⛴️ 👰 💵 تطوير محول دفعة على DSP: مبدأ التشغيل ، والحسابات ، والنماذج ☂️ 👩🏻‍✈️ 🎺

لقد كتبت بالفعل مقالًا مشابهًا عن طوبولوجيا باك ، أي حول محول للتنحي ، اليوم ستتمحور القصة حول كيفية إنشاء محول (جهد) معزّز مع التحكم ليس على وحدة تحكم PWM تمثيلية ، ولكن على DSP / MK. سيتم تجميع التصميم بناءً على " مجموعة التطوير " الخاصة بي مع STM32F334R8T6 على متن الطائرة وسائق نصف جسر معزول.

مقدمة

في البداية ، أود أن أشير إلى نقطة مهمة واحدة - على الرغم من أن المقال يقول إن التحكم يتم باستخدام متحكم دقيق ، فإن هذا لا يعني أن حساب جزء الطاقة سيكون مختلفًا إلى حد ما عن حساب محول بوحدة تحكم PWM تمثيلية. أي أنه يمكنك تطبيق إجراء الحساب بأمان من هذه المقالة عند حساب وحدة الطاقة لأي مُسخِّن زيادة.

في العالم الحقيقي ، هناك العديد من المهام التي لا يمكن حلها باستخدام وحدات التحكم PWM التناظرية القياسية. بلدي المثال المفضل هو محول الجهد مع خوارزمية MPPT. بمجرد أن تتخطى مهمتنا نطاق "المعيار" وتظهر خوارزمية تحكم إضافية أو منطق العمل ، ينشأ موقف يؤدي فيه استخدام DSP إلى تبسيط حل المشكلة وفي نفس الوقت يقلل من تكلفة ذلك ، ويسمح في المقام الأول بحلها من حيث المبدأ.

يجدر الحديث قليلاً عن المهام التي ستقابل فيها دفعة الهيكل. يُعرف الكثير من الطوبولوجيا نفسها كثيرًا وقد طبقتها بالفعل عندما يتعين عليك الحصول على 5 فولت من خلية واحدة من بطارية ليثيوم أيون ، على سبيل المثال - لقد استخدمت محولًا معزّزًا بقدرة تيار مستمر / تيار مستمر. غالبًا ما تستخدم هذه المحولات منخفضة الطاقة في الإلكترونيات الرقمية ، إنترنت الأشياء ، التشغيل الآلي ، الأجهزة ذاتية التشغيل وغيرها من المهام.

والثاني ليس واضحًا تمامًا ، ولكنه مهم للغاية ، تطبيق - مصحح عامل الطاقة أو PFC. تعد معظم مركبات PFCs هي المحول الأكثر شيوعًا والذي يعمل وفقًا لخوارزمية خاصة ، ولكنه في النهاية يصحح ويزيد المدخلات 85 ... 265VAC إلى + 400VDC. في المستقبل ، سنعتبر هذا مثالاً على ذلك.

هناك خيار شائع آخر يتمثل في المحولات القوية ذات التيار المستمر / DC ، على سبيل المثال ، محولات الشبكة للألواح الشمسية التي تحتوي على MPPT ، والتي تعد الأكثر تكلفة والأكثر شعبية ، وتستخدم بشكل رئيسي في محطات الطاقة التي تعمل بالطاقة من 5 إلى 1500 كيلو واط. هذه المحولات مبنية على مرحلتين ، حيث تكون المرحلة الأولى عبارة عن دفعة dc / dc متعددة المراحل (تُعرف google أيضًا باسم interleaved) ، والتي عادة ما تتلقى جهدًا ثابتًا يبلغ 200 ... 600VDC عند الإدخال ويزيدها إلى 800VDC مستقرة. علاوة على ذلك ، يولد محول تيار مستمر / تيار متردد جهدًا متناوبًا. هذه المحولات مبنية على أساس DSP ، ومخططاتها الهيكلية هي كما يلي:

أتمنى أن تفهم سبب أهمية هذه الهيكلية لمطوري إلكترونيات الطاقة ، فضلاً عن أهمية معرفة كيفية تطوير محولات التعزيز مع التحكم استنادًا إلى DSP / MK. الآن بدافع واضح ، يمكننا المضي قدمًا في دراسة الطوبولوجيا.

الفصل 1 - مبدأ تشغيل محول دفعة

دفعة دفعة المحول مماثلة من حيث المبدأ إلى محول باك باك ل في كلتا الحالتين هناك مرحلتان من العمل. في المرحلة الأولى ، يتم تجميع الطاقة في المحث بينما يتم تشغيل الحمل بواسطة مكثف الإخراج. في المرحلة الثانية ، يتم نقل الطاقة من الحث إلى الحمولة ويتم شحن مكثف الخرج في وقت واحد ، مما سيوفر الطاقة للحمل أثناء "إعادة الشحن". بالطبع ، من أجل الحصول على محول دفعة واحدة ، هناك حاجة لتغييرات الدائرة ، دعونا ننظر إلى مخطط الدائرة لمحول التعزيز:

للوهلة الأولى ، قد يبدو لك أن الطوبولوجيا ليست مثل باك ، ولكن إذا نظرت عن كثب ، فسيصبح من الواضح أنهما توأم. بعد ذلك سترى ذلك بشكل أكثر وضوحًا ، ولكن الآن ، دعونا نحلل مراحل محول التعزيز.

تراكم المرحلة من تهمة. في اللحظة التي يتم فيها تشغيل المحول ، تكون سعة خرج C2 تحت V المحتملة ، منذ ذلك الحين التدفقات الحالية من خلال مغو L1 والصمام الثنائي VD1. يبدأ جهاز التحكم (وحدة التحكم PWM أو DSP) في إنشاء إشارة PWM ويغذيها إلى بوابة الترانزستور VT1. عندما يتم فتح الترانزستور VT1 ، اتضح أن الدائرة مغلقة ، يتم توصيل الحث L1 بمصدر الطاقة ويبدأ في تجميع الطاقة. الحالي من خلال VD1 لا يتدفق ، ل الإمكانات في الكاثود أعلى (حوالي V _في ) من الإمكانات في الأنود (GND المحتملة ، حوالي 0V).
مرحلة تصريف الحث. الآن تغير إشارة PWM قيمتها من 1 إلى 0 ويغلق الترانزستور VT1. في هذه المرحلة ، يسعى المحث L1 إلى الحفاظ على القيمة الحالية عن طريق زيادة الإمكانات. عند إدخال المحث ، لا تزال الإمكانات هي نفسها _في الداخل ، وبالتالي فإن الإمكانات تنمو عند نقطة "خنق الأنبوب VT1- الأنود VD1". عندما تصبح الإمكانات في هذه المرحلة أكبر من الإمكانات الموجودة في الكاثود VD1 ، يبدأ التيار بالتدفق خلال VD1 إلى التحميل ويشحن في نفس الوقت السعة الناتجة C2. في هذه المرحلة ، يتم إغلاق الدائرة أيضًا ، ولكن ليس من خلال VT1 ، ولكن من خلال المسار "L1-VD1-C2-load":

علاوة على ذلك ، هذه المراحل ببساطة بديل ويعمل المحول. بالنسبة لأولئك الذين لا يفهمون أي شيء ، سأشرح كيف يرتفع الجهد الكهربائي. في اللحظة التي يكون فيها VT1 مغلقًا ، يبدأ الخانق في التفريغ وفي الوقت الذي يتم فيه "التفريغ" ، يميل الجهد الموجود عليه إلى ما لا نهاية. نعم ، هذا في نظام مثالي ، ولكن في الحياة الواقعية سوف يكون الجهد مقيدًا بمقاومة الحمل ، والذي يتم توصيله في سلسلة مع المحاث والصمام الثنائي ، وأيضًا إذا كان هناك تحكم ، فعليك أيضًا التغذية الراجعة.

لا يزال يتعين استكماله بمرحلة تخزين الطاقة. في لحظة التشغيل ، لا يوجد عملياً طاقة مخزنة في مكثف الإخراج C2 ، ولكن بعد المرحلة الأولى من التفريغ يتم شحنه والإمكانات الموجودة عليه _خارج V ، مما يعني أنه في المراحل اللاحقة من تخزين الطاقة ، ستوفر هذه السعة C2 الحمل مع الطاقة ، وبالتالي لن يكون هناك انقطاع في الحمل الحصول على الطاقة. ويترتب على ذلك أن C2 يجب أن يكون لديه سعة تجعل الطاقة المخزنة كافية لتوفير الطاقة للحمل طوال فترة فتح الترانزستور ( _تشغيل ). وفقًا لما هو موضح أعلاه ، بدءًا من الجولة الثانية من المراحل المتكررة ، تبدو مرحلة تراكم الشحن كما يلي:

كما ترون ، يتم الحصول على دائرتين مغلقتين. تغلق الدائرة "الحمراء" عبر VT1 ويتم شحن الخانق ، وتغلق الدائرة "الخضراء" خلال الحمل. لا يحدث "خلط" العمليات / الطاقة في هذه الحالة بسبب وجود الصمام الثنائي VD1 ، لأن في أي وقت ، ستكون إمكانات الكاثود VD1 أعلى من الإمكانات الموجودة في الأنود.

الآن دعونا نتعرف على ما يحدث مع الجهد ، وما هو اتصال الجهد الناتج مع الجهد عند مدخل المحول. كما هو الحال في محول باك ، فإن تعزيزنا له اعتماد خطي لجهد الخرج على المدخلات ، ومعامل النقل يساوي نسبة التشغيل:

كما ترى ، العلاقة بسيطة ومباشرة ، لذا يمكنك ضبط جهد الخرج ببساطة عن طريق تغيير دورة التشغيل لإشارة PWM الخاصة بنا. من صيغة التنظيم ، تتبع الخوارزمية أيضًا:

لزيادة الجهد في الإخراج - من الضروري زيادة دورة العمل ؛
لتقليل الجهد في الإخراج - من الضروري تقليل دورة العمل.

نحن الآن نفهم كيف يعمل محول التعزيز والمنطق للتحكم في الجهد الناتج. لتعزيز المعرفة ، سنقوم بتحليل بضع تجارب على الذبذبات ونرى هذه التبعيات في الممارسة.

دعنا نأخذ مصدر جهد ثابت 10 فولت ، على سبيل المثال ، مزود طاقة المختبر ، لأغراض التوضيح ، وتطبيق إشارة PWM على الترانزستور VT1 ، والتي سيتم تغيير دورة العمل خلال التجربة. ترتبط تحقيقات الذبذبات بالنقاط التالية في الدائرة:

تجربة رقم 1. جهد الدخل (V _in ) هو 12V ، ودورة العمل لإشارة PWM هي 0.75:
تجربة رقم 2. جهد الدخل (V _in ) هو 12V ، دورة عمل إشارة PWM هي 0.5:
تجربة رقم 3. جهد الدخل (V _in ) هو 12V ، ودورة العمل لإشارة PWM هي 0.25:

لقد رأينا الآن من الناحية العملية أن جهد الخرج يعتمد خطيًا على دورة التشغيل ، وبالتالي يمكننا بناء نظام تحكم (CS) يراقب جهد الخرج باستخدام ADC ، وبناءً على القيمة المقاسة ، قم بتقليلها أو زيادتها (واجب).

الفصل 2 - قيود تصميم محول دفعة

كما فهمت ، لا يوجد طوبولوجيا مثالية ، وإلا فلن يكون هناك الكثير منها وسيستخدمها الجميع فقط ، على سبيل المثال ، جسر كامل. في هذه الحالة ، تحتوي المحولات المعززة أيضًا على عدد من الميزات التي تفرض قيودًا على استخدام هذا الهيكل:

يجب ألا يتجاوز الجهد الناتج المدخلات أكثر من 3 ... 4 مرات.
من المؤكد أن الخبراء سوف يركضون هنا ويخبرون كيف زادوا من الجهد التعويضي من + 5 فولت بمقدار + 180 فولت باستخدام MC34063 في ساعة IN-12! هذا أمر رائع بالتأكيد ، ولكن دعنا نقدر دورة العمل لهذه الحالة ، لرفع الجهد من 5V إلى 180V ، تحتاج إلى جعل المحول يعمل في معامل حوالي 0.972 (!). أعتقد أنه لا داعٍ للقول إن هذه فكرة سيئة ، وأن الترددات العابرة أثناء تبديل الترانزستورات ستكون لها مدة قابلة للمقارنة ، وربما لفترة أطول.

أيضًا ، مع عامل الواجب هذا ، اتضح أن الترانزستور مفتوح دائمًا تقريبًا ، مما يعني أن التيار يتدفق من خلاله ونحصل على أقصى قيمة ممكنة للخسائر الساكنة ، وبالتالي انخفاض الكفاءة.

ما الذي يؤدي إليه هذا في الواقع إلى ... عند انخفاض الطاقة (نفس الحالة مع mc34063) ، يتم ضمان التشغيل غير المستقر والموثوقية المنخفضة والتموج الحالي والكفاءة المنخفضة المقترنة بزيادة تسخين عناصر الطاقة. في السلطة العليا - برودز.

على سبيل المثال ، انتبه إلى PFC ، فهي تعمل جميعها بمعدل أقصى قدره 1: 4 ، أي نفس المدخلات العامة 85 ... 265VAC أو منظم الجهد مع 90 ... 310VAC. على سبيل المثال ، يمكنك النظر في محولات الشبكة باستخدام MPPT ، حيث يكون الإخراج 800V ، 200 ... 600VDC هو الإدخال ، أي أن النسبة هي 1: 4 ؛
الجهد على الترانزستور. يرتبط هذا القيد ارتباطًا وثيقًا بأطروحة حول النسبة الموضحة أعلاه ولهذا السبب ... يجب أن يحتوي الترانزستور VT1 على جهد مصدر التصريف يساوي الحد الأدنى لجهد الخرج ، وفي الأجهزة الحقيقية أيضًا بهامش لا يقل عن 20٪ بالنسبة إلى التموج. للمفاتيح ذات الجهد العالي مقاومة كبيرة للقناة ، وبنسبة كبيرة من الجهد ومدخلات التيار ستكون كبيرة للغاية ، مما سيؤدي إلى خسائر كبيرة في الترانزستور ؛
الجهد ديود. إذا نظرت بعناية إلى دائرة المحول ، فسيصبح من الواضح أن الجهد المساوي لجهد الخرج يتم تطبيقه على الصمام الثنائي VD1 ، أي إذا كان لديك خرج 400V ، فيجب أن يتحمل الصمام الثنائي هذه 400V أيضًا.

في هذا الصدد ، هذا الطبولوجيا لديه زائد مثيرة للاهتمام ، ل نظرًا لأن الصمام الثنائي عالي الجهد ويتدفق التيار فيه عدة مرات أقل من التيار عبر الترانزستور ، فإن استخدام الصمام الثنائي Schottky أو SiC في العديد من الحلول سيسمح بخسائر أقل من استخدام الطوبولوجيا المتزامنة (نصف جسر على الترانزستورات). ينطبق هذا على الحلول التي يبلغ إنتاجها 200 فولت أو أكثر ، وتكون النسخة المتزامنة من الطوبولوجيا ذات صلة فقط بجهد يصل إلى حوالي 100 فولت ؛
الجهد المكثف. يبدو الأمر وكأنه نقطة واضحة ، ولكن في حالة حدوث ذلك ، سأوضح أن مكثف الخرج يجب أن يتحمل الجهد المساوي للإخراج ، والذي في العديد من المهام التي يتم فيها تطبيق التعزيز يمكن أن يكون 400 و 800 وحتى 1500VDC.

مما سبق ، أعتقد أنه من الواضح تمامًا أنه من المعقول استخدام محول تصعيدي عندما تحتاج إلى زيادة الجهد بحد أقصى 3 ... 4 مرات وفي نفس الوقت لا تحتاج إلى عزل كلفاني ، وفي حالات أخرى تحتاج بالفعل إلى البحث عن طبولوجيا الدفع أو الجسر الكاملة. لا تملك القدرة على محولات التعزيز ، من حيث المبدأ ، حدًا أقصى ، فهناك مركبات الكربون الكلورية فلورية لعشرات كيلووات ومحولات لمحطات الطاقة الشمسية لكل ميغاواط ، والتي بنيت على هذا الهيكل.

الفصل 3 - حساب جزء قوة المحول

حان الوقت لحساب عناصر الطاقة الرئيسية لتجميع النموذج الأولي. كمصدر للطاقة ، سأستخدم مصدر طاقة المختبر مع إخراج 12V ، كما إذا أراد شخص ما التكرار ، لكن لا يوجد LBP ، فيمكنك استخدام البئر الصيني المعتاد على 12V 5A. مصباح متوهج في 36V وقوة 60 واط سيكون بمثابة تحميل بصري اليوم. لقد حددت المصدر وتحميله على وجه التحديد بحيث يمكن تجميع التصميم في أي قرية ، بينما يكون رخيصًا ويتحمل نسبة 1: 3. المجموع لدينا بيانات الإدخال التالية:

مساهمة الجهد: 12V
انتاج التيار الكهربائي: 36 فولت
الطاقة المقدرة : 60W
تردد التحويل: 100 كيلو هرتز

حساب وتصنيع دواسة الوقود

سأبدأ مع الأكثر إثارة للاهتمام والأهمية ، لأنه هذا هو الحال مع حساب الحث السلطة التي عادة ما يكون للمطورين مشاكل. ألاحظ على الفور أنني سأحسب قيمة الحث للوضع الحالي المستمر (CCM).

للبدء ، دعونا نعثر على الحد الأقصى لقيمة دورة العمل التي سيعمل بها محولنا. سيتم تعيين هذه القيمة بواسطة جهاز التحكم PWM بأقل جهد كهربي للإدخال. على سبيل المثال ، أخطط لتشغيل المحول من مصدر طاقة ثابت ، ثم V _min = V _nom . إذا اخترت ، على سبيل المثال ، بطارية حمض الرصاص ، فإن نطاق الجهد يكون 10.2 ... 14.2V ، وفي هذه الحالة ، يجب أن تأخذ قيمة 10.2V للحسابات ، لأن سوف يحقق أقصى دورة عمل. كحد أدنى سوف آخذ قيمة تساوي 12 فولت . الصيغة نفسها للحساب بسيطة وتبدو كما يلي:

الآن نحن بحاجة لحساب تموج الحالية في محث. كل من قرأ مقالتي حول باك باك ربما تذكر أننا اخترنا هذه القيمة بأنفسنا وعادة ما يتم وضعها من 20 إلى 50 ٪ ، وسوف يستغرق مجموعة من 30 ٪ والآن سنجد القيمة الحالية:

الآن نحسب الحد الأدنى لقيمة الحث ، والتي ستكون مطلوبة للبقاء في الوضع الحالي المستمر:

لتصنيع الخانق ، سألتقط الخانق R26 / 14/11 (R هي الخاتم ، والأرقام هي الأبعاد) من مادة Kool Mu مع نفاذية 60 ، يمكنك تنزيل الوثائق الخاصة به وشراءه هنا - Lepkos .

الآن دعنا نتعرف على عدد الدورات التي نحتاجها للحصول على الحد الأدنى من الحث:

هذا هو الحد الأدنى لعدد الأدوار التي سيبقى فيها المحول في وضع التيار المستمر مع جهد كهربي أدنى يبلغ 12 فولت. من أجل الموثوقية ، فلنلقِ القليل من المنعطفات ~~حتى نتمكن بالتأكيد من~~ إخراج 3 أدوار أخرى ، أي 29 دورة . دعنا نتعرف على الحث الذي انتهى بنا المطاف بالعديد من المنعطفات:

لقد حصلنا على قيمة (نهائية) جديدة من الحث وعدد المنعطفات ، دعونا نتحقق مما إذا كنا قد تجاوزنا الحد التعريفي لهذا النواة:

يتكون جوهر المواد Kool Mu التي الحد التعريفي 0.5 طن. كما ترون مع هذا الأساسية ، يتم الحصول على هامش خمسة أضعاف. ~~N - الموثوقية!~~ من هذا المنطلق يمكننا استنتاج غير مباشر أنه على تردد 100 كيلو هرتز ، يمكن ضخ حوالي 300 واط من خلال هذا القلب.

الآن دعونا نقرر على سلك متعرج. لدي الكثير من السلك المفضل لدي بقطر 0.6 مم في المستودع الخاص بي ، والذي يتوافق مع المقطع العرضي لأحد النواة البالغ 0.283 مم ² . سيكون متوسط التيار في النواة حوالي 5A ، على التوالي ، إذا قمت بلفه في قلب واحد ، فسنحصل على كثافة حالية تبلغ 5A / 0.283 مم ² = 17.66 A / mm ² ، وهو أكثر من اللازم وسوف يكون هناك تسخين مفرط للمحث. هناك العديد من الأماكن لللف ، واللب كبير كبير ، لذلك أنا سوف الرياح في 2 النوى ، مما سوف يقلل من كثافة التيار بمقدار 2 مرات إلى قيمة 8.83 A / مم ² . سيسمح لك ذلك بالحصول على درجة حرارة مرتفعة مقارنة بالبيئة خلال +20 ^درجة مئوية.

تم تحديد جميع معلمات المحث: الأبعاد R26 / 14/11 ، المادة Kool Mu ، عدد اللفات 29 ، سلك اللف بقطر 0.6 ملم واللف في 2 قلب. دعنا نذهب متعرجا:

الجرح ، تأمين نهاية لف ، سجل الشريط كامل لف - القيام به. يبقى لقياس القيمة الفعلية لمحاثة المحث:

حصلت على القيمة المطلوبة! الآن يمكنك المتابعة بأمان إلى حساب سعة الإخراج. المنطق بسيط في الأساس - فكلما زادت سعة الإخراج ، انخفض التموج. صحيح ، من المفيد أن نفهم أنه إذا أخذت السعة بعدة أوامر من الحجم أكبر من النظام المحسوب ، فسيكون ثابت الوقت كبيرًا للغاية ولن يعمل نظام التحكم (SU) بشكل صحيح ، وبالتالي ، فإننا نحسب قيمة الحد الأدنى للسعة للمكثف (C2):

على ترددات داخل 200 كيلو هرتز ، حيث لا يزال يتم وضع الشوارد الرخيصة ، عادةً ما اضرب هذه القيمة الدنيا بمقدار 2 ... 3 وقمت بتعيين هذه القيمة. في المهمة الحالية ، أستخدم وحدة طاقة تصحيح الأخطاء ، ويتم بالفعل تثبيت الإلكتروليت عليها ، والتي تلعب دور سعة الخرج في طوبولوجيا التعزيز ، والتي سأناقشها بمزيد من التفصيل في الفصل التالي.

السعة الكلية للشوارد هي 3000 فهرنهايت ، وهذا كثير في هذه المهمة ، لأنه تم تصميم اللوحة للحصول على طاقة أعلى. مع هذه السعة الكبيرة للناتج ، فإن التغذية الراجعة ليست حلوة ، ولكن بالنسبة للتجارب ، فستكون كذلك.

يبقى أن يقال بطلاقة عن الترانزستورات. فهو يقع في حوالي الترانزستورات! يمكنني استخدام وحدة نصف جسر ، وبالتالي تنفيذ محول دفعة متزامن. تم تجهيز الوحدات بوحدات ترانزستورات IPP083N10N5AKSA1 بجهد مصدر تصريف 100 فولت ، مما يوفر ثلاثة أضعاف تقريبًا من الجهد وبالتالي يغطي المهمة - نحن نمرر عبر الترانزستور VT1 ، ويتم استبدال الصمام الثنائي VD1 بواسطة ترانزستور مشابه ، وبالتالي فإننا نمر.

الفصل 4 - رمز للتحكم في القيادة

بما أنني سأخبرك عن خوارزميات التحكم في مقالة منفصلة ، فسيتم التحكم في المحول اليوم بواسطة نفس البرنامج الذي تم استخدامه في المقالة ، والذي تحدث عن طوبولوجيا باك ، يمكنك قراءتها هنا . في فصل التعليمات البرمجية ، يمكنك قراءة التفاصيل حول تهيئة HRPWM و ADCs ، وكذلك حول تزامنها.

حدثت التغييرات في التعليمات البرمجية في مكان واحد فقط ، وهو معالج المقاطعة مع ADC - تم تغيير عتبة القطع ، لأن أنا استخدم مقسم الجهد مختلفة. حسنًا ، قمت بتصحيح الحالة بحيث لا يكون هناك تجاوز مفرط:

void ADC1_2_IRQHandler (void) { ADC2->ISR |= ADC_ISR_EOC; adcResult = ADC2->DR; if (adcResult >= 3400) { dutyControl = dutyControl - 10; } else { dutyControl = dutyControl + 10; } SetDutyTimerA(dutyControl); }

ستجد المشروع المصدر لـ TrueSTUDIO في نهاية المقالة كأرشيف. الآن وقد تم تفكيك مبدأ تشغيل المحول ، وتم حساب جميع المكونات ، وهناك برنامج تحكم ، يمكنك البدء في تجميع التصميم واختباره للتشغيل وصحة النتائج.

الفصل 5 - تجميع التصميم واختبار تشغيل المحول

ننتقل إلى المرحلة الأكثر إثارة للاهتمام والملونة ، وهي تجميع التصميم والتحقق من الأداء. في بداية المقال ، أشرت إلى العلاقة بين طبولوجيا الطباع الداعمة وتعزيز الطباع ، فلنحلل ذلك الآن ، لأن على وحدة نصف جسر ، وهذا واضح للغاية. أولاً ، دعنا ننظر إلى دائرة تحويل باك:

يسلط الإطار الأخضر الضوء على المكونات التي تم تثبيتها على وحدة الطاقة في الجسر النصف ، كما ترون هنا تعمل C1 بمثابة سعة إدخال ، ومكثف C2 كمخرج. الآن لنرسم دائرة محول التعزيز:

من هو منتبه ولاحظ ما الذي تغير؟ نعم ، من حيث المبدأ ، لم يتغير شيء ، الغريب ، والفرق الوحيد هو أن المدخلات والمخرجات قد تغيرت الأماكن. كما ترى ، فإن الطوبولوجيا نفسها متطابقة ، وهناك خاصية أخرى مثيرة للاهتمام تتبع ذلك - إذا تم تطبيق طبولوجيا متزامنة ، فيمكن للمحول أن يعمل كمحول ثنائي الاتجاه!

مثال؟ سهل تخيل وجود جهاز محمول مزود ببطارية USB وبطارية ليثيوم أيون. عند توصيل USB ، يعمل المحول في وضع باك ويشحن البطارية ، بمجرد فصل كبل USB ، ينتقل المحول إلى وضع التعزيز ويرفعه من 5 فولت إلى 5 فولت الذي يتم تشغيل الجهاز منه. رائع! وهناك الكثير من المهام المماثلة حيث تكون هذه الميزة مفيدة.

قمت بتجميع التصميم وفقًا للمخطط الثاني ، وفيه يكون المكثف C1 هو مجرد سعة الإخراج ، أي أنه مثبت بالفعل وهو يكفي لرمي خنق على الوحدة النمطية ، التي صنعناها وسعة الإدخال. في دور السعة المدخلة C2 ، استخدمت زوجًا من المكثفات الإلكتروليتية عند 4700 درجة فهرنهايت 25 فولت وفي النهاية حصلت على هذا النموذج من وحدة الطاقة:

نقوم الآن بتوصيل وحدة التحكم ومصدر الطاقة بجزء الطاقة ، وفي هذه الحالة يكون مصدر طاقة المختبر:

سنقوم الآن بملء البرنامج الثابت في متحكم التيار الكهربائي من فني المختبرات ، وضبط عامل التعبئة البالغ 30000 من أصل 45000 ، والذي وفقًا لصيغتنا سيزيد من جهد الدخل بمقدار 3 مرات: V _out = 12V / (1 - 0.66) = 12 / 0.33 = 36 ، 36 ب. بعد ذلك ، نرى أن المصباح يضيء بشكل مشرق:

الآن نقوم بتوصيل الذبذبات بنفس النقاط ونرى النتيجة التالية:

كما ترون ، يعمل الجهاز بشكل صحيح: لقد زاد الجهد فعليًا 3 مرات ، واستهلاك المدخلات حوالي 60 واط ( نعم ، أعلم أن المصباح يحتاج إلى 36 "تغيير" ) ، يستهلك المصباح نفسه تيارًا يبلغ 1.61 A. للتوضيح ، سأترك مقطع فيديو قصيرًا للعمل :

يبقى لمعرفة مقدار ارتفاع المحول في ظل هذه الظروف. اقترحت أن ارتفاع درجة الحرارة سيكون الحد الأدنى ، كما تم حساب كل شيء بشكل صحيح ، وتم أخذ المكونات بهامش ، لذلك وضع محول الطاقة في البيئة بدرجة حرارة تبلغ حوالي + 10 ^درجة مئوية لتعزيز تباين مجال درجة الحرارة.

منهجية الاختبار بسيطة وتتكون من ثلاث مراحل:

أضع المحول في بيئة درجة حرارة +10 ^درجة مئوية فيها وانتظر حتى يبرد ويصبح غير قابل للتمييز تقريبًا في التصوير الحراري مقابل الخلفية العامة ؛
أقوم بتشغيل المحول ، واتركه يعمل لمدة 5 دقائق وقم بقياس العرض العام للمحول وفصل مكونات الطاقة ؛
أترك المحول يعمل لمدة ساعة أخرى وأقيسه مرة أخرى ، وانظر إلى أي مدى ارتفعت درجة حرارة المكونات.

بعد هذه التجربة ، سيكون من الممكن استخلاص استنتاجات تقريبية حول إمكانية تشغيل المحول في التشغيل المستمر ، وكذلك لفهم كيفية ارتفاع درجة حرارة الجهاز فيما يتعلق بدرجة الحرارة المحيطة ، مما سيمكن من التنبؤ بسلوك الجهاز في درجات الحرارة المحيطة العالية. لذلك دعونا نبدأ:

القياس رقم 1 - تم وضع محول الطاقة في بيئة درجة حرارة حوالي + 10 ^درجة مئوية:

يمكن ملاحظة أن اللوحات يتم دمجها تقريبًا بالكامل مع البيئة ، مما يعني أنه يمكنك تشغيل والبدء في تقييم درجة حرارة المحول بالفعل تحت الحمل المقدر.
القياس رقم 2 - يعمل المحول بمعدل تحميل 100٪ لمدة 5 دقائق ، ودرجة الحرارة المحيطة تبلغ حوالي +10 ^درجة مئوية:

بعد 5 دقائق من التشغيل ، أصبحت الصورة أكثر تباينًا وتظهر بوضوح كلاً من المحول نفسه ومكونات التدفئة الرئيسية. أصبح حاملو سجلات الانهاك معزولين عن العاصمة / العاصمة لسائقي الترانزستور مع درجة حرارة +29 ^درجة مئوية ، ولكن لا يوجد شيء غريب هناك ، لأن ارتفاع درجة الحرارة +20 ... 30 ^درجة مئوية هي الاسمية بالنسبة لهم ، وهو ما ينعكس في الوثائق. يحتل المركز الثاني خنقًا ، درجة حرارته +28 ... 29 ^o ، وهو أكثر من جيد ، لأن في كثير من الأحيان يمكن أن يصل مستوى عمل الإختناقات إلى مستوى +80 ... 100 ^o . درجة حرارة المبرد هي +20 ... 21 ^o ، وتكون الترانزستورات أكثر سخونة بدرجة ، وربما أقل ، لأن أي تصوير حراري في الواقع ليس الجهاز الأكثر دقة في العالم.
القياس رقم 3 - يعمل المحول بمعدل تحميل 100٪ لمدة ساعة ، وتكون درجة الحرارة المحيطة حوالي + 10 ^o C:

بعد ساعة من التشغيل ، ارتفعت درجات الحرارة واستقرت ، حاولت قياسها بعد 3 ساعات ، لكن النتيجة لم تتغير ، أو بالأحرى ، تتغير في مستوى خطأ القياس ، لذلك لم أقم بإضافة هذه المرحلة. في غضون ذلك ، دعونا ننظر إلى درجات الحرارة بعد ~~وصول~~ المحول ~~إلى سرعة الانطلاق~~ في الوضع الاسمي.

نمت درجة حرارة المبرد بنسبة +4 ^درجة مئوية ، واندمجت الترانزستورات معها ، لأن كل شيء تحسنت ووزعت الحرارة بالتساوي. نمت درجة الحرارة على العاصمة / العاصمة المعزولة بنسبة +9 ^درجة مئوية ووصلت إلى مؤشرات جواز السفر المحموم ، حتى الهامش ظل عند درجتين. زادت درجة حرارة الخانق بمقدار +3 درجات مئوية.

دعونا نلخص ... درجة حرارة الترانزستورات أمر طبيعي ، مما يعني أن الخسائر تعيسة وأن وحدة الطاقة نفسها تعمل بشكل صحيح ، لا توجد من خلال التيارات ، لا توجد مشاكل مع تركيب الترانزستورات ، بالمناسبة ، إنهم يجلسون على ركيزة خزفية في قطرة من معجون MX-4 الحراري ، لا تحتاج إلى إضافة الكثير من المعجون - سيكون أسوأ.

تكون درجة حرارة المحث طبيعية أيضًا ، مما يعني أن المحاثة قد تم حسابها بشكل صحيح وأن الحجم الأساسي تم قياسه أيضًا وفقًا للأبعاد ، ~~حسنًا ، نعم بهامش 5 أضعاف :))~~ ، أي أنه لا يشبع ولا تسخن اللفة بالقيمة الحالية للكثافة الحالية.

مكافأة فضولي

الحفاظ على المصباح الكهربائي في التصوير الحراري :))

الخاتمة

لقد قمت اليوم بدراسة طوبولوجيا المحولات التالية ، وآمل أن تصبح المادة ورقة غش مفيدة لك عند تطوير محولات التعزيز التقليدية والتحكم DSP. في المرة القادمة أخطط للحديث عن الطوبولوجيا ذات الشعبية المتساوية ، وربما الأكثر فائدة ، لجسر كامل أو جسر كامل ، سأتحدث عن حسابات المحول وكيفية صنعه.

للحصول على الدعم في إنشاء المادة الخاصة بالمقالة ، أود تقليديًا أن أشكر شركة PCBway ، التي تسهل عملية إنشاء تخطيطات لي بلوحات الاستنسل الخاصة بي.

والأهم من ذلك - أن شفرة المصدر لوحدة الطاقة ولوحة التحكم والرمز نفسه ، كالعادة ، متاحة للجميع ليراها. حتى الآن ، فقط في شكل محفوظات ، كيف تحصل على يديك ، تحتاج أخيرًا إلى إنشاء مستودع على جيثب.

تطوير محول دفعة على DSP: مبدأ التشغيل ، والحسابات ، والنماذج