50 ظلال من الجدعة. وحدات التحكم الدقيقة في تبديل إمدادات الطاقة. الجزء 2

NAP * - الطرفية المستقلة الأساسية

وحدات التحكم الدقيقة في تبديل إمدادات الطاقة
الجزء 2

في الجزء السابق من المقالة ، نظرنا في خيار إنشاء وحدة تحكم PWM "نموذجية" لمصدر إمداد الطاقة (IIP) ، وخيارات تنفيذ وحدات تحكم PWM استنادًا إلى كعب وبعض طبولوجيا IIP.
سنواصل معرفتنا بقدرات الأجهزة الطرفية الأساسية المستقلة على النحو المطبق على مهمة بناء إمدادات تحويل الطاقة.

محول متزامن

إذا كان جهد الخرج منخفضًا بما فيه الكفاية وأصبح قابلاً للمقارنة مع انخفاض الصمام الثنائي ، فإن كفاءة المصدر تنخفض بشكل كبير. لتحسين معلمات IIP ، يمكن استبدال الصمام الثنائي بـ MOSFET ، وهو انخفاض الجهد الذي يكون أقل بكثير من الصمام الثنائي في الاتصال المباشر. نحصل على محول متزامن.

التين. 2.1.a. محول باك

التين. 2.1.ب. محول متزامن تنحى

من أجل تشكيل إشارتين PWM متعارضتين ، الغرض من الوحدة الطرفية لتوليد إشارات خرج مجانية (COG).

مولد إشارة تكميلية

يسمح لك بالتحكم في الفترة ودورة العمل لمخرج أو اثنين من المخرجات التكميلية باستخدام مصدري إشارة دخل. جنبا إلى جنب مع القدرة على التحكم في المعلمات الرئيسية ، مثل الوقت الميت ، التفريغ ، الطور ، القطبية ، الإغلاق التلقائي والاسترداد التلقائي ، توفر وحدة COG أداة قوية لبناء نواة وحدة تحكم PWM. مولد الإشارات التكميلية في الميكروكونترولر 8-bit Micchontrollers مستقل تمامًا وفي الحالة العامة لا يتطلب تدخل قلب MK. للتعرف أكثر تفصيلاً على COG ، أوصي بالرجوع إلى الوصف الفني TB3119 [4].

تشبه وحدة COG إلى حد ما مشغل SR ، كما أن لديها مدخلات إعداد وإعادة تعيين ، ولكنها تعمل على الأحداث (الحدث الصاعد والحدث الساقط). يتم تسجيل الأحداث على كل من الجبهات / فترات الركود ، وعلى مستويات إشارات الإدخال المحددة. يمكن أن تكون إشارات الإدخال إما خارجية (منافذ الإدخال) أو داخلية (مؤقت ، PWM ، مقارنات ، خلايا منطقية قابلة للتكوين ، وما إلى ذلك). إن مخرجات مولد الإشارة التكميلية قادرة على العمل في أوضاع مختلفة: نصف الجسر ، الجسر الكامل ، الدفع-السحب ، PWM. يتم تشكيل إشارات الإخراج مع الأخذ في الاعتبار مهمة وقت العداد والقطع وتأخير الطور والقطبية. كقاعدة ، تتمتع منافذ إخراج وحدة COG بسعة تحميل متزايدة (50-100 مللي أمبير).

لحماية مراحل طاقة الخرج ، يتم توفير مدخلات التعثر ، من خلال الأحداث التي يتم فيها نقل مخرجات الوحدة إلى حالة آمنة (0 أو 1 أو الحالة الثالثة). إذا اختفى المنبه ، فيمكن تشغيل الوحدة تلقائيًا ، أو يلزم تدخل البرنامج.

تسمح وحدة COG باستخدام الطوبولوجيا مع محول ، والذي يُستخدم عادةً في SMPS المعزول جلفانيًا.

عند إنشاء المحولات باستخدام المحولات ، يتم أيضًا استخدام أوضاع التحكم في الجهد والتيار مع التحكم النسبي أو الهستيري ، أي كل نفس التي تم تناولها سابقًا في الجزء الأول من المقالة.

التين. 2.2. طوبولوجيا IPS مع المحولات

الشكل 2.3. وضع التحكم في الجهد التباطؤ. الخيار مع الجهد الناتج ثابت وقابل للتعديل.

التين. 2.4. وضع التحكم الحالي الهستيري

التين. 2.5. وضع التحكم الحالي مع التحكم النسبي.

تحكم PWM بالتناوب متعدد الأطوار

في المحولات متعددة الأطوار ، غالبًا ما يتم استخدام وضع التشغيل المشذّر ، حيث يتم استخدام الفصل الحالي بين عدة طبولوجيا متوازية متطابقة. يتيح لك هذا الهيكل الحصول على تصفية أكثر كفاءة (تيار أقل تموجًا) ، وتقليل حجم المصدر (أقل تصفية) ، وزيادة الكفاءة.

يتكون المحول المشذر من عدة قنوات متطابقة ، يتم دمج المدخلات والمخرجات منها ، ولكن يتم تبديل مراحل التحكم في هذه المحولات بزاوية 360 درجة / ن ، حيث n هو عدد المراحل.

بالنسبة لمحول التعزيز المتناوب على مرحلتين ، تعمل قناتان في الطور المضاد - تتحول إشارتان PWM بمقدار 180 درجة بالنسبة لبعضهما البعض.

يظهر رسم مبسط في الشكل. 2.6. [5]. يتم فتح المفاتيح S1 و S2 بالتناوب. عندما يكون المفتاح S1 مفتوحًا ، يتم إغلاق S2 ، ثم يتم شحن L1 ، ويعطي L2 الطاقة المتراكمة مسبقًا للحمل. بعد ذلك ، تتناوب القنوات.

الشكل 2.6. شكل توضيحي لكيفية عمل مصدر طاقة التحويل المتشابك.

فيما يلي رسم تخطيطي لمحول تصعيد متزامن متناوب على مرحلتين [6].
يعمل المحول من خلال مراقبة قيمة الذروة الحالية مع حلقة تغذية مرتدة واحدة للجهد المشترك ، والتي توفر التحكم في حلقتين مستقلتين للتيار. توفر وحدة التحكم موازنة التيار بين المراحل ، والحماية ضد الدائرة القصيرة والتموج المنخفض أثناء التحولات بين أوضاع التوصيل المستمر والمتقطع.

من أجل التصحيح المتزامن ، هناك حاجة إلى تدابير إضافية لمنع التيار من التدفق مرة أخرى إلى الإدخال عندما يتوقف الحث عن التفريغ في وضع التوصيل المتقطع (DCM). يجب إيقاف تشغيل المفتاح العلوي للمحول المتزامن عندما يصبح التيار في الحث صفراً.

الشكل 2.7. تشذير ثنائي المرحلة متزامن

الشكل 2.8. تداخل بين مرحلتين محول باك متزامن

الشكل 2.9. محول ذو مرحلتين متداخلتين

الشكل 2.10. محول خطي متداخل بين مرحلتين

تفاصيل الخيارات المختلفة لـ IIPs المتشابكة القائمة على الميكروكونترولر PIC مذكورة في TB3155 [6].

التحكم في التردد المتغير

في الأمثلة السابقة ، يتم ضبط تردد مشغل PWM بواسطة المؤقت ، أي تنفيذ التحكم بتردد ثابت PWM.

ستفقد طريقة التحكم ذات التردد الثابت الكفاءة عند الأحمال المنخفضة ، نظرًا لأنها تحتوي على خسائر رئيسية ثابتة. نظرًا لأننا نفكر في حلول على وحدة تحكم دقيقة ، يمكننا بسهولة توفير تردد تحويل متغير اعتمادًا على تيار الحمل ووضع التشغيل للمحول.

في وحدة تحكم بتردد PWM ثابت ، يتم تنفيذ الوضع الحالي المتقطع بسهولة أكبر عندما لا يتدفق التيار عبر أي عنصر من عناصر المحول.

الشكل 2.11. الوضع الحالي المتقطع.

يمكن للأجهزة الطرفية المستقلة عن المركز المساعدة في تنفيذ وضع التوصيل الحرج عندما يصل التيار إلى الصفر. في هذه الحالة ، تقوم وحدة التحكم PWM تلقائيًا بتغيير تردد التحويل ليكون في وضع التوصيل الحرج.

الشكل 2.12. وضع التوصيل الحالي الحرج.

تسمح لك الأجهزة الطرفية القابلة للتكوين بتنفيذ خوارزميات أخرى: إذا قمت بتعيين إشارة المقارنة لإعادة ضبط المؤقت ، فيمكنك تنفيذ التحكم بوقت إيقاف ثابت (وقت إيقاف ثابت) أو بوقت ثابت (ثابت في الوقت أو ثابت في الوقت).

تسمح لك الإدارة بوقت تشغيل ثابت ببناء IIP مع مصحح طاقة [7].

الشكل 2.13. وحدة تحكم PWM يتم التحكم فيها بالجهد في تكوين ثابت في الوقت (COT) في وضع التوصيل الحرج.

لذا ، درسنا بعض طوبولوجيا IIP. يتم تضمين كافة الأجهزة الطرفية اللازمة لتنفيذ وحدات التحكم PWM في وحدات التحكم الدقيقة لسلسلة PIC16F176x. يمكننا تنفيذ أي من الطوبولوجيا الموصوفة على المحيط بشكل مستقل عن النواة ، أي لا يعتمد عمل وحدات التحكم PWM الموصوفة على سرعة النواة.

يتبع ...