DC-kytkentävirtalähteen suunnittelu yksisiruiseen mikrotietokoneeseen
Hakkuriteholähteen tärkein ohjaustapa on käyttää pulssinleveysmodulaatio-integroitua piiriä PWM-pulssien tulostamiseen ja analogista PID-säädintä pulssinleveysmodulaatioon. Tässä ohjausmenetelmässä on tiettyjä virheitä ja piiri on suhteellisen monimutkainen. Tämä artikkeli esittelee virtalähteen, jossa on laaja valikoima jatkuvasti säädettävää lähtöjännitettä, jota ohjaa ST-yhtiön korkean suorituskyvyn mikro-ohjain μ psd3354. Mikro-ohjain tuottaa suoraan PWM-aaltoja ja suorittaa digitaalista ohjausta hakkuriteholähteen pääpiirissä. Piiri on yksinkertainen ja tehokas.
DC-virtalähdejärjestelmän periaate ja kokonaissuunnittelu
1.1 Järjestelmäperiaate
Tämä DC-teholähdejärjestelmä koostuu kahdesta osasta: hakkuriteholähteen pääpiiristä ja ohjauspiiristä. Pääpiiri käsittelee pääasiassa sähköenergiaa, kun taas ohjauspiiri käsittelee pääasiassa sähköisiä signaaleja. Negatiivista palautetta käytetään automaattisen ohjausjärjestelmän muodostamiseen. Hakkuriteholähde ottaa käyttöön PWM-ohjausmenetelmän, ja poikkeama saadaan vertaamalla annettua määrää ja takaisinkytkentämäärää. PWM-lähtöä ohjataan digitaalisella PID-säätimellä hakkuriteholähteen ulostulon ohjaamiseksi. Niistä PID-säätöä ja PWM-lähtöä ohjataan molempia ohjelmistolla käyttämällä mikro-ohjainjärjestelmää.
1.2 Järjestelmän kokonaissuunnittelu
Järjestelmän laitteisto-osa koostuu tulo- ja lähdön tasasuuntaus- ja suodatuspiireistä, tehonmuunnososista, käyttöpiireistä, mikrokontrollerijärjestelmistä ja apupiireistä. Kuvassa 1 on rakennekaavio mikro-ohjaimella ohjatusta DC-virtalähteestä.
Kuten voidaan nähdä, verkkosuodatin suodattaa 50Hz:n ja 220 V:n vaihtovirtatehoa häiriön poistamiseksi verkosta, ja se menee sitten sisääntulotasasuuntaajan suodattimeen tasasuuntausta ja suodatusta varten ja muuntaa sen tasajännitesignaaliksi. DC-signaali muunnetaan suurtaajuiseksi AC-signaaliksi tehonmuunnospiirin kautta, ja suurtaajuinen AC-signaali muunnetaan sitten tasajännitteeksi ulostulon tasasuuntaus- ja suodatuspiirin kautta [1]. Ohjauspiiri ottaa käyttöön PWM-pulssinleveysmodulaatiomenetelmän, ja ohjauspiiri käsittelee mikro-ohjaimen tuottaman säädettävän pulssinleveyden omaavan PWM-ohjaussignaalin tehonmuunnospiirin ohjaamiseksi toimimaan. Käyttämällä mikro-ohjaimen nopeaa ADC-muunnoskanavaa lähtöjännitteen keräämiseen säännöllisin väliajoin ja vertaamalla sitä odotusarvoon, PID-säätö suoritetaan sen virheen perusteella. Jännitteenkeräyspiiri toteuttaa tasajännitteen V0 hankinnan ja sovittaa sen A/D-muuntimen analogisen tulojännitealueen kanssa. Hakkuriteholähteen ylijännite-, ylivirta- ja oikosulkuvikojen sattuessa suojapiiri suojaa teholähdettä ja kuormaa. Apuvirtalähde tarjoaa tasavirtaa ohjauspiireille, käyttöpiireille jne.
2. Kytkinvirtalähteen pääpiirin suunnittelu
Hakkuriteholähteen pääpiiriä käytetään DC-AC-DC-muunnoksen loppuun saattamiseksi. Järjestelmän pääpiiri käyttää täyden sillan DC-DC-muunninta, kuten kuvassa 2 on esitetty. Tässä järjestelmässä käytetty tehokytkinlaite on EUPEC-yhtiön BSM 50GB120DN2 -sarjan IGBT-moduuli. Jokainen moduuli on puolisiltarakenne, joten koko siltajärjestelmään tarvitaan kaksi moduulia. Jokainen moduuli on upotettu nopeasti vapaasti pyörivällä diodilla.
