Мікроконтролери та управління перемиканням джерел напруги; Електроніка-сьогодні
Вступ
Блоки живлення, невід’ємна частина більшості електронних систем, зараз є значним ринком збуту та надзвичайно швидко зростають. Протягом багатьох років проекти енергопостачання складались із складної комбінації аналогових та напівпровідникових компонентів. Частка комутаційних джерел напруги (SMPS) збільшується, замінюючи традиційні лінійні джерела.
Насправді, поточні підрахунки показують, що більше половини доходу від виробників електроенергії генерується продажем комутованих джерел живлення.
Імпульсне джерело напруги може надати багато переваг перед лінійним джерелом, наприклад, набагато вища ефективність, більший діапазон експлуатації, нижча ціна, менший розмір, особливо для додатків великої потужності. Однак багато переваг комутаційного джерела стали звичайними очікуваннями сьогодні від продуктивності джерела напруги, і дизайнери прагнуть впровадити цифрові контури управління, щоб забезпечити більш високу ефективність та продуктивність, зменшити кількість компонентів, підвищити безпеку та можливість додавати нові функції.
Що таке імпульсне джерело напруги?
Методи управління перемиканням джерел напруги
У комутаційному джерелі контур управління, який управляє ШІМ (модулятором) та синхронними транзисторами, як правило, виконується аналоговими методами. Ці аналогові методи можна було замінити деякими формами цифрового управління, але донедавна вартість цих методів та компонентів була занадто високою, навіть для найбільш спеціальних застосувань.
Як результат, більшість розробників SMPS досі не знайомі з цифровими методами управління, прагнучи розробити різні та конфіденційні аналогові схеми, намагаючись бути економічними та конкурентоспроможними на ринку імпульсної напруги.
Мікроконтролери в схемах проектування напруги
На додаток до функцій цифрових контурів управління, прості мікроконтролери вже знайшли своє місце в багатьох схемах SMPS, що забезпечують управління, моніторинг, детерміновані функції та комунікації (як правило, засновані на I2CTM - наприклад, стандарт PMBusTM). На своєму найпростішому рівні мікроконтролери можуть забезпечувати безліч детермінованих функцій типу «УВІМК/ВИМК.» У системах електропостачання, таких як плавний запуск, послідовність запуску, моніторинг напруги та виявлення/відновлення несправності. Деякі проекти SMPS використовують мікроконтролер для моніторингу контуру управління, забезпечуючи пропорційне управління для існуючого спеціального пристрою управління. Удосконалені мікроконтролери, спеціально розроблені для ринку енергопостачання, можуть подавати змішаний сигнал, вбудовані мікросхеми, щоб мінімізувати кількість необхідних компонентів, і відігравати все активнішу роль у контролі топологій контурів управління SMPS. Однак у всіх цих випадках сам контур управління залишається аналоговою функцією, оскільки мікроконтролери не мають продуктивності обробки, необхідної для ефективного цифрового управління циклом.
Переваги цифрового контуру управління
Інші переваги, що забезпечуються лише повністю цифровим управлінням, включають: можливість мати характеристику відгуку, яку неможливо отримати в аналоговому контурі управління; швидша реакція шляхом "попереднього завантаження" циклічного фільтра. Крім того, такі функції, як: автоматичне калібрування системи, компенсація температури, вхідна напруга та навантаження, синхронізація між перетворенням потужності та зовнішніми подіями, можливість швидкого перемикання може бути легко забезпечена.
Можливості інтегрованої обробки, необхідні для повністю цифрового проектування, можуть включати інші раніше згадані функції, такі як: контроль напруги та відключення в умовах перенапруги або низької напруги, дистанційне вимірювання, плавний пуск, послідовність живлення, управління несправностями, усунення несправностей робота, управління вентилятором, послідовний зв’язок - не потрібен додатковий процесор.
Незважаючи на те, що загальні переваги цифрового управління дуже зрозумілі, витрати, пов'язані з впровадженням, призвели до обмеження лише тими програмами, які дійсно вимагали розширених функцій управління.
Впровадження економічного цифрового контролю
Цифрові контролери сигналів (DSC) - новий клас високопродуктивних мікроконтролерів із інтегрованою можливістю обробки сигналів - тепер забезпечують продуктивність обробки, необхідну для економічного впровадження повністю цифрового контуру управління для більшості додатків живлення.
Поєднуючи три описані вище модулі, отримують дуже гнучкі, дуже гнучкі контури управління з високою роздільною здатністю для зворотного зв'язку по напрузі та струму.
Нові SMPS DSC-пристрої поєднують високоефективну периферію з високопродуктивним основним програмним забезпеченням dsPIC, що забезпечує найбільш економічний спосіб реалізації цифрового контуру управління.
висновки
Визначається, що імпульсні блоки живлення забезпечують підвищену ефективність, малі розміри та більшу гнучкість, ніж лінійні джерела живлення. До такої системи часто додається простий мікроконтролер для додаткових функцій управління та зв'язку. Мікроконтролер рідко використовувався в контурі управління, який донедавна був областю аналогових схем різної складності.
Незважаючи на те, що переваги впровадження повністю цифрового циклу управління можна швидко зрозуміти, поточний спосіб реалізації залишається дорогим і складним завданням - і, безумовно, виходить за рамки можливостей стандартного мікроконтролера.
Ось чому був розроблений новий клас мікроконтролерів із інтегрованою потужністю обробки сигналів, що забезпечило необхідну швидкість обробки у розпорядженні проектувальників енергопостачання. Додаючи спеціальні периферійні модулі, ці цифрові контролери сигналів дозволяють реалізувати джерела високої ефективності та гнучкості, а також цілий спектр функцій, які можуть бути вперше реалізовані в джерелах.