Лекция 13 - Конспекты (1095382), страница 2
Текст из файла (страница 2)
В ПН всегда было невозможно обойтись без СУ, но пока этисистемы выполнялись традиционно, сложность и набор функций, реализуемыхс их помощью, были ограничены, а требуемые функции СУ от разработки кследующей разработке прогрессировали с умеренной скоростью.Однако в последние два десятилетия положение радикально изменилось.Рост числа выполняемых СУ функций вырос на столько, что традиционныеаналоговые способы построения СУ стали всё чаще и чаще пересматриватьсяразработчиками ИЭП в пользу применения цифровых решений. В этой связи впоследние годы заговорили о так называемых "цифровых" ИЭП.10Электропитание РЭАГлава 7.3Недостатком ИЭП с аналоговой СУ является малая универсальность игибкость, что затрудняет настройку, усложняет логистику и увеличиваетскладские расходы.
Программируемые же решения помогают решить этупроблему. Изменение параметров цифрового ИЭП не требует изменениякомпонентов – достаточно изменить в памяти код программы. Также цифровыеИЭП сложно скопировать, так как интеллектуальная собственность заключенане в топологии платы, а в цифровой части.Таким образом, в настоящее время разработчики импульсных ИЭПуделяют большое внимание внедрению цифровых технологий для управленияпреобразованием напряжения, что позволяет ещё больше увеличить КПД ипроизводительностьИЭП,снизитьколичествокомпонентов,повыситьтехнологичность производства и надёжность.Построение ПН, использующих частично или полностью цифровыеспособы управления регулирующими ключами, обусловлено главным образомразвитием современных микроконтроллеров и процессоров, расширением ихфункциональных возможностей при постоянном снижении стоимости.Приведём основные функции, выполняемые микроконтроллером всовременных цифровых ПН:- устойчивая стабилизация выходного напряжения и тока в заданныхпределах изменения входного напряжения;- генерация повышенной частоты преобразования;- формирование закона управления силовыми ключами: резонансный,ЧИМ, ШИМ;- плавное включение/выключение ИЭП как в штатных, так и внештатных режимах работы;-организациявыполнениявсегокомплексазащитныхмерповозникновению различных аварийных ситуаций как вне, так и внутри самогоИЭП;- возможность дистанционного управления;11Электропитание РЭАГлава 7.3- в ряде случаев – запись и индикация некоторых режимов и параметровработы.Существуют два уровня внедрения цифрового управления в ПН:1.
Микроконтроллер обеспечивает мониторинг входных и выходныхпараметров, улучшая функциональные возможности ПН. Это выполняется спомощью стандартного микроконтроллера со встроенным аналого-цифровымпреобразователем (АЦП). Необходимые замкнутые контуры управления приэтом остаются аналоговыми.
Это смешанная система управления.В смешанных СУ аналоговыми средствами (с помощью ШИМконтроллеров, операционных усилителей, компараторов, источников опорногонапряжения) решаются задачи управления напряжением, током или мощностьюПН, стабилизации этих параметров, выравнивания выходных токов припараллельной работе, выполнения защитных функций. Все остальные задачи,связанные с обработкой сигналов включения/выключения, вычислением изаданием опорных сигналов, формирования требуемого вида выходнойхарактеристики, возлагаются на микроконтроллер.Техническими средствами реализации смешанной СУ могут быть любые8- или 16-разрядные микроконтроллеры (например, серии AVR фирмы"Atmel").Этиустройстваимеютсокращённыйнаборкоманд(RISC-микроконтроллеры), Flash-память и широкий набор периферийных устройств,использующихся при создании ПН (многоканальные АЦП, таймеры, ШИМконтроллеры, различные интерфейсы – UART, CAN, SPI и т.
д.).2. Полностью цифровоевоздействиянауправление, при котором все внешниемикроконтроллерпереводятсявцифровуюформуианализируются для принятия соответствующих решений. Обычно, посколькууправление в замкнутом контуре также является цифровым, на этом уровнетребуется использование цифрового сигнального процессора, имеющего всвоём составе достаточное число АЦП и быстродействующих цифровых ШИМконтроллеров.12Электропитание РЭАГлава 7.3Полностью цифровая СУ подразумевает, что все параметры ПНпереводятся в цифровую форму, затем микроконтроллер производит анализ ипринимает решение для получения требуемых значений вводных параметров иосуществления необходимых защитных функций. Главное, что отличаетполностью цифровую СУ от смешанной СУ, – техническая реализацияконтуров ОС выполняется не аналоговыми средствами, а с помощьюмикроконтроллера.В настоящее время ИМС для реализации цифрового управленияпреобразованиемнапряжениявыпускаютмногиекомпании:"Atmel"(микроконтроллеры серии ATmega и AVR), "Microchip" (контроллерыцифровых сигналов серии dsPIC и серий PIC16-PIC18), "Silicon Laboratories"(цифровые силовые контроллеры Si825x), "Texas Instruments" (ИМС UCD9501)и некоторые другие.Отметимидругиепреимущества,которыепозволяетполучитьприменение микроконтроллеров в ИЭП.Так, например, с помощью микроконтроллера можно проводитьнеобходимые юстировки параметров ПН в процессе его изготовления.
Такаянастройка связана с корректировкой показаний датчиков напряжения, тока илитемпературы и способствует повышению точности, сокращению времени иудешевлениюпроизводства.Юстировкапроизводитсяспомощьюперсонального компьютера, связанного по интерфейсу с микроконтроллеромПН.Кроме того, фактически один и тот же ПН может быть использован дляразличных применений за счёт изменения только встроенного программногообеспечения. Вследствие этого расходуется меньше средств на закупкукомпонентов, требуется меньше затрат на организацию производства.
Крометого, становится в ряде случаев доступна корректировка требований,предъявляемых к ИЭП заказчиком.13Электропитание РЭАГлава 7.3Поскольку современные микроконтроллеры выпускают с EEPROMпамятью, неисправности или предельные условия работы ИЭП могут хранитьсяв журнале событий, а затем к ним можно будет обратиться, получив ценнуюинформацию о работе ИЭП.Для примера рассмотрим ИЭП с микроконтроллером фирмы "Microchip"младших семейств (PIC12, PIC16), который позволяют управлять работойсветодиодов(цифровойLED-драйвер).Первоначальнопрограммамикроконтроллера конфигурирует работу периферийных модулей, которые вдальнейшем работают без вмешательства программы, но, при необходимости,программа может управлять параметрами ИЭП.
Упрощённая функциональнаясхема ИЭП приведена на рисунке 7.108.Рисунок 7.108 – Упрощённая функциональная схема преобразователя сцифровым контуром регулированияК независимой от ядра периферии, помогающей построить ИЭП, относят:- генератор комплементарных сигналов (Complementary Output waveformGenerator – COG);- детектор перехода через ноль (Zero Cross Detect – ZCD);- формирователь корректирующего напряжения (Slope Compensator иRamp Generator);14Электропитание РЭАГлава 7.3- таймер ограничений (Hardware Limit Timer – HLT);- операционный усилитель;- быстрые аналоговые компараторы;- модули конфигурируемой логики (CLC – Configurable Logic cell).Другаяпериферия,такаякакфиксированногонапряженияцифроаналоговыйпреобразовательмикроконтроллерууправлятьпорты(FixedVoltage(ЦАП),ИЭПввода/вывода,сReferenceАЦП,таймеры,минимальнымиисточник–FVR),позволяютпрограммнымииздержками.Основная цель формирователя комплементарных сигналов (COG) – этопреобразование нескольких внешних событий в один ШИМ выход.
МодульCOG использует различные входные, выходные или внутренние события дляформирования импульсного сигнала. Событиями выступают фронт, спад илилогические состояния сигналов. В качестве входных сигналов COG могутвыступать сигналы модулей захвата/сравнения/ШИМ, компараторов, таймеровиливходымикроконтроллера.COGможетформироватьодиночный,пушпульный или комплементарные сигналы с раздельным регулированиеммёртвого, маскирующего времени и фазовых сдвигов.Для выбранной топологии ПН для управления силовым ключом спомощью COG используются сигналы двух компараторов и ограничительныйтаймер HLT.Во время переключения силового ключа возникают помехи, которыемогут привести к ложным срабатываниям компаратора.
Для предотвращенияэтого используется возможность маскирования – невосприимчивость COG ксобытиям в течение заданного времени после переключения состояния.Внутренний генератор микроконтроллера PIC12HV752 работает на частоте8 МГц, что даёт возможность регулировать время бланкирования с шагом в125 нс раздельно для включения и выключения COG.15Электропитание РЭАГлава 7.3Основное назначение таймера ограничений (HLT) – ограничить времяожидания события, что может использоваться в приложениях с асинхроннойаналоговой ОС.
То есть если нет сигнала ОС от компаратора, то HLTограничивает время открытого состояния силового ключа и предотвращаетвыход силовой части из строя. Если же ПН работает в нормальном режиме, тосигнал компаратора появляется раньше срабатывания HLT и меняет состояниемодуля COG.Компараторы используются для связи аналоговой части схемы сцифровой и выдачи сигналов управления для COG, тем самым компараторыслужат для замыкания петли ОС.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
