50 sombras de tocón *. Microcontroladores en fuentes de alimentación conmutadas. Parte 2

NAP * - Periférico independiente central

Microcontroladores en fuentes de alimentación conmutadas
Parte 2

En la parte anterior del artículo , consideramos la opción de construir un controlador PWM "típico" de una fuente de alimentación conmutada (IIP), las opciones de implementación de los controladores PWM basados ​​en un stub y algunas topologías de IIP.
Continuaremos conociendo las capacidades de los periféricos independientes centrales aplicados a la tarea de construir fuentes de alimentación conmutadas.

Convertidor síncrono

Si el voltaje de salida es suficientemente bajo y se vuelve comparable con la caída en el diodo, entonces la eficiencia de la fuente cae significativamente. Para mejorar los parámetros de IIP, el diodo puede reemplazarse por un MOSFET, cuya caída de voltaje es mucho menor que en el diodo en conexión directa. Obtenemos un convertidor síncrono.

Fig. 2.1.a. Convertidor de dinero

Fig. 2.1.b. Convertidor síncrono reductor

Para la formación de dos señales PWM antifásicas, se pretende un módulo periférico para generar señales de salida complementarias (COG).

Generador de señal complementario

le permite controlar el período y el ciclo de trabajo de una o dos salidas complementarias utilizando dos fuentes de señal de entrada. Junto con la capacidad de controlar parámetros clave, como tiempo muerto, supresión, fase, polaridad, apagado automático y recuperación automática, el módulo COG proporciona una herramienta poderosa para construir un núcleo de controlador PWM. El generador de señales complementarias en microcontroladores Microchip de 8 bits es completamente autónomo y, en el caso general, no requiere la intervención del núcleo MK. Para un conocimiento más detallado de COG, recomiendo consultar la descripción técnica de TB3119 [4].

El módulo COG es algo similar al disparador SR, también tiene entradas de configuración y reinicio, pero funciona en eventos (Evento ascendente y Evento descendente). Los eventos se registran tanto en los frentes / recesiones como en los niveles de las señales de entrada seleccionadas. Las señales de entrada pueden ser externas (puertos de entrada) o internas (temporizador, PWM, comparadores, celdas lógicas configurables, etc.). Las salidas del generador de señal complementario son capaces de operar en varios modos: medio puente, puente completo, push-pull, PWM. Las señales de salida se forman teniendo en cuenta la tarea del tiempo del medidor, la supresión, el retraso de fase y la polaridad. Como regla general, los puertos de salida del módulo COG tienen una mayor capacidad de carga (50-100 mA).

Para proteger las etapas de potencia de salida, se proporcionan entradas de disparo, de acuerdo con los eventos en los que las salidas del módulo se transfieren a un estado seguro (0, 1 o tercer estado). Si la alarma desaparece, el módulo se puede encender automáticamente o se requiere la intervención del programa.

El módulo COG permite el uso de topologías con un transformador, que se utilizan comúnmente para SMPS con aislamiento galvánico.

Al construir convertidores usando transformadores, también se usan modos de control de voltaje y corriente con control proporcional o histéresis, es decir. todo lo mismo que se consideró anteriormente en la primera parte del artículo.

Fig. 2.2. Topologías IPS con transformadores.

Fig. 2.3. Modo de control de voltaje de histéresis. Opción con voltaje de salida fijo y ajustable.

Fig. 2.4. Modo de control de corriente histérea

Fig. 2.5. Modo de control actual con control proporcional.

Control PWM Alternante Multifásico

En los convertidores multifásicos, a menudo se usa un modo de operación intercalado, en el que se usa la separación de corriente entre varias topologías paralelas idénticas. Esta topología le permite obtener un filtrado más eficiente (menos corriente de ondulación), reducir el tamaño de la fuente (menos filtro) y aumentar la eficiencia.

Un convertidor intercalado consta de varios canales idénticos, cuyas entradas y salidas se combinan, pero las fases de control de dichos convertidores se desplazan 360 ° / n, donde n es el número de fases.

Para un convertidor de refuerzo alterno de dos fases, dos canales funcionan en antifase: dos señales PWM se desplazan 180 ° entre sí.

Un diagrama simplificado se muestra en la Fig. 2.6. [5] Las teclas S1 y S2 se abren alternativamente. Cuando la tecla S1 está abierta, S2 está cerrada, entonces L1 se carga y L2 proporciona la energía acumulada previamente a la carga. A continuación, los canales se alternan.

Fig 2.6. Ilustración de cómo funciona la fuente de alimentación conmutada intercalada.

A continuación se muestra un diagrama de un convertidor elevador alternativo síncrono de dos fases [6].
El convertidor funciona monitoreando el valor de corriente pico con un circuito de retroalimentación de voltaje común, que proporciona el control de dos circuitos de corriente independientes. El controlador proporciona equilibrio de corriente entre fases, protección contra cortocircuito y baja ondulación durante las transiciones entre modos de conducción continua e intermitente.

Para la rectificación sincrónica, se necesitan medidas adicionales para evitar que la corriente fluya de regreso a la entrada cuando la inductancia deja de descargarse en el modo de conductividad discontinua (DCM). El interruptor superior del convertidor síncrono debe apagarse cuando la corriente en la inductancia se convierte en cero.

Figura 2.7. Impulso síncrono intercalado bifásico

Fig. 2.8. Convertidor reductor síncrono intercalado bifásico

Fig. 2.9. Convertidor flyback intercalado bifásico

Figura 2.10. Convertidor lineal intercalado bifásico

En TB3155 [6] se proporcionan detalles de varias opciones para IIP intercalados basados ​​en microcontroladores PIC.

Control de frecuencia variable

En los ejemplos anteriores, el temporizador establece la frecuencia de activación PWM, es decir control implementado con una frecuencia PWM fija.

El método de control con una frecuencia fija perderá eficiencia a bajas cargas, ya que tiene pérdidas de clave fijas. Dado que estamos considerando soluciones en un microcontrolador, podemos proporcionar fácilmente una frecuencia de conmutación variable en función de la corriente de carga y el modo de funcionamiento del convertidor.

En un controlador con una frecuencia PWM fija, el modo de corriente intermitente se implementa más fácilmente cuando la corriente no fluye a través de ningún elemento del convertidor.

Figura 2.11. Modo de corriente intermitente.

Los periféricos independientes del núcleo pueden ayudar en la implementación del modo de conducción crítica cuando la corriente se alcanza a cero. En este caso, el controlador PWM cambia automáticamente la frecuencia de conmutación para estar en modo de conducción crítica.

Figura 2.12. Modo crítico de conducción de corriente.

Los periféricos configurables le permiten implementar otros algoritmos: si configura la señal del comparador para restablecer el temporizador, puede implementar el control con un tiempo de apagado fijo (tiempo de apagado fijo) o con un tiempo de encendido fijo (tiempo de encendido fijo o tiempo de encendido constante).

La administración con un tiempo de encendido fijo le permite construir un IPS con corrector de potencia [7].

Figura 2.13. Un controlador PWM controlado por voltaje en una configuración de tiempo fijo (COT) en modo de conducción crítica.

Entonces, examinamos alguna topología de IIP. Todos los periféricos necesarios para la implementación de controladores PWM están contenidos en microcontroladores de la serie PIC16F176x. Podemos implementar cualquiera de las topologías descritas en la periferia independientemente del núcleo, es decir, El funcionamiento de los controladores PWM descritos no depende de la velocidad del núcleo.

Continuará ...