🖐️ 👌🏻 👐🏼 مصدر طاقة فائض مع خرج الجيب. الجزء 2. تطوير مخطط الدائرة الكهربائية 😮 🤩 🥝

مقدمة

في مقالة سابقة ، تم النظر في صياغة المشكلة لتطوير مصدر طاقة احتياطية منخفضة الطاقة لـ 60 وات مع خرج جيب لمضخة التدوير لنظام التدفئة. تم اختيار مفهوم تنفيذ هذا الجهاز. ستناقش هذه المقالة تطور الدائرة الكهربائية للجهاز ، مع الحسابات اللازمة لاختيار تصنيفات المكونات التي يتكون منها الجهاز.

مسلحًا باستخدام ~~CAD والكتب المدرسية~~ والمسودات وقلم الرصاص و GOOGLE ، سنبدأ في التصميم. لنبدأ بنظام بسيط - نظام طاقة الجهاز.

تقديم الطعام

لتشغيل عناصر الدائرة ، نحتاج إلى ثلاثة ~~أنواع~~ من ناقل DC عند 12 و 5 و 3.3 فولت.

حافلة 12 فولت - الرئيسية. هو مصدر الطاقة للجسر ، الذي يضخ التيار في اللفة ذات الجهد المنخفض لمحول شبكة خطي. منه نطعم سائق الترانزستورات المدرجة في الجسر. سيتم أيضًا تشغيل مرحلات تبديل الشبكة من هذا الناقل.

هناك حاجة إلى ناقل بجهد 5 فولت لتشغيل رقاقة التيار ACS712 ، رقاقة المنطق ، شاشة LCD الشخصية ، إلخ.

ستعمل الحافلة ذات الثلاثة فولتات على تشغيل "أدمغة" الجهاز - MK STM32F100C8T6B.

الاستطراد الغنائي

Proteuse v 7.7. , . , Dip Trace. . .

ولد هذا المخطط: الصورة قابلة للنقر. يتم تنظيم مشكِّلات الباص 5 و 3.3 فولت على 1٪ من مثبتات LDO من نوع NCP1117STxx. يتم أخذ مصدر الطاقة التناظري لوحدة ADC من ناقل 3.3 فولت من خلال المكثفات الحثية والتنعيم والحجب. يجب أيضًا تقسيم الأرض التناظرية. ولكن هذا ليس هو الحال في هذا المخطط ، لأن القياسات ليست حرجة ، وخطأ من رقمين لن يؤدي إلى "اضطراب" الجهاز. نطبق مرشح برنامج - متوسط متحرك ويمكنه حتى تحقيق أخطاء في فئة واحدة.

القياس الحالي وحماية الزائد

جهاز استشعار التيار ACS712ELCTR-05B-T عبارة عن دائرة متكاملة. يحدث الكشف الحالي عن تأثير القاعة. يسمح هذا المستشعر لـ MK بقياس كل من التيار الأمامي والخلفي. يمكن العثور على خصائص أخرى في قوات الدفاع الشعبي . إخراج الاستشعار التناظرية. نقطة الوسط المقابلة لصفر التيار = 2.5 V. كسب 185mV لكل 1 أمبير. على الرغم من أن المستشعر يكتشف تيارات عالية ، إلا أن الخطية فقط مشوهة ، وفي تيار معين يدخل التشبع. لتنسيق إخراج المستشعر مع MK ، ضع مقسم الجهد. ويقسم المقياس إلى النصف. بتات ADC MK كافية للدقة المقبولة.

للحصول على حماية عالية السرعة ضد الحمل الزائد أو الدائرة القصيرة في اللفة ذات الجهد المنخفض للمحول الخطي ، قم بتثبيت التحويلة الحالية. يتم فرض الإشارة من التحويلة على أمبير المرجع وعلى المقارنة نقوم بتجميع دائرة مقارنة مع مزلاج. سيتم دفع بيانات الحمولة الزائدة إلى MK ، وأيضًا مع هذه الإشارة سنغلق جميع مفاتيح الجسر.

يتم عرض فيديو قصير ، يحاكي تشغيل الحماية الحالية ، أدناه.

جزء السلطة

يظهر جزء الطاقة من RIP في الشكل. الصورة قابلة للنقر. يعتمد جسر الترانزستور على التحويلة الحالية لتوفير حماية عالية السرعة. يتم تغذية خرج الجسر من خلال مرشح LC ، المصمم لتردد قطع ~ 1 كيلو هرتز ، إلى لف الجهد المنخفض للمحول. يجب أن نتحدث عن المرشح والمحول بمزيد من التفصيل. تم حساب المرشح في برنامج حاسبة RL مع ارتباط بما يسمى إيقاف. لا يمكنني العثور على الموقع. لذلك ، يتم نشر الأرشيف مع الحاسبة هنا . هنا شاشة الحساب.

إن الحث الناتج لـ 10 ميلي جيني مثير للإعجاب للغاية. لكن القدرة كانت لائقة. نظرًا لأن لدينا تغييرًا في الإخراج من الفلتر ، فلا يمكنك القيام بذلك باستخدام مكثف قطبي. وضع مكثفين خزفيين بالتوازي في الدائرة - 4.7 microfarads ، X7R ، 25V (1206).

تم حساب الخانق وفقًا للبيانات التي تم الحصول عليها في برنامج Coil32. هنا رابط للأرشيف مع البرنامج. لقد اخترت حلقة من الفريت لمثل هذا الاختناق بالمعلمات التالية: Ring N87 R25x15x10. هنا شاشة الحساب في البرنامج.

اتضح 70 لفة من الأسلاك بقطر 1 مم ، لضمان الحث المطلوب. إنه مقبول تمامًا للملف اليدوي.

وقع اختيار المحول على محول حلقي من النوع TTP-60 ، بجهد ثانوي 9 فولت. الحساب بسيط. يعطي الجهد المتناوب من 9 فولت سعة 12.7 فولت. يبلغ جهد البطارية المشحونة حوالي 13 فولت. حتى نتمكن من الحصول على 220 فولت عند الإخراج. لشحن البطارية ، بالطبع لا يكفي. لذلك ، هناك اقتراح للحصول على اللف الثانوي للمنعطفات 5-6. هذا هو ، لف لف الجهد المنخفض بنقرة. من الأطراف الطرفية للملف نقوم بإزالة الجهد الزائد لشحن البطارية أثناء التشغيل من الشبكة. ونطبق الجهد من الجسر إلى الطرف المتطرف والمتوسط عندما نعمل من البطارية. وفقًا للجهد المأخوذ من الأطراف المتطرفة للملف ، نحكم على الجهد في اللف العالي الجهد أثناء التشغيل من البطارية ، وملاحظات للتعديل.

يتم التحكم في ترانزستورات الجسر من MK من خلال سائقي نصف الجسر IRS2101S. تتم إدارة المفاتيح العلوية وفقًا لمخطط التمهيد. يتم التحكم في ترانزستور الشحن P-channel بواسطة ثنائي القطب التقليدي. يحتوي خانق شحن التمليس على نفس الأبعاد وقيم التصميم مثل الخانق في مرشح LC بعد الجسر.

كشف الشبكة والتبديل

للكشف عن الشبكة ، يتم استخدام دائرة طاقة مكثف. يتم تشغيل الجهد على optocoupler. يتم توجيه إخراج optocoupler إلى MK للتحكم في توفر الشبكة. يظهر الرسم البياني أدناه. الصورة قابلة للنقر. التيار الكهربائي من خلال مكثف التبريد ، الثنائيات ، الصمام الثنائي الزينر ، المكثفات المنعمة ، يتم تغذية المقاوم المحدد للتيار إلى LED من optocoupler. يذهب الخروج إلى MK. يتم التحكم في المرحلات التي تحول الشبكة إلى الحمل بواسطة MK. يتم تنفيذ الحماية الحالية على أمبير المرجع والمقارنة. يتحول ناتج المقارنة إلى ترانزستورين. واحد لإدخال الإشارة إلى MK ، والثاني لإغلاق جميع الترانزستورات الجسر. يوضح الشكل أدناه السائق تمكين الدوائر للجسر. الصورة قابلة للنقر. جميع المعايير ، وفقا

ورقة بيانات للسائق IRS2101S.

دارة تشكيل نبض الجسر

من أجل عدم تحميل MK بعمل غير مفيد ، يتم جمع تشكيل نبضات الجسر على المنطق الأول. هناك حاجة إلى ثلاث إشارات من MK. واحد PWM الجيبية لكل فترة ، فضلا عن إشارتين منفصلتين ، أول نصف موجة والثانية. يظهر تنفيذ هذا النهج في الشكل. الصورة قابلة للنقر. التيار الزائد ، تم إنشاؤه في MK ونسخه بواسطة LED. يتم تنظيم التحكم في ترانزستور P-channel للشحن على ترانزستور NPN ثنائي القطب.

سيكون منطق الجسر على النحو التالي. 20 كيلو هرتز يتم تعديل PWM بواسطة جدول جيب بحجم 400 قيمة. سيتم تنظيم نقل القيم إلى سجل PWM من خلال DMA. بعد تحميل نصف المخزن المؤقت ، أي 200 قيمة ، نصف دورة واحدة ، سيؤدي DMA إلى مقاطعة ، حيث ستنعكس الإشارات MCU_P_1 و MCU_P_2 بشكل متبادل. بعد تحميل المخزن المؤقت بأكمله ، في المقاطعة من DMA ، سيتم عكس الإشارات MCU_P_1 و MCU_P_2 مرة أخرى. وكذلك في وضع دوري. سيتم تطبيق مستوى نصف موجة ثابت على ترانزستور الذراع العلوي ، و PWM الجيبية على المفتاح السفلي للذراع المعاكس. نصف الدورة التالي هو زوج آخر من الترانزستورات.

أثناء التيار الزائد ، سيوفر ترانزستور NPN Q7 مستوى منخفضًا عند إدخال المنطق ، مما سيؤدي بدوره إلى مستوى منخفض عند إخراج المنطق ، وبالتالي ، قفل جميع الترانزستورات الجسرية.

منصة الأجهزة

ستعمل الحافلة ذات الثلاثة فولتات على تشغيل "أدمغة" الجهاز - MK STM32F100C8T6B.

كما سبق ذكره أعلاه ، سيكون عضو الكنيست من عائلة ST STM32. ما الذي يحدد مثل هذا الاختيار؟

MK لديها تكلفة منخفضة. تمتلك نظائر الفرص من ATMEL أو PIC أسعارًا أعلى ، بسعة 8 بت.
التواجد على لوحة ADC 12-bit ، DAC ، DMA.
سعة أساسية 32 بت.
زيادة سعة الذاكرة للبرامج والبيانات.

في كلمة واحدة ، يفوز في العديد من المناصب.

للإشارة إلى تشغيل الجهاز وإخراج البيانات اللازمة ، سيتم استخدام شاشة LCD مُركبة مع وحدة تحكم تحكم KS0066 (HD44780) في الدائرة. هناك الكثير من المكتبات للعمل مع مثل هذا العرض في RuNet.

مخطط اتصال الشاشة بوحدة التحكم كما يلي. الصورة قابلة للنقر. الاتصال مباشر. ترتبط منافذ MK مباشرة بالشاشة. لم يتم اقتران 3 فولت و 5 فولت منطق. قد تنشأ مشاكل هنا ، ويجب تكوين استنتاجات MK على أنها مخرجات مجمعة مفتوحة ، ويجب سحب الخطوط حتى 5 فولت ، ويجب استخدام مخرجات MK نفسها لتحمل 5 فولت. كما يقول المثل ، ستظهر الحياة ، ولكن عند تطوير لوحة الدوائر المطبوعة ، من الضروري وضع هذا "التحديث".

هناك حاجة إلى أزرار مخصصة لتنظيم التنقل من خلال القوائم والمعلمات المعروضة على الشاشة.

حسابات إضافية

لحساب مكثف التمهيد ، نستخدم الطريقة المقترحة في هذه المقالة . في نهاية الوصف ، يوجد مثال لحساب السعة اللازمة لمكثف التمهيد. نحن نأخذها كأساس ونعيد فرز حقائقنا.

نحن نقرر معلمات الدائرة:

V _{IN ، MAX} = 15V أقصى جهد دخل ،
V _DRV = جهد تزويد السائق بجهد 12 فولت واتساع إشارة التحكم ،
dV _BST = 0.5V جهد تموج عبر مكثف C _BST في حالة مستقرة ،
dV_BST,MAX = 3V C_BST ,
f_DRV = 100 Hz , 10 ,
D_MAX = 1 .

Q_G = 24 nC IRLZ44ZS V_DRV = 5V V_DS = 44V,
R_GS = 10 R_GS,
I_R = 10uA D_BST TJ = 80°C,
V_F = 0.6V D_BST 0.1A TJ = 80°C,
I_LK = 0.13mA TJ = 100°C,
I_QBS = 1mA , .

نختار القيمة المحسوبة من السلسلة القياسية. خذ نوع مكثف التنتالوم ، لتقليل تيار التسرب للمكثف نفسه. في المجموع ، يتبين 47 μF x 25 V ، من النوع D.

نقوم بحساب تيار الشحن للمكثف ، وبالتالي اختيار الصمام الثنائي.

لذا فإن الصمام الثنائي المصمم لتيار مباشر من 1 A سيتعامل مع هذه المهمة.

الخلاصة

طورت هذه المقالة الدائرة الكهربائية لـ RIP. الآن سنجمع كل أجزاء الدائرة معًا. واستناداً إلى المخطط المعتمد بالفعل ، سنضع طوبولوجيا لوحة الدوائر المطبوعة. سأقدم تخطيط ثنائي الفينيل متعدد الكلور والدائرة الكهربائية العامة مع مواصفات المكونات في المقالة التالية.

سأكتب تنفيذ البرنامج لوظائف الجهاز في مقالة منفصلة. هناك فكرة لتنفيذ العديد من الحلول المثيرة للاهتمام في البرنامج ، على سبيل المثال ، تنظيم PID لجهد الخرج عند العمل من البطارية.

الخاتمة

مع هذه المقالة ، أردت أن أحضر إلى الجمهور ولحم الخنزير ذوي الخبرة وغير الهواة أيضًا حلولًا تخطيطية. ربما يجد القارئ اليقظ أي أخطاء فادحة في الدوائر أو يقترح تنفيذ أكثر صحة للعقد الفردية. هناك بعض الحلول الأبسط للعقد أو لزيادة الموثوقية لتقديم حلول الدوائر الإضافية. روابط

PS
لجميع أجزاء الدورة:

مصدر طاقة فائض مع خرج الجيب. الجزء 2. تطوير مخطط الدائرة الكهربائية