NAP * - الطرفية المستقلة الأساسية

وحدات التحكم الدقيقة في تبديل إمدادات الطاقة
الجزء 3

في الأجزاء السابقة ( الجزء 1 ، الجزء 2 ) تمت مناقشة كيف يسمح الاستقلالية الطرفية للمتحكم الدقيق بالميكروويف ببناء وحدات تحكم PWM لتبديل إمدادات الطاقة من "الطوب" من خلال إنشاء اتصالات بين الوحدات الطرفية المختلفة. إذا قمنا بإضافة "طوب" جديد إلى وحدات التحكم PWM الموضحة أعلاه ، فسوف نحصل على وظائف جديدة. فكر فيما يمكن فعله أيضًا.

ميزة الأتمتة

حماية وحدة الطاقة

قضية مهمة في إلكترونيات الطاقة هي توفير وظائف الحماية. إذا تم كسر الملاحظات ، فقد تكون هناك حالات عندما يكون مفتاح الطاقة مفتوحًا لفترة غير صالحة.

تحتوي المتحكمات الدقيقة PIC مع الأجهزة الطرفية المستقلة (CIP) على جهاز توقيت مع وظيفة حد (مؤقت حد الأجهزة ، HLT).

ضع في اعتبارك مثالاً على تنفيذ وحدة تحكم PWM مع الحماية التلقائية (الحد من عرض نبض الإخراج وإمكانية إيقاف التشغيل التلقائي).

التين. 3.1. تحكم PWM

جهاز ضبط الوقت HLT1 - يحدد الحد الزمني لحالة MOSFET المفتوحة ؛ يقوم جهاز ضبط الوقت HLT2 - بتعيين وقت حالة إيقاف تشغيل Toff.

COG - مولد إخراج تكميلي - يولد إشارات تحكم MOSFET.

خوارزمية (تهيئة محيط وحدة التحكم الدقيقة):

• يبدأ جهاز ضبط الوقت HLT2 في تضمين COG (أي الطاقة MOSFET) والديك HLT1. يزداد التيار من خلال الحث والجهد rsense. عندما يتزامن الجهد مع Vref ، يتم تشغيل المقارنة.
• في الوضع العادي ، يقوم جهاز المقارنة بإعادة تعيين COG ، في نفس الوقت الذي يتم فيه إعادة تعيين COG ، HLT2 (Toff).
• يتم مسح إشارة المقارنة لبعض الوقت عندما يتم تبديل مفتاح الطاقة ، وبالتالي منع الإنذارات الكاذبة التي قد تحدث من التداخل (في الشكل 3.1 ، يتم إعداد إشارة الطمس للوضوح على المقارنة ، في الواقع ، وظيفة الطمس هي ميزة لوحدة COG ، لا يتلقى إشارة من المقارنة).
  يوضح الشكل 3.2 تشغيل وحدة تحكم PWM.

الشكل 3.2. مخططات الجهد تشرح تشغيل وحدة تحكم PWM (الشكل 3.1).

إذا لم يعمل جهاز المقارنة أثناء الوقت الآمن Tzt. ، فسيقوم موقت الحد HLT1 بإعادة تعيين COG وتحديد وقت فتح مفتاح الطاقة. يمكن أن يعني وقت فتح المفتاح الأطول تعليقًا مفتوحًا ، أو عطلًا في ترانزستور الطاقة أو الحث.

تحتوي وحدة COG على وظيفة لحظر العملية ، وفي هذه الحالة يمكن للبرنامج فتحها. يمكن استخدام هذا في التشخيص - إذا تم تشغيل HLT1 باستمرار ، يمكن للبرنامج إيقاف تشغيل وحدة تحكم PWM والإشارة إلى حدوث عطل.

بداية سهلة

إذا بقيت الطاقة في الحث خلال فترة PWM ، فقد يؤدي ذلك على مدى عدة فترات إلى تشبعها. في الوقت نفسه ، في بداية المصدر ، يكون جهد الخرج صفرًا ولا تعمل التغذية المرتدة للجهد حتى الآن. على سبيل المثال يتم إنشاء الظروف لإشباع تحريض السلطة.

يمكن تحقيق بداية ناعمة في التحكم في الجهد عن طريق زيادة الحث أو تشكيل دورة عمل منخفضة في البداية مع زيادة أخرى في دورة العمل.
يمكن تحقيق البداية الناعمة في التحكم الحالي عن طريق الحد من تيار حلقة التغذية المرتدة عند بدء المصدر.

مثال: بداية سهلة بحد أقصى للتيار. يحد DAC والمقارن C2 من الحد الأدنى لتيار الذروة ؛ يزداد جهد DAC ببطء برمجياً. عندما يصل Vout إلى القاعدة ، يبدأ جهاز المقارنة C1 في العمل ، من خلال الانقطاع الذي يمكنك من خلاله فصل دائرة البداية الناعمة والحد الحالي (DAC + Comp2).

الشكل 3.3. تحكم PWM مع وظيفة بدء التشغيل الناعمة.

حماية الطفرة

ستساعد إضافة مقارنة C2 لتحليل جهد الخرج على إيقاف تشغيل وحدة COG عندما يزيد جهد الخرج عن عتبة الجهد الزائد (الحماية ضد الدائرة المفتوحة في الحمل ، انظر الشكل 3.4).

تحكم بدون حماية	تحكم الناتج الجهد الزائد

الشكل 3.4
وبالمثل ، من الممكن تنظيم الحماية ضد الحرارة الزائدة ، إلخ.

الحد الأقصى لدورة العمل

في السابق ، كان يُنظر في تنفيذ هذه الوظيفة في وحدات التحكم PWM مع التحكم في الجهد ، لخيار التنفيذ ، انظر الشكل 3.1.

في وحدات التحكم ذات التحكم الحالي في الوضع العادي ، يتم تشغيل PWM الناتج من خلال مقدمة إدخال PWM (المرجع) ، ويتم إعادة تعيينه من إشارة التغذية المرتدة - المقارنة الحالية. للحد من دورة العمل لنبضات الإخراج ، يمكن استخدام PWM مرجعي ، يتم اختيار دورة العمل كحد أقصى ، لطبولوجيا IPS المطورة. بعد ذلك ، عند انخفاض PWM المرجعي ، من الممكن إعادة ضبط وحدة COG بقوة (انظر الشكل 3.5).

الشكل 3.5. تحكم PWM مع نبضات خرج دورة عمل محدودة.

الوصول إلى الإشارات والتشخيصات الداخلية

في حين أن Kernel Independent Peripheral يشكل وحدة تحكم PWM لمصدر طاقة التبديل ويغلق ملاحظات حلقة التحكم ، فإن قلب المتحكم الدقيق يسمح بالقياس والتشخيص ووظائف الاتصال. إن الميكروكونترولر قادر على قياس الذروة ومتوسط ​​التيار من خلال الحث ، إشارة تعويض سن المنشار. جنبا إلى جنب مع قياس معلمات الوقت ، يسمح هذا لب النواة الدقيقة بإجراء حسابات رياضية والحصول على معلومات غير متوفرة من خلال القياسات المباشرة.

باستخدام جهد الخطأ المقاس Verr و PRG و IL_min ، يمكن حساب التيارات ILpeak و IL_avg.

يسمح قياس دورة التشغيل ومعرفة IL_avg بحساب Iin_avg و Iout_avg. باستخدام Vin و Vout و Iin_avg و Iout_avg ، يمكنك تقييم قوة وكفاءة مصدر الطاقة.

تسمح واجهات الاتصال بالتحكم الخارجي ونقل البيانات والمعلومات التشخيصية. تسمح لك موارد البرامج بتنفيذ مكدسات بروتوكول الاتصال.

على سبيل المثال ، يمكن استخدام وحدة التحكم الدقيقة في أنظمة توليد الطاقة من مصادر بديلة مع بطاريات تخزين دون استخدام شرائح دقيقة متخصصة لمحولات الطاقة. لهذا النوع من التطبيقات ، يتم التحكم في تحويل الطاقة وشحن البطارية بواسطة متحكم دقيق. يتم تنفيذ وظائف العثور على أقصى نقطة طاقة (MPPT) في محولات الطاقة الشمسية وبروتوكولات الاتصال في البرنامج. يتم تنفيذ واجهة تفاعل المستخدم من خلال منافذ الإدخال / الإخراج لوحدة التحكم الدقيقة. وبالتالي ، يمكن تنفيذ العديد من وظائف هذا النظام على متحكم دقيق واحد (انظر الشكل 3.6) ، وعدم استخدام عدة دوائر دقيقة و MK.

الشكل 3.6.

يسمح لك مستقل عن الأجهزة الطرفية الأساسية بأداء عدد من الوظائف الأخرى: الحد من التيار أو إيقاف تشغيل المصدر أثناء ارتفاع درجة الحرارة ، وتغيير وضع التشغيل مع التيار المتقطع إلى التيار المستمر ، إلخ. (تلطيخ) طيف تداخل المصدر.

نوقش أعلاه تنفيذ وحدات تحكم PWM على محيط MK مستقلة عن القلب لتنفيذ مرحلة واحدة أو قناة واحدة IIP.

تحتوي عائلات وحدة التحكم الدقيقة PIC16F176x / 177x على ما يصل إلى 4 مجموعات محيطية من نفس النوع ، يمكن استخدام كل منها في بناء محول الطاقة. وبالتالي ، يمكن أن تكون وحدات التحكم في هذه العائلات جوهر محولات الطاقة متعددة القنوات أو متعددة المراحل ومحولات الطاقة.

برنامج متحكم

لا يتطلب IIP مع التنفيذ على محيط مستقل عن النواة عمليًا تدخلًا من قلب المتحكم الدقيق. يتم تقليل مهمة وحدة التحكم الدقيقة إلى التكوين الأولي للمحيط ، وبعد ذلك تعمل الوظائف / الوحدات بشكل مستقل عن طريق إشارات التغذية المرتدة. قد تتطلب وحدة التحكم الحد الأدنى من المشاركة في معالجة وتغيير خوارزمية التفاعل المحيطي ، على سبيل المثال ، خلال بداية سهلة ، وتغيير معلمات إخراج المصدر ، والعمل على حالات الطوارئ ، وما إلى ذلك.

لذلك ، يمكن للبرنامج الأساسي والميكروكونترولر أداء عدد من وظائفهما الكامنة - التحكم ، وتوفير واجهة مع معدات التحكم ، وبيان الأوضاع ، وما إلى ذلك.

على موقع Microchip ، يمكنك العثور على تنفيذ واجهات PMbus و DALI و DMX ، والتي يتم استخدامها على نطاق واسع في أنظمة مختلفة مع محولات الطاقة.

تصحيح الأخطاء

لتصحيح النظام ، ليس من الضروري البدء بتخطيط وحدة الطاقة. بالنسبة لبعض المهام ، تتيح الموارد والأجهزة الطرفية لـ MC إمكانية تشكيل منطق التحكم في المحول ومحاكاة إشارات التغذية الراجعة لطبولوجيا محول الإخراج.

الطوبولوجيا	مخطط

الشكل 3.7. مثال على تكوين إشارة سن المنشار لتصحيح وحدة تحكم PWM مع قياس قيمة الذروة الحالية.

مخطط	مخطط

الشكل 3.8. مثال على تشكيل إشارات المنشار لتصحيح وحدة تحكم PWM مع قياس قيمة الذروة للتيار واكتشاف التيار الصفري في الحث.

الملخص

إن القدرة على تكوين الأجهزة الطرفية بمرونة تجعل من الممكن استخدام نفس MC للتطبيق العام في مهام مختلفة ، بما في ذلك إنشاء وحدات تحكم PWM لمحولات الطاقة.

تعتبر الأجهزة الطرفية المستقلة عن القلب مثيرة للاهتمام بحد ذاتها ، ولكن يمكن أن تأتي أكبر فائدة من إمكانية تركيب الكتل الوظيفية ، أي مشاركة العديد من الوحدات الطرفية لحل مشاكل معينة. في هذه الحالة ، فإن سرعة الساعة والسرعة وعمق البت للنواة تسير على جانب الطريق - يقوم جزء الجهاز بوظائف متخصصة ، وتعمل النواة على دعم البرنامج للمنتج.

الأدبيات المستخدمة والموصى بها للدراسة:

1. موقع الشريحة الذكية: http://www.microchip.com/promo/dspic33-gs-digital-power
2. خلايا منطق قابلة للتكوين في الميكروكونترولر PIC https://geektimes.ru/post/278718/
3. رقاقة متحكم منافذ الإدخال / الإخراج. https://geektimes.ru/post/279374/
4. TB3119. الملخص الفني لمولد المخرجات التكميلية. www.microchip.com
5. ديناميات ومراقبة الأنظمة الإلكترونية المحولة. الفصل 2. تعديل عرض النبض http://www.springer.com/978-1-4471-2884-7
6. TB3155. وحدة تحكم PWM معشق متعدد الأطوار مع محاكاة الصمام الثنائي باستخدام وحدات التحكم الدقيقة PIC 8 بت. www.microchip.com
7. TB3153. يتم تنفيذ وظائف العينة باستخدام منحدر منحدر قابل للبرمجة. www.microchip.com
8. كيث بيلينجز ، تايلور موري. كتيب إمداد الطاقة التبديل
9. مارتي براون. كتاب الطبخ امدادات الطاقة.
10. AN2122. Flyback SMPS باستخدام وحدة تحكم دقيقة كوحدة تحكم. http://www.microchip.com
11. 20097 بي سي 7. تصميم محولات الطاقة الذكية باستخدام الأجهزة الطرفية الأساسية المستقلة (CIPs)
    تدريب الماجستير رقاقة 2016.
12. AN4545. التكوين في وحدة تحكم إمدادات الطاقة في وضع التبديل. http://www.microchip.com