SPWM генераторен модул (без използване на микроконтролер): 14 стъпки

2025 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2025-01-23 13:00

Здравейте всички, добре дошли в инструкциите ми! Надявам се, че всички се справяте отлично. Наскоро се заинтересувах да експериментирам с PWM сигнали и се натъкнах на концепцията за SPWM (или синусоидална модулация на широчината на импулса), където работният цикъл на последователност от импулси се модулира от синусоида. Попаднах на няколко резултата, при които такъв вид SPWM сигнали могат лесно да бъдат създадени с помощта на микроконтролер, където работният цикъл се генерира с помощта на таблица за търсене, която съдържа необходимите стойности за прилагане на синусоидата.

Исках да генерирам такъв SPWM сигнал без микроконтролер и затова използвах операционните усилватели като сърцевината на системата.

Да започваме!

Консумативи

1. LM324 Quad OpAmp IC
2. LM358 IC с двоен компаратор
3. 14 -пинова IC база/гнездо
4. 10K резистори-2
5. 1K резистори-2
6. 4.7K резистори-2
7. 2.2K резистори-2
8. 2K променлив резистор (предварително зададен) -2
9. 0.1uF керамичен кондензатор-1
10. 0.01uF керамичен кондензатор-1
11. 5 -пинов мъжки хедър
12. Veroboard или perfboard
13. Пистолет за горещо лепило
14. Оборудване за запояване

Стъпка 1: Теория: Обяснение на генерирането на сигнали за SPWM

За да генерираме SPWM сигнали без микроконтролер, се нуждаем от две триъгълни вълни с различни честоти (но за предпочитане едната трябва да е кратна на друга). Когато тези две триъгълни вълни се сравняват помежду си с помощта на сравнителна IC като LM358, тогава получаваме необходимия ни сигнал за SPWM. Компараторът дава висок сигнал, когато сигналът на неинвертиращия извод на OpAmp е по -голям от този на сигнала на инвертиращия терминал. в инвертиращия щифт на компаратора получаваме множество случаи, когато сигналът на неинвертиращия терминал се променя амплитуда няколко пъти преди сигнала на инвертиращия терминал. Това позволява условие, при което изходът на OpAmp е набор от импулси, чийто работен цикъл се управлява от това как двете вълни взаимодействат.

Стъпка 2: Електрическа схема: Обяснение и теория

Това е схемата на целия проект за SPWM, състояща се от два генератора на форма на вълната и сравнител.

Триъгълна вълна може да бъде създадена с помощта на 2 операционни усилвателя и по този начин ще са необходими общо 4 OpApms за двете вълни. За тази цел използвах пакета LM324 quad OpAmp.

Нека да видим как всъщност се генерират триъгълните вълни.

Първоначално първият OpAmp действа като интегратор, чийто неинвертиращ щифт е свързан с потенциал от (Vcc/2) или половината от захранващото напрежение, като се използва мрежа от делители на напрежение от 2 резистора 10 kilOhm. Използвам 5V като захранване, така че неинвертиращият щифт има потенциал от 2.5 волта. Виртуалната връзка на инвертиращия и неинвертиращия щифт също ни позволява да приемем 2.5V потенциал при инвертиращ щифт, който бавно зарежда кондензатора. Веднага след като кондензаторът се зареди до 75 процента от захранващото напрежение, изходът на другия операционен усилвател, който е конфигуриран като сравнител, се променя от ниско на високо. Това от своя страна започва да разрежда кондензатора (или деинтегрира) и веднага щом напрежението в кондензатора падне под 25 процента от захранващото напрежение, изходът на компаратора отново се понижава, което отново започва да зарежда кондензатора. Този цикъл започва отново и имаме триъгълна вълна. Честотата на триъгълната вълна се определя от стойността на използваните резистори и кондензатори. Можете да се обърнете към изображението в тази стъпка, за да получите формулата за изчисляване на честотата.

Добре, така че теоретичната част е свършена. Нека да изградим!

Стъпка 3: Съберете всички необходими части

Изображенията показват всички части, необходими за изработката на SPWM модула. Аз съм монтирал интегралните схеми на съответната IC основа, така че да могат лесно да бъдат заменени, ако е необходимо. Можете също така да добавите 0.01uF кондензатор на изхода на триъгълните и SPWM вълни, за да избегнете всякакви колебания на сигнала и да поддържате модела SPWM стабилен.

Изрязах необходимото парче veroboard, за да монтирам правилно компонентите.

Стъпка 4: Създаване на тестовата верига

Сега, преди да започнем да запояваме частите, е необходимо да се уверим, че нашата схема работи според желанието и затова е от съществено значение да тестваме нашата схема на макет и да направим промени, ако е необходимо. Горното изображение показва прототипа на моята схема на макет.

Стъпка 5: Наблюдение на изходните сигнали

За да се уверите, че нашата изходна форма на вълната е правилна, става от съществено значение да използвате осцилоскоп, за да визуализирате данните. Тъй като не притежавам професионален DSO или какъвто и да е вид осцилоскоп, си купих този евтин осцилоскоп- DSO138 от Banggood. Работи отлично за анализ на ниско до средночестотен сигнал. За наше приложение ще генерираме триъгълни вълни с честоти 1KHz и 10KHz, които лесно могат да бъдат визуализирани в този обхват. Разбира се, можете да получите много по -надеждна информация за сигналите на професионален осцилоскоп, но за бърз анализ този модел работи отлично!

Стъпка 6: Наблюдение на триъгълните сигнали

Горните изображения показват двете триъгълни вълни, генерирани от двете вериги за генериране на сигнал.

Стъпка 7: Наблюдение на SPWM сигнала

След успешно генериране и наблюдение на триъгълните вълни, сега имаме поглед към формата на вълната на SPWM, която се генерира на изхода на компаратора. Регулирането на обвързващата основа на обхвата ни позволява да анализираме правилно сигналите.

Стъпка 8: Запояване на части към Perfboard

Сега, когато нашата схема е изпробвана и изпробвана, най -накрая започваме да запояваме компонентите върху veroboard, за да я направим по -постоянна. Запояваме IC основата заедно с резисторите, кондензаторите и променливите резистори според схемата. Важно е разположението да е компоненти е такова, че трябва да използваме минимални проводници и повечето връзки могат да бъдат направени чрез следи от спойка.

Стъпка 9: Завършване на процеса на запояване

След около 1 час запояване бях завършен с всички връзки и ето как модулът най -накрая изглежда. Той е доста малък и компактен.

Стъпка 10: Добавяне на горещо лепило за предотвратяване на къси панталони

За да сведем до минимум всякакви къси панталони, къси панталони или случаен метален контакт от страната на спойката, реших да го защитя със слой горещо лепило. Той поддържа връзките непокътнати и изолирани от случаен контакт. Човек може дори да използва изолационна лента, за да направи същото.

Стъпка 11: Pin-out от модула

Горното изображение показва разпечатката на модула, който направих. Имам общо 5 мъжки щифта за заглавки, от които два са за захранване (Vcc и Gnd), единият щифт е за наблюдение на бързата триъгълна вълна, другият щифт е за наблюдение на бавната триъгълна вълна и накрая последният щифт е SPWM изход. Щифтовете с триъгълна вълна са важни, ако искаме фина настройка на честотата на вълната.

Стъпка 12: Регулиране на честотата на сигналите

Потенциометрите се използват за фина настройка на честотата на всеки триъгълен вълнов сигнал. Това се дължи на факта, че не всички компоненти са идеални и следователно теоретичната и практическата стойност може да се различават. Това може да бъде компенсирано чрез регулиране на предварително зададените настройки и съответно разглеждане на изхода на осцилоскопа.

Стъпка 13: Схематичен файл

Приложих схематичното оформление за този проект. Не се колебайте да го промените според вашите нужди.

Надявам се този урок да ви хареса.

Моля, споделете вашите отзиви, предложения и въпроси в коментарите по -долу.

До следващия път:)