SPWM-Generatormodul (ohne Mikrocontroller) - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:17

Hallo an alle, willkommen zu meinem instructable! Ich hoffe es geht euch allen super. Vor kurzem interessierte ich mich für das Experimentieren mit PWM-Signalen und stieß auf das Konzept der SPWM (oder Sinusoidal Pulse Width Modulation), bei dem das Tastverhältnis einer Impulsfolge durch eine Sinuswelle moduliert wird. Ich bin auf einige Ergebnisse gestoßen, bei denen solche SPWM-Signale leicht mit einem Mikrocontroller erstellt werden können, bei dem das Tastverhältnis mithilfe einer Nachschlagetabelle generiert wird, die die erforderlichen Werte zur Implementierung der Sinuswelle enthält.

Ich wollte ein solches SPWM-Signal ohne Mikrocontroller erzeugen und habe daher Operationsverstärker als Herzstück des Systems verwendet.

Lass uns anfangen!

Lieferungen

1. LM324 Quad-OpAmp-IC
2. LM358 Dual-Komparator-IC
3. 14-poliger IC-Sockel/-Sockel
4. 10K Widerstände-2
5. 1K Widerstände-2
6. 4.7K Widerstände-2
7. 2.2K Widerstände-2
8. 2K variabler Widerstand (voreingestellt)-2
9. 0,1uF Keramikkondensator-1
10. 0,01uF Keramikkondensator-1
11. 5-polige Stiftleiste
12. Veroboard oder Perfboard
13. Heißklebepistole
14. Lötgeräte

Schritt 1: Theorie: Erklärung der Signalerzeugung für SPWM

Um die SPWM-Signale ohne Mikrocontroller zu erzeugen, benötigen wir zwei Dreieckswellen unterschiedlicher Frequenz (aber vorzugsweise sollte eine das Vielfache der anderen sein). Wenn diese beiden Dreieckswellen mit einem Komparator-IC wie LM358 miteinander verglichen werden, erhalten wir unser erforderliches SPWM-Signal. Der Komparator gibt ein hohes Signal, wenn das Signal am nicht invertierenden Anschluss des OpAmp größer ist als das Signal am invertierenden Anschluss. Wenn also eine hochfrequente Dreieckswelle am nicht invertierenden Pin und die niederfrequente Dreieckswelle eingespeist wird in den invertierenden Pin des Komparators, erhalten wir mehrere Fälle, in denen das Signal am nicht invertierenden Anschluss die Amplitude mehrmals vor dem Signal am invertierenden Anschluss ändert. Dies ermöglicht eine Bedingung, bei der der OpAmp-Ausgang eine Impulsfolge ist, deren Tastverhältnis durch die Wechselwirkung der beiden Wellen bestimmt wird.

Schritt 2: Schaltplan: Erklärung und Theorie

Dies ist der Schaltplan des gesamten SPWM-Projekts, bestehend aus zwei Wellenformgeneratoren und einem Komparator.

Mit 2 Operationsverstärkern kann eine Dreieckswelle erzeugt werden und somit werden insgesamt 4 OpApms für die beiden Wellen benötigt. Zu diesem Zweck habe ich das LM324 Quad-OpAmp-Paket verwendet.

Sehen wir uns an, wie die Dreieckswellen tatsächlich erzeugt werden.

Anfänglich fungiert der erste OpAmp als Integrator, dessen nicht invertierender Pin mit einem Spannungsteilernetzwerk aus 2 10-KiloOhm-Widerständen mit einem Potenzial von (Vcc/2) oder der halben Versorgungsspannung verbunden ist. Ich verwende 5V als Versorgung, so dass der nicht invertierende Pin ein Potenzial von 2,5 Volt hat. Eine virtuelle Verbindung des invertierenden und nicht invertierenden Pins ermöglicht es uns auch, das 2,5-V-Potential am invertierenden Pin anzunehmen, das den Kondensator langsam auflädt. Sobald der Kondensator auf 75 Prozent der Versorgungsspannung aufgeladen ist, wechselt der Ausgang des anderen als Komparator ausgebildeten Operationsverstärkers von Low auf High. Dies wiederum beginnt, den Kondensator zu entladen (oder desintegriert) und sobald die Spannung am Kondensator unter 25 Prozent der Versorgungsspannung fällt, wird der Ausgang des Komparators wieder auf Low gezogen, wodurch der Kondensator wieder aufgeladen wird. Dieser Zyklus beginnt von neuem und wir haben einen dreieckigen Wellenzug. Die Frequenz der Dreieckwelle wird durch den Wert der verwendeten Widerstände und Kondensatoren bestimmt. Sie können sich in diesem Schritt auf das Bild beziehen, um die Formel für die Frequenzberechnung zu erhalten.

Okay, der Theorieteil ist fertig. Lass uns bauen!

Schritt 3: Sammeln aller erforderlichen Teile

Die Bilder zeigen alle Teile, die für die Herstellung des SPWM-Moduls erforderlich sind. Die ICs habe ich auf dem jeweiligen IC-Sockel montiert, damit sie bei Bedarf einfach ausgetauscht werden können. Sie können auch einen 0,01uF-Kondensator am Ausgang der Dreiecks- und SPWM-Wellen hinzufügen, um Signalschwankungen zu vermeiden und das SPWM-Muster stabil zu halten.

Ich schneide das erforderliche Stück Veroboard aus, um die Komponenten richtig zu passen.

Schritt 4: Herstellen der Testschaltung

Bevor wir nun mit dem Löten der Teile beginnen, müssen wir sicherstellen, dass unsere Schaltung wie gewünscht funktioniert und daher ist es wichtig, dass wir unsere Schaltung auf dem Steckbrett testen und gegebenenfalls Änderungen vornehmen. Das obige Bild zeigt den Prototyp meiner Schaltung auf dem Steckbrett.

Schritt 5: Beobachten der Ausgangssignale

Um sicherzustellen, dass unsere Ausgangswellenform korrekt ist, ist es wichtig, ein Oszilloskop zu verwenden, um die Daten zu visualisieren. Da ich kein professionelles DSO oder irgendeine Art von Oszilloskop besitze, habe ich mir dieses günstige Oszilloskop- DSO138 von Banggood geholt. Es funktioniert gut für die Analyse von Signalen mit niedriger bis mittlerer Frequenz. Für unsere Anwendung werden wir Dreieckswellen der Frequenzen 1KHz und 10KHz erzeugen, die auf diesem Oszilloskop leicht visualisiert werden können. Natürlich können Sie auf einem professionellen Oszilloskop viel zuverlässigere Informationen über Signale erhalten, aber für eine schnelle Analyse funktioniert dieses Modell einwandfrei!

Schritt 6: Beobachten der Dreieckssignale

Die obigen Bilder zeigen die zwei Dreieckswellen, die von den beiden Signalerzeugungsschaltungen erzeugt werden.

Schritt 7: Beobachten des SPWM-Signals

Nach erfolgreicher Generierung und Beobachtung der Dreieckswellen schauen wir uns nun die SPWM-Wellenform an, die am Komparatorausgang erzeugt wird. Durch die entsprechende Anpassung der Tie-Base des Oszilloskops können wir die Signale richtig analysieren.

Schritt 8: Löten von Teilen auf das Perfboard

Nachdem wir unsere Schaltung getestet und getestet haben, beginnen wir endlich, die Komponenten auf das Veroboard zu löten, um es dauerhafter zu machen. Wir verlöten den IC-Sockel zusammen mit den Widerständen, Kondensatoren und variablen Widerständen gemäß dem Schaltplan. Es ist wichtig, dass die Platzierung der Komponenten so ist, dass wir nur wenige Drähte verwenden müssen und die meisten Verbindungen durch Lötspuren hergestellt werden können.

Schritt 9: Beenden des Lötprozesses

Nach ca. 1 Stunde Löten war ich mit allen Anschlüssen fertig und so sieht das Modul endlich aus. Es ist recht klein und kompakt.

Schritt 10: Hinzufügen von Heißkleber, um Kurzschlüsse zu vermeiden

Um Kurzschlüsse, Kurzschlüsse oder versehentlichen metallischen Kontakt an der Lötseite zu minimieren, habe ich mich entschieden, sie mit einer Schicht Heißkleber zu schützen. Es hält die Verbindungen intakt und isoliert vor versehentlichem Kontakt. Man kann sogar Isolierband verwenden, um dasselbe zu tun.

Schritt 11: Pinbelegung des Moduls

Das obige Bild zeigt die Pinbelegung des Moduls, das ich gemacht habe. Ich habe insgesamt 5 Stiftleisten, von denen zwei für die Stromversorgung (Vcc und Gnd) sind, ein Pin dient zur Beobachtung der schnellen Dreieckswelle, der andere Pin zur Beobachtung der langsamen Dreieckswelle und schließlich ist der letzte Pin der SPWM Ausgang. Die dreieckigen Wellenstifte sind wichtig, wenn wir die Frequenz der Welle feinabstimmen möchten.

Schritt 12: Anpassen der Frequenz der Signale

Die Potentiometer werden verwendet, um die Frequenz jedes Dreieckwellensignals fein abzustimmen. Dies liegt daran, dass nicht alle Komponenten ideal sind und somit der theoretische und der praktische Wert unterschiedlich sein können. Dies kann durch Anpassen der Voreinstellungen und entsprechender Betrachtung des Oszilloskopausgangs kompensiert werden.

Schritt 13: Schemadatei

Ich habe das schematische Layout für dieses Projekt beigefügt. Fühlen Sie sich frei, es nach Ihren Bedürfnissen zu ändern.

Ich hoffe, Sie mögen dieses Tutorial.

Bitte teilen Sie Ihre Rückmeldungen, Vorschläge und Fragen in den Kommentaren unten.

Bis zum nächsten Mal:)