Mòdul generador SPWM (sense utilitzar el microcontrolador): 14 passos

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:12

Hola a tothom, benvinguts al meu instructiu! Espero que tots ho feu molt bé. Recentment, em vaig interessar per experimentar amb senyals PWM i em vaig trobar amb el concepte de SPWM (o modulació sinusoidal d’amplada de pols) on el cicle de treball d’un tren de polsos està sent modulat per una ona sinusoïdal. Vaig trobar uns quants resultats on es poden crear fàcilment aquest tipus de senyals SPWM mitjançant un microcontrolador on es genera el cicle de treball mitjançant una taula de cerca que conté els valors necessaris per implementar l’ona sinusoïdal.

Volia generar aquest senyal SPWM sense microcontrolador i, per tant, vaig utilitzar amplificadors operatius com a cor del sistema.

Comencem!

Subministraments

1. IC LM324 Quad OpAmp
2. IC comparador dual LM358
3. Base / endoll IC de 14 pins
4. Resistències 10K-2
5. Resistències 1K-2
6. 4.7K resistències-2
7. 2.2K resistències-2
8. Resistència variable 2K (predefinida) -2
9. Condensador ceràmic 0.1uF-1
10. Condensador ceràmic 0.01uF-1
11. Capçalera masculina de 5 pins
12. Veroboard o perfboard
13. Pistola de cola calenta
14. Equips de soldadura

Pas 1: teoria: explicació de la generació de senyals per a SPWM

Per generar els senyals SPWM sense microcontrolador, necessitem dues ones triangulars de freqüències diferents (però preferiblement una hauria de ser la múltiple de l’altra). Quan aquestes dues ones triangulars es comparen entre si mitjançant un CI de comparació com LM358, obtenim el senyal SPWM requerit. El comparador dóna un senyal elevat quan el senyal del terminal no inversor de l’OmpAmp és superior al del senyal del terminal inversor. Així, quan l’ona triangular d’alta freqüència s’alimenta al pin no inversor i s’alimenta l’ona triangular de baixa freqüència. al pin d'inversió del comparador, obtenim múltiples casos en què el senyal del terminal que no inverteix canvia d'amplitud diverses vegades abans que el senyal del terminal inversor. Això permet una condició en què la sortida OpAmp és un tren de polsos el cicle de treball del qual es regeix per la manera com les dues ones interactuen.

Pas 2: Diagrama de circuits: explicació i teoria

Aquest és el diagrama de circuits de tot el projecte SPWM format per dos generadors de formes d'ona i un comparador.

Es pot crear una ona triangular utilitzant 2 amplificadors operatius i, per tant, es requeriran un total de 4 OpApms per a les dues ones. Amb aquest propòsit he utilitzat el paquet OpAmp quad LM324.

Vegem com es generen realment les ones triangulars.

Inicialment, el primer OpAmp actua com un integrador el pin no inversor del qual està lligat a un potencial de (Vcc / 2) o a la meitat de la tensió d’alimentació mitjançant una xarxa divisora de tensió de 2 resistències de 10kiloOhm. Estic fent servir 5 V com a subministrament, de manera que el pin no inversor té un potencial de 2,5 volts. Una connexió virtual del pin inversor i no inversor també ens permet assumir el potencial de 2,5 v en el pin inversor que carrega lentament el condensador. Tan bon punt el condensador es carrega al 75% de la tensió d’alimentació, la sortida de l’altre amplificador operacional que es configura com a comparador canvia de baixa a alta. Al seu torn, això comença a descarregar el condensador (o es desintegra) i tan bon punt la tensió del condensador cau per sota del 25% de la tensió d’alimentació, la sortida del comparador es torna a reduir, cosa que torna a carregar el condensador. Aquest cicle torna a començar i tenim un tren d’ones triangulars. La freqüència de l’ona triangular està determinada pel valor de les resistències i condensadors utilitzats. Podeu consultar la imatge en aquest pas per obtenir la fórmula per al càlcul de freqüència.

D’acord, doncs, la part de la teoria està acabada. Anem a construir!

Pas 3: Recopilació de totes les parts necessàries

Les imatges mostren totes les parts necessàries per fer el mòdul SPWM. He muntat els CI a la base IC corresponent perquè es puguin substituir fàcilment si cal. També podeu afegir un condensador de 0,01 uF a la sortida de les ones triangulars i SPWM per tal d’evitar qualsevol fluctuació del senyal i mantenir el patró SPWM estable.

Vaig retallar la peça de veroboard necessària per tal d’ajustar correctament els components.

Pas 4: realització del circuit de prova

Ara, abans de començar a soldar les peces, és necessari que ens assegurem que el nostre circuit funcioni com vulgui i, per tant, és essencial provar el nostre circuit a la placa de base i fer canvis si cal. La imatge superior mostra el prototip del meu circuit a la taula de suport.

Pas 5: observació dels senyals de sortida

Per assegurar-nos que la nostra forma d'ona de sortida sigui correcta, es fa imprescindible utilitzar un oscil·loscopi per visualitzar les dades. Com que no tinc cap DSO professional ni cap tipus d’oscil·loscopi, em vaig aconseguir aquest oscil·loscopi barat DSO138 de Banggood. Funciona bé per a l'anàlisi de senyals de baixa a mitjana freqüència. Per a aplicacions externes, generarem ones triangulars de freqüències 1KHz i 10KHz que es poden visualitzar fàcilment en aquest àmbit. Per descomptat, podeu obtenir informació molt més fiable de senyals en un oscil·loscopi professional, però per a una anàlisi ràpida, aquest model funciona molt bé.

Pas 6: Observació dels senyals triangulars

Les imatges anteriors mostren les dues ones triangulars generades a partir dels dos circuits de generació de senyals.

Pas 7: observació del senyal SPWM

Després de generar i observar amb èxit les ones triangulars, ara fem un cop d'ull a la forma d'ona SPWM que es genera a la sortida del comparador. L’ajust de la base d’empat de l’abast en conseqüència ens permet analitzar correctament els senyals.

Pas 8: soldar peces al perfboard

Ara que hem provat i provat el nostre circuit, finalment comencem a soldar els components al veroboard per fer-lo més permanent. Soldem la base IC juntament amb les resistències, condensadors i resistències variables segons l'esquema. És important que la col·locació dels components sigui tal que haguem d’utilitzar cables mínims i la majoria de connexions es poden fer mitjançant traces de soldadura.

Pas 9: finalització del procés de soldadura

Després d'aproximadament 1 hora de soldar, vaig estar complet amb totes les connexions i així és el que finalment sembla el mòdul. És bastant petit i compacte.

Pas 10: afegir cola calenta per evitar pantalons curts

Per tal de minimitzar els pantalons curts o els contactes metàl·lics accidentals al costat de la soldadura, vaig decidir protegir-lo amb una capa de cola calenta. Manté les connexions intactes i aïllades de contactes accidentals. Fins i tot es pot utilitzar cinta aïllant per fer el mateix.

Pas 11: fixació del mòdul

La imatge anterior mostra el pinout del mòdul que he creat. Tinc un total de 5 pins de capçalera masculins, dels quals dos són per a alimentació (Vcc i Gnd), un pin és observar l’ona triangular ràpida, l’altre pin és observar l’ona triangular lenta i, finalment, l’últim pin és el SPWM sortida. Els passadors d'ona triangulars són importants si volem afinar la freqüència de l'ona.

Pas 12: Ajustar la freqüència dels senyals

Els potenciòmetres s’utilitzen per afinar la freqüència de cada senyal d’ona triangular. Això es deu al fet que no tots els components són ideals i, per tant, el valor teòric i pràctic pot variar. Això es pot compensar ajustant els valors predefinits i mirant la sortida de l'oscil·loscopi.

Pas 13: fitxer esquemàtic

He adjuntat el disseny esquemàtic d’aquest projecte. No dubteu a modificar-lo segons les vostres necessitats.

Espero que us agradi aquest tutorial.

Comparteix els teus comentaris, suggeriments i preguntes als comentaris següents.

Fins la pròxima vegada:)