Tabla de contenido:
- Suministros
- Paso 1: Teoría: Explicación de la generación de señales para SPWM
- Paso 2: Diagrama de circuito: explicación y teoría
- Paso 3: reunir todas las piezas necesarias
- Paso 4: Hacer el circuito de prueba
- Paso 5: Observación de las señales de salida
- Paso 6: Observación de las señales triangulares
- Paso 7: Observación de la señal SPWM
- Paso 8: Soldar piezas en la placa perfilada
- Paso 9: finalización del proceso de soldadura
- Paso 10: agregar pegamento caliente para evitar pantalones cortos
- Paso 11: Pin-out del módulo
- Paso 12: Ajuste de la frecuencia de las señales
- Paso 13: archivo esquemático
- Paso 14: Video tutorial
Video: Módulo generador SPWM (sin usar microcontrolador): 14 pasos
2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:41
Hola a todos, bienvenidos a mi instructable! Espero que todos estén bien. Recientemente, me interesé en experimentar con señales PWM y encontré el concepto de SPWM (o modulación de ancho de pulso sinusoidal) donde el ciclo de trabajo de un tren de pulsos está siendo modulado por una onda sinusoidal. Encontré algunos resultados en los que este tipo de señales SPWM se pueden crear fácilmente utilizando un microcontrolador donde el ciclo de trabajo se genera mediante el uso de una tabla de búsqueda que contiene los valores necesarios para implementar la onda sinusoidal.
Quería generar dicha señal SPWM sin microcontrolador y, por lo tanto, usé amplificadores operacionales como el corazón del sistema.
¡Empecemos!
Suministros
- Circuito integrado de amplificador operacional cuádruple LM324
- IC de doble comparador LM358
- Base / zócalo IC de 14 pines
- 10K resistencias-2
- 1K resistencias-2
- 4.7K resistencias-2
- 2.2K resistencias-2
- Resistencia variable 2K (preestablecida) -2
- Condensador cerámico 0.1uF-1
- Condensador cerámico 0.01uF-1
- Conector macho de 5 pines
- Veroboard o perfboard
- Pistola de silicona
- Equipos de soldadura
Paso 1: Teoría: Explicación de la generación de señales para SPWM
Para generar las señales SPWM sin un microcontrolador, necesitamos dos ondas triangulares de diferentes frecuencias (pero preferiblemente una debe ser múltiplo de la otra). Cuando estas dos ondas triangulares se comparan entre sí utilizando un IC comparador como LM358, obtenemos nuestra señal SPWM requerida. El comparador emite una señal alta cuando la señal en el terminal no inversor del OpAmp es mayor que la de la señal en el terminal inversor, por lo que cuando la onda triangular de alta frecuencia se alimenta en el pin no inversor y la onda triangular de baja frecuencia se alimenta en el pin inversor del comparador, obtenemos varios casos en los que la señal en el terminal no inversor cambia de amplitud varias veces antes que la señal en el terminal inversor. Esto permite una condición en la que la salida de OpAmp es un tren de pulsos cuyo ciclo de trabajo se rige por la forma en que interactúan las dos ondas.
Paso 2: Diagrama de circuito: explicación y teoría
Este es el diagrama de circuito de todo el proyecto SPWM que consta de dos generadores de forma de onda y un comparador.
Se puede crear una onda triangular utilizando 2 amplificadores operacionales y, por lo tanto, se necesitarán un total de 4 OpApms para las dos ondas. Para este propósito, he utilizado el paquete OpAmp cuádruple LM324.
Veamos cómo se generan realmente las ondas triangulares.
Inicialmente, el primer OpAmp actúa como un integrador cuyo pin no inversor está vinculado a un potencial de (Vcc / 2) o la mitad del voltaje de suministro utilizando una red divisoria de voltaje de 2 resistencias de 10kiloOhm. Estoy usando 5 V como suministro, por lo que el pin no inversor tiene un potencial de 2,5 voltios. Una conexión virtual del pin inversor y no inversor también nos permite asumir el potencial de 2.5v en el pin inversor que carga lentamente el condensador. Tan pronto como el capacitor se carga al 75 por ciento del voltaje de suministro, la salida del otro amplificador operacional que está configurado como comparador cambia de bajo a alto. Esto a su vez comienza a descargar el capacitor (o se desintegra) y tan pronto como el voltaje a través del capacitor cae por debajo del 25 por ciento del voltaje de suministro, la salida del comparador se baja nuevamente, lo que nuevamente comienza a cargar el capacitor. Este ciclo comienza de nuevo y tenemos un tren de ondas triangular. La frecuencia de la onda triangular está determinada por el valor de las resistencias y condensadores utilizados. Puede consultar la imagen en este paso para obtener la fórmula para el cálculo de frecuencia.
De acuerdo, la parte de la teoría está terminada. ¡Vamos a construir!
Paso 3: reunir todas las piezas necesarias
Las imágenes muestran todas las partes necesarias para hacer el módulo SPWM. He montado los circuitos integrados en la base de circuito integrado correspondiente para que puedan reemplazarse fácilmente si es necesario. También puede agregar un capacitor de 0.01uF a la salida de las ondas triangular y SPWM para evitar cualquier fluctuación de señal y mantener estable el patrón SPWM.
Corté la pieza necesaria de veroboard para que los componentes se ajustaran correctamente.
Paso 4: Hacer el circuito de prueba
Ahora, antes de comenzar a soldar las piezas, es necesario que nos aseguremos de que nuestro circuito funcione como se desea y, por lo tanto, es esencial que probemos nuestro circuito en la placa de pruebas y hagamos cambios si es necesario. La imagen de arriba muestra el prototipo de mi circuito en la placa de pruebas.
Paso 5: Observación de las señales de salida
Para asegurarse de que nuestra forma de onda de salida sea correcta, es esencial utilizar un osciloscopio para visualizar los datos. Como no tengo un DSO profesional ni ningún tipo de osciloscopio, me compré este osciloscopio barato: DSO138 de Banggood. Funciona bien para el análisis de señales de frecuencia baja a media. Para nuestra aplicación estaremos generando ondas triangulares de frecuencias de 1KHz y 10KHz que se pueden visualizar fácilmente en este osciloscopio. Por supuesto, puede obtener información de señales mucho más confiable en un osciloscopio profesional, pero para un análisis rápido, ¡este modelo funciona bien!
Paso 6: Observación de las señales triangulares
Las imágenes de arriba muestran las dos ondas triangulares generadas a partir de los dos circuitos de generación de señales.
Paso 7: Observación de la señal SPWM
Después de generar y observar con éxito las ondas triangulares, ahora echamos un vistazo a la forma de onda SPWM que se genera en la salida del comparador. Ajustar la base de enlace del osciloscopio en consecuencia nos permite analizar correctamente las señales.
Paso 8: Soldar piezas en la placa perfilada
Ahora que hemos probado y probado nuestro circuito, finalmente comenzamos a soldar los componentes en el veroboard para hacerlo más permanente. Soldamos la base del IC junto con las resistencias, condensadores y resistencias variables según el esquema. Es importante que la ubicación de los componentes sea tal que tengamos que usar un mínimo de cables y la mayoría de las conexiones se puedan realizar mediante trazas de soldadura.
Paso 9: finalización del proceso de soldadura
Después de aproximadamente 1 hora de soldar, terminé con todas las conexiones y así es como finalmente se ve el módulo. Es bastante pequeño y compacto.
Paso 10: agregar pegamento caliente para evitar pantalones cortos
Para minimizar cualquier cortocircuito, cortocircuito o contacto metálico accidental en el lado de la soldadura, decidí protegerlo con una capa de pegamento caliente. Mantiene las conexiones intactas y aisladas de contactos accidentales. Incluso se puede usar cinta aislante para hacer lo mismo.
Paso 11: Pin-out del módulo
La imagen de arriba muestra el pinout del módulo que hice. Tengo un total de 5 pines de encabezado macho de los cuales dos son para fuente de alimentación (Vcc y Gnd), un pin es para observar la onda triangular rápida, el otro pin es para observar la onda triangular lenta y finalmente el último pin es el SPWM producción. Los pines de onda triangular son importantes si queremos ajustar la frecuencia de la onda.
Paso 12: Ajuste de la frecuencia de las señales
Los potenciómetros se utilizan para ajustar la frecuencia de cada señal de onda triangular. Esto se debe al hecho de que no todos los componentes son ideales y, por lo tanto, el valor teórico y práctico pueden diferir. Esto se puede compensar ajustando los preajustes y mirando correspondientemente la salida del osciloscopio.
Paso 13: archivo esquemático
He adjuntado el diseño esquemático de este proyecto. Siéntase libre de modificarlo según sus necesidades.
Espero que les guste este tutorial.
Comparta sus comentarios, sugerencias y preguntas en los comentarios a continuación.
Hasta la proxima vez:)
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