Microcontrolerul permite controlul digital în SMPS Power Electronics
În timp ce DSP-urile sunt principalele controlere în sursele de alimentare neîntreruptibile (UPS) cu corecție factor de putere (PFC), generarea de curent alternativ și gestionarea bateriei,
În timp ce DSP-urile sunt principalele controlere în sursele de alimentare neîntreruptibile (UPS) cu corecție factor de putere (PFC), generarea de curent alternativ și gestionarea bateriei, microcontrolerele servesc funcții secundare pentru caracteristici de stare și comandă în convertoarele DC-DC controlate analog. Rolul controlului digital în sursele de alimentare continuă să crească pe măsură ce performanța semiconductoarelor crește și prețurile scad, astfel încât mai multe convertoare devin digitale pentru funcțiile lor de control primare. Cu toate acestea, tranziția este lentă. În plus față de constrângerile tehnologice și de preț, este dificil să fuzionezi mai multe discipline într-un domeniu stabilit.
Un obstacol inerent care împiedică creșterea conversiei puterii digitale este faptul că proiectanții digitali și analogici tind să vorbească diferite limbi. Având în vedere că digitalul preia lumea noastră analogică, inginerii trebuie să învețe să lucreze împreună eficient. Integrarea perfectă a disciplinelor este benefică pentru toți cei implicați, deoarece tehnologiile emergente creează oportunități valoroase pe o piață extrem de competitivă. Acest articol se concentrează pe fuzionarea tehnologiilor digitale și analogice în aplicațiile de conversie a puterii și evitarea problemelor pe parcurs. Sunt prezentate exemple de design specifice pentru a ilustra liniile directoare pentru un control digital robust al puterii.
Dezvoltare convertor
Circuitul în FIG. 1 este un convertor digital de putere de 12 V/5-A ușor de construit și care folosește lista de piese prezentată în tabelul 1. Are un număr minim de piese robuste, cu interfețe simple. Componentele sunt disponibile în pachete orificiale pentru dezvoltarea prototipului și sunt ușor disponibile de la distribuitori la prețuri rezonabile. Etapa de putere include FET-uri laterale și laterale joase cu un driver de poartă care reduc emisiile EMI prin scurtarea căilor de conducere, cu condiția să fie plasată suficientă capacitate de stocare a încărcăturii în apropierea pinilor de putere și de masă cu conductori grei. Circuitele de protecție din cadrul dispozitivului de alimentare evită împușcăturile, subtensiunea, supra-temperatura (limitarea curentului este foarte de dorit, dar nu este inclusă).
Microcontrolerul integrează convertizoare analog-digitale (ADC) și modulator de lățime a impulsurilor (PWM) pentru controlul puterii, în plus față de unitatea centrală tipică de procesare (CPU) și memoria găsită în alte procesoare. De asemenea, conține un oscilator intern, cronometru câine de pază, resetare brownout și diode de protecție pentru a opera în medii dificile. Integrarea oscilatorului sensibil reduce sensibilitatea EMI, în timp ce celelalte funcții permit recuperarea după o perturbare.
| 1 | 1 | U1 | LM78L05ACZ | Regulator liniar 5-V | National Semi | 0,26 |
| 2 | 1 | U2 | PIC16F818-I/P | Microcontroler | Microcip | 1,72 |
| 3 | 1 | U3 | TDA21201-P7 | Comutator integrat | Infineon | 2,71 |
| 4 | 1 | D1 | 1N5232B | Diodă Zener 5.6-V | Diodes Inc. | 0,14 |
| 5 | 1 | L1 | 2317-H | Inductor 270-μH 5,5 A | J.W. Miller | 1,39 |
| 6 | 2 | C1, C2 | K103Z15Y5VF5TL1 | Condensator 0,01-μF | Componentele BC | 0,08 |
| 7 | 1 | C3 | K104Z15Y5VF5TL2 | Condensator 0,1-μF | Componentele BC | 0,08 |
| 8 | 2 | C4, C5 | EEU-FC1V271 | Condensator 270-μF | Panasonic | 0,44 |
| 9 | 2 | R1, R2 | CFR-12JB-3K0 | Rezistor de 3 K 1/8 W | Yageo | 0,02 |
| 10 | 1 | R3 | CFR-12JB-100K | 100 K rezistor 1/8 W | Yageo | 0,02 |
| 11 | 1 | R4 | 77063472 | (3) 4,7 K rezistă nr | CTS | 0,11 |
| * Prețul distribuitorului Digikey pentru cantitatea de 100. | Total | 7.51 | ||||
FIG. 1 demonstrează un circuit practic practic de control digital al puterii și sistemul în FIG. 2 arată capacitățile hardware și software necesare pentru a facilita dezvoltarea. Placa de alimentare are o priză pentru a găzdui o varietate de cipuri de microcontroler, plus circuite de asistență esențiale. Etapa de putere poate fi utilizată ca jumătate sau punte completă și include limitarea curentului, oprirea termică și blocarea subtensiunii. PCB-ul conține un plan împământat împărțit cu o structură strânsă a condensatorilor de stocare a încărcăturii, filtre analogice, diode de protecție, rezistențe cu limită de curent și interfață PC izolată pentru o funcționare robustă în aplicațiile de comutare a puterii.
O componentă importantă în sistemul de dezvoltare este In-Circuit-Debugger (ICD), care poate programa și testa codul în timp real pentru a găsi rapid erorile. Depanatorii încarcă micro resursele într-o mică măsură, dar oferă economii semnificative de costuri față de emulatoare. Compilatoarele de bază sau C tind să fie mai rapide de programat decât limbajul de asamblare. Cu toate acestea, execuția este de obicei mai lentă (mai multe linii de cod), deci este necesară o anumită programare de asamblare a rutinelor cheie.
Dezvoltarea firmware-ului (software care controlează hardware-ul) poate consuma mult timp și frustrant, dar este esențială în definirea performanței și caracteristicilor unice pentru fiecare produs. Circuitul în FIG. 1 poate fi utilizat în nenumărate variante de produs, în funcție de firmware-ul programat în microcontroler. De exemplu, Flextek Electronics a creat o versiune în așteptare a brevetului (partea CLZD010) care satisface o gamă largă de aplicații de putere, termică, mișcare, iluminare și flux prin împământarea pinilor de configurare corespunzători (fără reprogramare) pentru fiecare instalație specifică.
O provocare pentru cei dornici să învețe firmware-ul de control al puterii este că companiile își păstrează codul privat, dar sunt disponibile multe alte resurse. Producătorii de microcontrolere oferă pe site-urile lor web informații detaliate despre aplicații care conțin diagrame, descriere, diagramă și cod sursă. Referința 4 descrie un algoritm simplu de saltare a impulsurilor pentru un convertor DC-DC folosind câteva zeci de linii de cod de asamblare (furnizate) care pot fi executate într-un micro cu 8 pini cu cost redus (PIC12F629).