Module générateur SPWM (sans utiliser de microcontrôleur) : 14 étapes

2025 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2025-01-13 06:57

Bonjour à tous, bienvenue sur mon instructable ! J'espère que vous allez tous bien. Récemment, je me suis intéressé à expérimenter les signaux PWM et suis tombé sur le concept de SPWM (ou Sinusoidal Pulse Width Modulation) où le rapport cyclique d'un train d'impulsions est modulé par une onde sinusoïdale. Je suis tombé sur quelques résultats où ce type de signaux SPWM peut facilement être créé à l'aide d'un microcontrôleur où le cycle de service est généré à l'aide d'une table de recherche contenant les valeurs nécessaires pour implémenter l'onde sinusoïdale.

Je voulais générer un tel signal SPWM sans microcontrôleur et j'ai donc utilisé des amplificateurs opérationnels comme cœur du système.

Commençons!

Fournitures

1. Circuit intégré LM324 Quad OpAmp
2. LM358 double comparateur IC
3. Base/prise IC 14 broches
4. Résistances 10K-2
5. Résistances 1K-2
6. 4.7K résistances-2
7. 2.2K résistances-2
8. Résistance variable 2K (préréglé)-2
9. Condensateur céramique 0.1uF-1
10. Condensateur céramique 0.01uF-1
11. Embase mâle à 5 broches
12. Veroboard ou perfboard
13. Pistolet à colle chaude
14. Équipements de soudure

Étape 1: Théorie: Explication de la génération de signaux pour SPWM

Pour générer les signaux SPWM sans microcontrôleur, nous avons besoin de deux ondes triangulaires de fréquences différentes (mais de préférence l'une devrait être le multiple de l'autre). Lorsque ces deux ondes triangulaires sont comparées l'une à l'autre à l'aide d'un comparateur IC tel que LM358, nous obtenons le signal SPWM requis. Le comparateur donne un signal élevé lorsque le signal à la borne non inverseuse de l'amplificateur opérationnel est supérieur à celui du signal à la borne inverseuse. Ainsi, lorsque l'onde triangulaire haute fréquence est alimentée à la broche non inverseuse et que l'onde triangulaire basse fréquence est alimentée dans la broche inverseuse du comparateur, nous obtenons plusieurs cas où le signal à la borne non inverseuse change d'amplitude plusieurs fois avant le signal à la borne inverseuse. Cela permet une condition où la sortie OpAmp est un train d'impulsions dont le cycle de service est régi par la façon dont les deux ondes interagissent.

Étape 2: Schéma de circuit: explication et théorie

Il s'agit du schéma de circuit de l'ensemble du projet SPWM composé de deux générateurs de formes d'onde et d'un comparateur.

Une onde triangulaire peut être créée à l'aide de 2 amplificateurs opérationnels et donc un total de 4 OpApms sera nécessaire pour les deux ondes. Pour ce faire, j'ai utilisé le package LM324 quad OpAmp.

Voyons comment les ondes triangulaires sont réellement générées.

Initialement, le premier OpAmp agit comme un intégrateur dont la broche non inverseuse est liée à un potentiel de (Vcc/2) ou la moitié de la tension d'alimentation à l'aide d'un réseau diviseur de tension de 2 résistances de 10 kiloOhm. J'utilise 5V comme alimentation, donc la broche non inverseuse a un potentiel de 2,5 volts. Une connexion virtuelle de la broche inverseuse et non inverseuse nous permet également d'assumer le potentiel de 2,5 V à la broche inverseuse qui charge lentement le condensateur. Dès que le condensateur est chargé à 75 % de la tension d'alimentation, la sortie de l'autre amplificateur opérationnel qui est configuré comme un comparateur passe de bas à haut. Cela commence à son tour à décharger le condensateur (ou se désintègre) et dès que la tension aux bornes du condensateur tombe en dessous de 25 % de la tension d'alimentation, la sortie du comparateur est à nouveau tirée vers le bas, ce qui recommence à charger le condensateur. Ce cycle recommence et nous avons un train d'ondes triangulaire. La fréquence de l'onde triangulaire est déterminée par la valeur des résistances et des condensateurs utilisés. Vous pouvez vous référer à l'image de cette étape pour obtenir la formule de calcul de la fréquence.

Bon, la partie théorique est terminée. Commençons à construire !

Étape 3: Rassembler toutes les pièces requises

Les images montrent toutes les pièces nécessaires à la fabrication du module SPWM. J'ai monté les circuits intégrés sur la base de circuits intégrés respective afin qu'ils puissent être facilement remplacés si nécessaire. Vous pouvez également ajouter un condensateur de 0,01 uF à la sortie des ondes triangulaires et SPWM afin d'éviter toute fluctuation du signal et de maintenir le modèle SPWM stable.

J'ai découpé le morceau de veroboard requis afin d'adapter correctement les composants.

Étape 4: Réalisation du circuit de test

Maintenant, avant de commencer à souder les pièces, il est nécessaire de s'assurer que notre circuit fonctionne comme souhaité et il est donc essentiel de tester notre circuit sur une maquette et d'apporter des modifications si nécessaire. L'image ci-dessus montre le prototype de mon circuit sur maquette.

Étape 5: Observation des signaux de sortie

Pour s'assurer que notre forme d'onde de sortie est correcte, il devient essentiel d'utiliser un oscilloscope pour visualiser les données. Comme je ne possède pas de DSO professionnel ni aucun type d'oscilloscope, je me suis procuré cet oscilloscope bon marché - DSO138 de Banggood. Cela fonctionne très bien pour l'analyse de signaux de fréquence basse à moyenne. Pour notre application, nous allons générer des ondes triangulaires de fréquences 1KHz et 10KHz qui peuvent être facilement visualisées sur cet oscilloscope. Bien sûr, vous pouvez obtenir des informations de signaux beaucoup plus fiables sur un oscilloscope professionnel, mais pour une analyse rapide, ce modèle fonctionne très bien !

Étape 6: Observation des signaux triangulaires

Les images ci-dessus montrent les deux ondes triangulaires générées par les deux circuits de génération de signaux.

Étape 7: Observation du signal SPWM

Après avoir réussi à générer et à observer les ondes triangulaires, nous examinons maintenant la forme d'onde SPWM générée à la sortie du comparateur. Le réglage de la base de cravate de la lunette nous permet d'analyser correctement les signaux.

Étape 8: Souder des pièces sur le Perfboard

Maintenant que nous avons essayé et testé notre circuit, nous commençons enfin à souder les composants sur le veroboard pour le rendre plus permanent. Nous soudons la base IC avec les résistances, les condensateurs et les résistances variables selon le schéma. Il est important que le placement des composants soit tel que nous devions utiliser un minimum de fils et que la plupart des connexions puissent être réalisées par des traces de soudure.

Étape 9: Terminer le processus de soudure

Après environ 1 heure de soudure, j'avais terminé toutes les connexions et voici à quoi ressemble le module. Il est assez petit et compact.

Étape 10: Ajout de colle chaude pour éviter les shorts

Afin de minimiser tout court-circuit, tout court-circuit ou tout contact métallique accidentel du côté de la soudure, j'ai décidé de le protéger avec une couche de colle chaude. Il maintient les connexions intactes et isolées des contacts accidentels. On peut même utiliser du ruban isolant pour faire de même.

Étape 11: Brochage du module

L'image ci-dessus montre le brochage du module que j'ai fait. J'ai un total de 5 broches mâles dont deux pour l'alimentation (Vcc et Gnd), une broche sert à observer l'onde triangulaire rapide, l'autre broche sert à observer l'onde triangulaire lente et enfin la dernière broche est le SPWM sortir. Les broches d'onde triangulaires sont importantes si nous voulons affiner la fréquence de l'onde.

Étape 12: Ajuster la fréquence des signaux

Les potentiomètres sont utilisés pour affiner la fréquence de chaque signal d'onde triangulaire. Cela est dû au fait que tous les composants ne sont pas idéaux et que la valeur théorique et pratique peut donc différer. Cela peut être compensé en ajustant les préréglages et en regardant en conséquence la sortie de l'oscilloscope.

Étape 13: Fichier schématique

J'ai joint la mise en page schématique pour ce projet. N'hésitez pas à le modifier selon vos besoins.

J'espère que ce tutoriel vous plaira.

Veuillez partager vos commentaires, suggestions et questions dans les commentaires ci-dessous.

Jusqu'à la prochaine fois:)