums pieņemt 2,5 V potenciālu pie apgriežamās tapas, kas lēnām uzlādē kondensatoru. Tiklīdz kondensators ir uzlādēts līdz 75 procentiem no barošanas sprieguma, otra operatīvā pastiprinātāja, kas ir konfigurēts kā salīdzinājums, izeja mainās no zemas uz augstu. Tas savukārt sāk izlādēt kondensatoru (vai deintegrējas), un, tiklīdz spriegums kondensatorā nokrītas zem 25 procentiem no barošanas sprieguma, salīdzinātāja izeja atkal tiek samazināta, kas atkal sāk uzlādēt kondensatoru. Šis cikls sākas no jauna, un mums ir trīsstūrveida viļņu vilciens. Trīsstūra viļņa frekvenci nosaka izmantoto rezistoru un kondensatoru vērtība. Šajā solī varat atsaukties uz attēlu, lai iegūtu frekvences aprēķināšanas formulu.

Labi, tāpēc teorijas daļa ir pabeigta. Sāksim celtniecību!

3. darbība: visu nepieciešamo detaļu savākšana

Attēlos redzamas visas detaļas, kas nepieciešamas SPWM moduļa izgatavošanai. Esmu uzstādījis IC uz atbilstošās IC bāzes, lai vajadzības gadījumā tos varētu viegli nomainīt. Jūs varat arī pievienot 0,01uF kondensatoru trīsstūra un SPWM viļņu izejā, lai izvairītos no signāla svārstībām un saglabātu SPWM modeli stabilu.

Es izgriezu vajadzīgo veroboarda gabalu, lai pareizi ievietotu sastāvdaļas.

4. darbība: testa ķēdes izveide

Tagad, pirms mēs sākam lodēt detaļas, ir jāpārliecinās, ka mūsu ķēde darbojas pēc vēlēšanās, un tāpēc ir svarīgi pārbaudīt ķēdi uz maizes dēļa un nepieciešamības gadījumā veikt izmaiņas. Iepriekš redzamais attēls parāda manas shēmas prototipu uz maizes dēļa.

5. darbība: izejas signālu novērošana

Lai pārliecinātos, ka mūsu izejas viļņu forma ir pareiza, ir svarīgi datu vizualizēšanai izmantot osciloskopu. Tā kā man nepieder profesionāls DSO vai jebkāda veida osciloskops, es ieguvu šo lēto osciloskopu DSO138 no Banggood. Tas darbojas lieliski zemas un vidējas frekvences signālu analīzei. Lietošanai mēs radīsim trīsstūrveida viļņus ar frekvenci 1KHz un 10KHz, kurus var viegli vizualizēt šajā diapazonā. Protams, jūs varat iegūt daudz ticamāku informāciju par signāliem, izmantojot profesionālu osciloskopu, taču ātrai analīzei šis modelis darbojas lieliski!

6. solis: trīsstūra signālu novērošana

Iepriekš redzamie attēli parāda divus trīsstūrveida viļņus, kas ģenerēti no divām signālu ģenerēšanas shēmām.

7. solis: SPWM signāla novērošana

Pēc veiksmīgas trīsstūra viļņu ģenerēšanas un novērošanas mēs tagad aplūkojam SPWM viļņu formu, kas tiek ģenerēta salīdzinājuma izejā. Attiecīgi pielāgojot tvēruma kaklasaites bāzi, mēs varam pareizi analizēt signālus.

8. solis: detaļu lodēšana uz perfboard

Tagad, kad mūsu ķēde ir izmēģināta un pārbaudīta, mēs beidzot sākam lodēt komponentus pie tāfeles, lai padarītu to pastāvīgāku. Mēs lodējam IC bāzi kopā ar rezistoriem, kondensatoriem un mainīgajiem rezistoriem saskaņā ar shēmu. Ir svarīgi, lai izvietojums būtu komponenti, lai mums būtu jāizmanto minimāli vadi, un lielāko daļu savienojumu var izveidot ar lodēšanas pēdām.

9. solis: lodēšanas procesa pabeigšana

Pēc apmēram 1 stundas lodēšanas es biju pabeigts ar visiem savienojumiem, un tas beidzot izskatās modulis. Tas ir diezgan mazs un kompakts.

10. darbība: karstās līmes pievienošana šortu novēršanai

Lai samazinātu visus šortus, šortus vai nejaušu metāla kontaktu lodēšanas pusē, es nolēmu to aizsargāt ar karstas līmes slāni. Tas saglabā savienojumus neskartus un izolētus no nejaušas saskares. Lai to izdarītu, var izmantot pat izolācijas lenti.

11. solis: izvelciet moduli

Iepriekš redzamajā attēlā parādīts mana izveidotā moduļa pinout. Man kopā ir 5 vīriešu galvenes tapas, no kurām divas ir paredzētas barošanai (Vcc un Gnd), viena tapa ir paredzēta ātra trīsstūra viļņa novērošanai, otra tapa lēnā trīsstūra viļņa novērošanai un visbeidzot pēdējā tapa ir SPWM izvade. Trīsstūrveida viļņu tapas ir svarīgas, ja vēlamies precīzi noregulēt viļņa frekvenci.

12. solis: Signālu frekvences pielāgošana

Potenciometrus izmanto, lai precīzi noregulētu katra trīsstūra viļņa signāla frekvenci. Tas ir saistīts ar faktu, ka ne visas sastāvdaļas ir ideālas, un tāpēc teorētiskā un praktiskā vērtība var atšķirties. To var kompensēt, pielāgojot sākotnējos iestatījumus un attiecīgi aplūkojot osciloskopa izeju.

13. darbība: shematisks fails

Esmu pievienojis šī projekta shematisko izkārtojumu. Jūtieties brīvi mainīt to atbilstoši savām vajadzībām.

Es ceru, ka jums patīk šī apmācība.

Lūdzu, kopīgojiet savas atsauksmes, ieteikumus un jautājumus zemāk esošajos komentāros.

Līdz nākamajai reizei:)