SPWM generátor modul (mikrovezérlő használata nélkül): 14 lépés

2024 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-30 09:40

Üdvözlök mindenkit, üdvözlöm az oktathatóban! Remélem mindannyian remekül csináljátok. Nemrégiben érdeklődtem a PWM jelekkel való kísérletezés iránt, és találkoztam az SPWM (vagy szinuszos impulzusszélesség -moduláció) fogalmával, ahol az impulzusok működési ciklusát szinuszhullám modulálja. Találtam néhány eredményt, ahol ilyen típusú SPWM jelek könnyen létrehozhatók egy mikrokontroller segítségével, ahol a munkaciklus generálódik a szinuszhullám megvalósításához szükséges értékeket tartalmazó keresési táblázat használatával.

Szerettem volna ilyen SPWM jelet generálni mikrokontroller nélkül, és ezért a működési erősítőket használtam a rendszer szívéül.

Lássunk neki!

Kellékek

1. LM324 Quad OpAmp IC
2. LM358 kettős összehasonlító IC
3. 14 tűs IC alap/foglalat
4. 10K ellenállások-2
5. 1K ellenállások-2
6. 4.7K ellenállások-2
7. 2.2K ellenállások-2
8. 2K változó ellenállás (előre beállított) -2
9. 0,1uF kerámia kondenzátor-1
10. 0.01uF kerámia kondenzátor-1
11. 5 tűs fejfej
12. Veroboard vagy perfboard
13. Ragasztópisztoly
14. Forrasztóberendezések

1. lépés: Elmélet: Az SPWM jelgenerációjának magyarázata

Az SPWM jelek mikrokontroller nélküli generálásához két különböző frekvenciájú háromszöghullámra van szükségünk (de lehetőleg az egyik legyen a többszöröse a másiknak). Ha ezt a két háromszöghullámot összehasonlítjuk egymással egy összehasonlító IC, például LM358 segítségével, akkor megkapjuk a szükséges SPWM jelet. Az összehasonlító magas jelet ad, ha az OpAmp nem invertáló terminálján a jel nagyobb, mint az invertáló terminálon lévő jel. Tehát ha nagyfrekvenciás háromszöghullámot táplálunk a nem invertáló tüskén, és az alacsony frekvenciájú háromszöghullámot tápláljuk az összehasonlító invertáló csapjába több olyan esetet kapunk, amikor a nem invertáló terminálon lévő jel többször megváltoztatja az amplitúdót az invertáló terminálon lévő jel előtt. Ez lehetővé teszi azt az állapotot, amikor az OpAmp kimenet impulzus -sorozat, amelynek működési ciklusát a két hullám kölcsönhatása szabályozza.

2. lépés: Áramköri diagram: Magyarázat és elmélet

Ez az egész SPWM projekt kapcsolási rajza, amely két hullámforma generátorból és egy összehasonlítóból áll.

Háromszög alakú hullám hozható létre 2 operációs erősítővel, és így összesen 4 OpAmp szükséges a két hullámhoz. Erre a célra az LM324 quad OpAmp csomagot használtam.

Lássuk, hogyan keletkeznek a háromszög alakú hullámok.

Kezdetben az első OpAmp integrátorként működik, amelynek nem invertáló csapja (Vcc/2) vagy a tápfeszültség feléhez van kötve, 2 10 kiloohmos ellenállású feszültségosztó hálózat segítségével. Tápellátásként 5 V -ot használok, így a nem invertáló csap potenciálja 2,5 volt. Az invertáló és a nem invertáló csap virtuális csatlakoztatása lehetővé teszi, hogy feltételezzük a 2,5 V -os potenciált az invertáló csapnál, amely lassan tölti fel a kondenzátort. Amint a kondenzátor fel van töltve a tápfeszültség 75 százalékára, a másik, összehasonlítónak beállított operációs erősítő kimenete alacsonyról magasra változik. Ez pedig elkezdi kisütni a kondenzátort (vagy deintegrálódik), és amint a feszültség a kondenzátoron a tápfeszültség 25 százaléka alá esik, az összehasonlító kimenete ismét lecsökken, ami ismét elkezdi tölteni a kondenzátort. Ez a ciklus újra kezdődik, és van egy háromszög alakú hullámvonatunk. A háromszög hullám frekvenciáját az alkalmazott ellenállások és kondenzátorok értéke határozza meg. Ebben a lépésben a képre kattintva kaphatja meg a gyakoriságszámítás képletét.

Oké, így az elmélet rész elkészült. Építsünk!

3. lépés: Az összes szükséges alkatrész összegyűjtése

A képeken az SPWM modul elkészítéséhez szükséges összes alkatrész látható. Az IC -ket a megfelelő IC -alapra szereltem fel, hogy szükség esetén könnyen cserélhetők legyenek. A háromszög és az SPWM hullámok kimenetén 0,01uF kondenzátort is hozzáadhat annak érdekében, hogy elkerülje a jel ingadozását és stabilan tartsa az SPWM mintát.

Kivágtam a szükséges veroboard -darabot, hogy az alkatrészek megfelelően illeszkedjenek.

4. lépés: Készítse el a tesztáramkört

Mielőtt hozzákezdenénk az alkatrészek forrasztásához, meg kell győződnünk arról, hogy az áramkör a kívánt módon működik, és ezért elengedhetetlen, hogy kipróbáljuk az áramkörünket a kenyérsütő táblán, és szükség esetén módosítsuk. A fenti képen az áramköröm prototípusa látható.

5. lépés: A kimeneti jelek megfigyelése

Annak érdekében, hogy a kimeneti hullámforma helyes legyen, elengedhetetlen az oszcilloszkóp használata az adatok megjelenítéséhez. Mivel nem rendelkezem professzionális DSO-val vagy bármilyen oszcilloszkóppal, szereztem magamnak ezt az olcsó oszcilloszkópot- a DSO138-at a Banggood-tól. Kiválóan működik alacsony és közepes frekvenciájú jelmutatáshoz. Az alkalmazáshoz 1KHz és 10KHz frekvenciájú háromszög hullámokat hozunk létre, amelyek ezen a területen könnyen megjeleníthetők. Természetesen sokkal megbízhatóbb információkat kaphat a jelekről professzionális oszcilloszkóppal, de a gyors elemzéshez ez a modell remekül működik!

6. lépés: A háromszög jelek megfigyelése

A fenti képek a két jelgeneráló áramkörből generált két háromszög alakú hullámot mutatják.

7. lépés: Az SPWM jel megfigyelése

A háromszöghullámok sikeres létrehozása és megfigyelése után most megnézzük az összehasonlító kimeneten generált SPWM hullámformát. A hatókör kötési alapjának ennek megfelelően történő beállítása lehetővé teszi számunkra a jelek megfelelő elemzését.

8. lépés: Az alkatrészek forrasztása a Perfboardra

Most, hogy kipróbáltuk az áramkört, végre elkezdjük forrasztani az alkatrészeket a veroboardra, hogy állandóbbá tegyük. Az IC bázist az ellenállásokkal, kondenzátorokkal és változó ellenállásokkal együtt forrasztjuk a sematika szerint. Fontos, hogy az elhelyezés olyan alkatrészekből álljon, hogy minimális vezetékeket kell használnunk, és a legtöbb csatlakozás forrasztható nyomokkal lehetséges.

9. lépés: A forrasztási folyamat befejezése

Körülbelül 1 óra forrasztás után elkészültem az összes csatlakozással, és végül így néz ki a modul. Elég kicsi és kompakt.

10. lépés: Forró ragasztó hozzáadása a rövidzárlatok megelőzéséhez

Annak érdekében, hogy minimálisra csökkentsük a rövidzárlatot, a rövidzárlatot vagy a véletlen fémes érintkezést a forrasztási oldalon, úgy döntöttem, hogy forró ragasztó réteggel védem. A csatlakozásokat sértetlenül és a véletlen érintkezéstől elzárva tartja. Ugyanezhez szigetelő szalagot is használhat.

11. lépés: Pin-out ki a modulból

A fenti kép az általam készített modul pinoutját mutatja. Összesen 5 hüvelyes fejrészem van, amelyek közül kettő tápellátásra szolgál (Vcc és Gnd), az egyik tű a gyors háromszögű hullám megfigyelése, a másik tű a lassú háromszög hullám megfigyelése, és végül az utolsó csap az SPWM Kimenet. A háromszög alakú hullámcsapok fontosak, ha finomhangolni akarjuk a hullám frekvenciáját.

12. lépés: A jelek frekvenciájának beállítása

A potenciométereket az egyes háromszöghullámú jelek frekvenciájának finomhangolására használják. Ez annak köszönhető, hogy nem minden alkatrész ideális, és így az elméleti és gyakorlati érték eltérhet. Ezt kompenzálni lehet az előre beállított értékek beállításával és ennek megfelelően az oszcilloszkóp kimenetének megtekintésével.

13. lépés: Vázlatos fájl

Csatoltam a projekt sematikus elrendezését. Nyugodtan módosítsa igényei szerint.

Remélem tetszik ez a tutorial.

Kérjük, ossza meg visszajelzéseit, javaslatait és kérdéseit az alábbi megjegyzésekben.

A következő alkalomig:)