Мікроконтролер забезпечує цифрове управління в електромережі SMPS Power Electronics
Хоча ЦСП є основними контролерами джерел безперебійного живлення (ДБЖ) з корекцією коефіцієнта потужності (ПФК), генерацією змінного струму та керуванням акумулятором,
Хоча ЦСП є основними контролерами джерел безперебійного живлення (ДБЖ) з корекцією коефіцієнта потужності (ПФК), генерацією змінного струму та управлінням батареєю, мікроконтролери виконують вторинні функції для статусу та командних функцій в аналогово керованих перетворювачах постійного струму. Роль цифрового управління в джерелах живлення продовжує зростати, оскільки продуктивність напівпровідників зростає, а ціни падають, тому все більше перетворювачів стають цифровими для своїх основних функцій управління. Однак перехід відбувається повільно. На додаток до технологічних та цінових обмежень, складним є поєднання кількох дисциплін у визначеній галузі.
Невід’ємною перешкодою, яка перешкоджає зростанню цифрового перетворення енергії, є той факт, що цифрові та аналогові дизайнери, як правило, говорять на різних мовах. Враховуючи, що цифровий технологій переймає наш аналоговий світ, інженери повинні навчитися ефективно працювати разом. Безшовна інтеграція дисциплін вигідна всім, хто бере участь, оскільки нові технології створюють цінні можливості на висококонкурентному ринку. Ця стаття зосереджена на об’єднанні цифрових та аналогових технологій у програмах перетворення енергії та уникненні проблем на цьому шляху. Конкретні приклади дизайну представлені для ілюстрації вказівок щодо надійного цифрового управління потужністю.
Розробка конвертера
Схема в Рис. 1 це 12-V/5-A цифровий перетворювач потужності, який легко побудувати і використовує список деталей, показаний в Таблиця 1. Він має мінімальну кількість надійних деталей з простими інтерфейсами. Компоненти доступні в наскрізних пакетах для розробки прототипів і доступні у дистриб’юторів за розумними цінами. Етап живлення включає в себе транзистори високого та низького рівня з транзистором затвора, що зменшує викиди ЕМІ за рахунок скорочення шляхів провідності, за умови, що достатня ємність накопичувача заряду розміщується поблизу контактів живлення та заземлення з важкими провідниками. Схема захисту в силовому пристрої дозволяє уникнути проникнення, зниження напруги, перегріву (обмеження струму вкрай бажано, але не входить).
Мікроконтролер інтегрує аналого-цифрові перетворювачі (АЦП) та модулятор ширини імпульсу (ШІМ) для управління потужністю, на додаток до типового центрального процесора (ЦП) та пам'яті, що міститься в інших процесорах. Він також містить внутрішній осцилятор, сторожовий таймер, скидання режиму вимкнення та захисні діоди для роботи в жорстких умовах. Інтеграція чутливого генератора зменшує сприйнятливість до ЕМІ, тоді як інші функції дозволяють відновлюватися від збурення.
| 1 | 1 | U1 | LM78L05ACZ | 5-лінійний лінійний регулятор | Національний пів | 0,26 |
| 2 | 1 | U2 | PIC16F818-I/P | Мікроконтролер | Мікрочіп | 1,72 |
| 3 | 1 | U3 | TDA21201-P7 | Вбудований вимикач | Інфінеон | 2.71 |
| 4 | 1 | D1 | 1N5232B | 5,6-во стабілітрона | Diodes Inc. | 0,14 |
| 5 | 1 | L1 | 2317-Н | Індуктор 270 мкГн 5,5 А | Дж. Міллер | 1.39 |
| 6 | 2 | С1, С2 | K103Z15Y5VF5TL1 | Конденсатор 0,01 мкФ | Е. Компоненти | 0,08 |
| 7 | 1 | C3 | K104Z15Y5VF5TL2 | Конденсатор 0,1 мкФ | Е. Компоненти | 0,08 |
| 8 | 2 | С4, С5 | EEU-FC1V271 | Конденсатор 270 мкФ | Panasonic | 0,44 |
| 9 | 2 | R1, R2 | CFR-12JB-3K0 | 3 K резистор 1/8 Вт | Ягео | 0,02 |
| 10 | 1 | R3 | CFR-12JB-100K | 100 К резистор 1/8 Вт | Ягео | 0,02 |
| 11 | 1 | R4 | 77063472 | (3) 4,7 К опір мережі | CTS | 0,11 |
| * Ціна дистриб'ютора Digikey за кількість 100. | Разом | 7,51 | ||||
Рис. 1 демонструє практичну цифрову схему управління потужністю, а систему в Рис.2 показує апаратні та програмні можливості, необхідні для полегшення розробки. Блок живлення має гніздо для розміщення різноманітних мікросхем мікроконтролера плюс необхідні схеми підтримки. Каскад живлення може використовуватися як напів- або повний міст і включає обмеження струму, теплове відключення та блокування низької напруги. Друкована плата містить розділену землю з щільним розташуванням конденсаторів накопичувача заряду, аналогові фільтри, діоди захисту, резистори обмеження струму та ізольований інтерфейс ПК для надійної роботи в додатках імпульсної потужності.
Важливим компонентом системи розробки є In-Circuit-Debugger (ICD), який може програмувати та тестувати код в режимі реального часу для швидкого пошуку помилок. Налагоджувачі незначно навантажують мікроресурси, але пропонують значну економію коштів у порівнянні з емуляторами. Компілятори Basic або C, як правило, швидше програмуються, ніж асемблер. Однак, як правило, виконання відбувається повільніше (більше рядків коду), тому зазвичай потрібно деяке програмування збірки ключових процедур.
Розробка мікропрограмного забезпечення (програмного забезпечення, яке контролює апаратне забезпечення) може зайняти багато часу та засмутити, але має вирішальне значення для визначення продуктивності та особливостей, унікальних для кожного продукту. Схема в Рис. 1 може використовуватися в незліченних варіантах продуктів, залежно від програмного забезпечення, запрограмованого в мікроконтролер. Наприклад, Flextek Electronics створила розглянуту патентну версію (частина CLZD010), яка задовольняє широкий спектр застосувань потужності, тепла, руху, освітлення та витрати шляхом заземлення відповідних конфігураційних контактів (без перепрограмування) для кожної конкретної установки.
Проблема для тих, хто бажає вивчити мікропрограму керування живленням, полягає в тому, що компанії зберігають свій код приватним, але доступно багато інших ресурсів. Виробники мікроконтролерів пропонують на своїх веб-сайтах докладні примітки щодо програм, які містять схеми, опис, блок-схему та вихідний код. Посилання 4 описує простий алгоритм пропуску імпульсів для перетворювача постійного струму з використанням декількох десятків рядків збірного коду (надається), який може бути виконаний в недорогій 8-контактній мікро (PIC12F629).