पावर कन्वर्टर कंट्रोल मॉड्यूल: विकास और संयोजन

यह कोई रहस्य नहीं है कि परिष्कृत आधुनिक कन्वर्टर्स, उदाहरण के लिए, ऑनलाइन यूपीएस, डीएसपी / एमके या एएसआईसी के नियंत्रण में काम करते हैं। पावर इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए डीएसपी के मुख्य आपूर्तिकर्ता दो कंपनियां हैं - टेक्सास इंस्ट्रूमेंट्स और इनफिनन, लेकिन आज हम STMicroelectronics उत्पादों - STM32F334 श्रृंखला पर ध्यान केंद्रित करेंगे। यह एमके लाइन इलेक्ट्रिक ड्राइव को नियंत्रित करने और पावर कन्वर्टर्स बनाने के लिए डिज़ाइन की गई है: पीएफसी, इनवर्टर, स्विचिंग बिजली की आपूर्ति, यूपीएस और अन्य।

बेशक, F334 श्रृंखला TMS320F28335 और अन्य जैसे लोकप्रिय समाधानों की "शक्ति" का सामना नहीं कर सकती है, लेकिन इसका एक महत्वपूर्ण लाभ है - लागत। सबसे बड़े पत्थर STM32F334R8T6 की लागत $ 5 है, इसमें बाह्य उपकरणों (HRPWM, ADC, तुलनित्र) के आवश्यक सेट पर है और अच्छी विश्वसनीयता और विफलता के प्रतिरोध के साथ पर्याप्त रूप से शक्तिशाली कन्वर्टर्स (kW के दसियों) के निर्माण के लिए प्रदर्शन किया है।

इलेक्ट्रॉनिक्स डेवलपर के लिए, डीएसपी / एमके के आसपास का इकोसिस्टम जिसके साथ वह काम करता है वह महत्वपूर्ण है: डॉक्यूमेंटेशन, डीबगिंग टूल्स, कोड उदाहरण और हार्डवेयर। टीआई के पास यह सब है, हाँ - यह महंगा है, हाँ - इसे खरीदना मुश्किल है, लेकिन यही कारण है कि इलेक्ट्रिक ड्राइव और ऊर्जा लागत के क्षेत्र में सबसे आधुनिक समाधान TMS320 है। किसी कारण से, एसटी कंपनी ने F334 श्रृंखला को नजरअंदाज कर दिया, हालांकि किसी भी एसटीएम 32 पर अच्छी गुणवत्ता के दस्तावेज हैं, लेकिन पूर्ण कोड और डिबग बोर्ड (F3348-डिस्को खिलौना नहीं माना जाता है) के साथ हार्डवेयर के कोई उदाहरण नहीं हैं। अच्छा - हम इस दोष को ठीक करेंगे।

अपने आखिरी लेख में, मैंने अपनी परियोजना "डेवलपर किट" के बारे में बात की और यहां तक ​​कि घटकों में से एक का प्रदर्शन किया - पावर मॉड्यूल। आज मैं 2 वें (कुल में 3 होगा) मॉड्यूल के बारे में बात करेंगे जो आपको किसी भी कनवर्टर टोपोलॉजी को लागू करने की अनुमति देता है और एक ही समय में प्रतियोगियों की तुलना में कई गुना सस्ता है। बेशक, परियोजना खुली है और सभी स्रोत कोड इस लेख के अंत में पाए जा सकते हैं।

विचार

मैं सार्वभौमिक मॉड्यूल का उपयोग करने के बारे में सोचने वाले पहले व्यक्ति से बहुत दूर हूं जिसके आधार पर आप टोपोलॉजी के विभिन्न वेरिएंट के साथ विभिन्न कन्वर्टर्स का निर्माण कर सकते हैं। यह दृष्टिकोण आपको सभी अवसरों के लिए एक बोर्ड रखने की अनुमति देता है, और सबसे महत्वपूर्ण बात - कोड की मात्रा को कम करने के लिए, क्योंकि मॉड्यूल समान है, एक बार कॉन्फ़िगर और भूल गया है।

आइए अब कुछ उदाहरण देखते हैं कि अन्य लोगों / कंपनियों ने इस विचार को कैसे लागू किया है। मैं केवल दो उदाहरण दूंगा:

• TMS320F28379D कंट्रोल कार्ड - लागत $ 160। पारिस्थितिक तंत्र उत्कृष्ट है, इसके लिए डिबगिंग सिस्टम हैं, लेकिन कीमत ... यदि आप एक समृद्ध आरएंडडी केंद्र में काम करते हैं, तो यह छोटा है और यदि आप अपने लिए यूपीएस बनाने का फैसला करते हैं या कंपनी में काम करना आसान है? हाँ, और जलाने के लिए $ 160 के लिए मॉड्यूल, यह मुझे लगता है, हर किसी को खेद होगा;
• वेक्टरकॉर्ड K1921VK01T एक उत्कृष्ट समाधान है, और रिसर्च इंस्टीट्यूट और घरेलू पत्थर पर सैन्य औद्योगिक जटिल आनन्द में लोग, एक चॉस्टोटनिक के रूप में डिबगिंग कॉम्प्लेक्स है, एक एनालॉग (पिन-टू-पिन, टीआई से एक मॉड्यूल के साथ, लेकिन कीमत 19,000 रूबल है। कठोर घरेलू औद्योगिक और सैन्य-औद्योगिक परिसर सस्ता है, लेकिन बाकी के लिए इतना नहीं है।

और इसलिए, मैं परिणाम के रूप में क्या करना चाहता था ... एक मॉड्यूल जिसे डिबगिंग टूल के रूप में और एक छोटी सी श्रृंखला में एक घटक के रूप में उपयोग किया जा सकता है। यहाँ से मेरे द्वारा संचित कई आवश्यकताएँ हैं:

• HRPWM की उपस्थिति और तेज़ ADC
• RS-485 बोर्ड पर
• कनेक्टर प्रदर्शित करने के लिए आउटपुट के साथ UART (नेक्स्ट के साथ संगत)
• तर्क पर हार्डवेयर संरक्षण का कार्यान्वयन
• 12V बिजली "ब्रेन" और पावर सेक्शन ड्राइवरों दोनों के लिए एक AC / DC से 12V मॉड्यूल का उपयोग करने के लिए
• लागत TMS320F28379D नियंत्रण कार्ड की लागत से कम से कम 3 गुना कम है, अर्थात $ 50 अधिकतम
• रेडिएटर के लिए तापमान सेंसर इनपुट
• जीपीआईओ के एक जोड़े, उदाहरण के लिए, एक रिले पुल
• सिंक्रनाइज़ेशन सिग्नल का इनपुट और आउटपुट ताकि कई डिवाइस समानांतर में काम कर सकें

नतीजतन, हमें ऐसा संरचनात्मक आरेख मिला:



यह तुरंत ध्यान दिया जाना चाहिए कि मैं मॉड्यूल की लागत को काफी कम करने में कामयाब रहा। मैंने 5 बोर्डों के लिए घटकों का आदेश दिया, जहां घटकों की लागत लगभग $ 70 है, जो कि $ 14 / मॉड्यूल है। यहां सच्चाई एक चाल है - यह सभी घटकों की लागत है, लेकिन एक मुद्रित सर्किट बोर्ड के बिना। अंकगणित सरल है: 4 परतों में 5 बोर्डों का ऑर्डर करने पर $ 80-100 का खर्च होता है, यानी प्रत्येक मॉड्यूल के लिए एक और $ 14-20, सहमत नहीं है? 100 टुकड़ों की मात्रा के साथ, बोर्ड की लागत पहले से ही $ 1.5 / टुकड़ा है, इसलिए निकट भविष्य में मैं 100-200 बोर्डों को ऑर्डर करने की योजना बना रहा हूं (मैं देखूंगा कि यह कैसे सस्ता हो जाएगा) और जो लोग चाहते हैं, उन्हें $ 14 डॉलर से कई गुना सस्ता बोर्ड खरीदने का अवसर मिलेगा। जिन्हें 20-30 बोर्ड या $ 100 की ज़रूरत नहीं है वे आपको परेशान नहीं करते हैं, आप पहले से ही उन्हें खुद ऑर्डर कर सकते हैं, क्योंकि वहाँ भी गेरबेरा तैयार किया जाएगा।

डिज़ाइन

मॉड्यूल के सर्किट्री में जटिल और समझ से बाहर कुछ भी नहीं है, एक शुरुआत के लिए मैं आपको सर्किट आरेख खोलने का सुझाव देता हूं ताकि आप समझ सकें कि यह किस बारे में है और मैं इस बारे में बात करूंगा कि कैसे ऊपर आरेख एक तैयार समाधान में बदल गया। आप यहां आरेख डाउनलोड कर सकते हैं - पीडीएफ ।

• मॉड्यूल में 1 "मुख्य कनेक्टर" है, जहां 12 वी बिजली की आपूर्ति, जीपीआईओ की एक जोड़ी, एक अतिरिक्त यूएआरटी (अचानक आप ईएसपी को तेज करना चाहते हैं), आरएस -485 और उपकरणों को सिंक्रनाइज़ करने के लिए इनपुट / आउटपुट 12 पिन से जुड़े हैं;
• 5 चैनल हैं, सभी बिल्कुल एक जैसे हैं। एक पूरक उच्च परिणाम PWM (HRPWM) जोड़ी, जो आपको आधे पुल को नियंत्रित करने की अनुमति देती है, प्रत्येक चैनल के लिए आउटपुट है। वर्तमान और वोल्टेज प्रतिक्रिया को लागू करने के लिए 2 एडीसी चैनल भी हैं और केक पर एक चेरी - एक त्रुटि इनपुट (गलती)। उदाहरण के लिए, आपके पास बिजली इकाई में एक शॉर्ट सर्किट है, तुलनित्र ने वर्तमान की अधिकता का पता लगाया और एक लॉग जारी किया। 1 एक दुर्घटना के संकेत के रूप में, इसलिए इस इनपुट को "1" खिलाने से डिवाइस का संचालन बाधित होता है;
• गलती इनपुट से त्रुटि संकेत 2 स्थानों पर जाता है: माइक्रोकंट्रोलर के BKIN इनपुट और इन्वर्टर के माध्यम से और तर्क तत्व के इनपुट के लिए। BKIN इनपुट भी एक हार्डवेयर सुरक्षा है और PWM पीढ़ी को बंद कर देगा भले ही MK लटका हो, लेकिन मैं इसे सुरक्षित खेलना चाहता था और कुछ और तर्क जोड़े ताकि यह निश्चित रूप से सिग्नल को तोड़ दे;
• मॉड्यूल पर, एक अलग CWF-4 कनेक्टर सुविधाजनक डिबगिंग के लिए SWD इंटरफ़ेस, साथ ही UART और पावर को अन्य कनेक्टर के साथ अन्य मॉड्यूल के साथ डिस्प्ले या संचार को जोड़ने के लिए प्रदर्शित करता है। अगला डिस्प्ले अब लोकप्रिय हैं, इसलिए उनके लिए कनेक्टर डिज़ाइन किया गया है और मैं एक समान संचार विधि (UART, + 5D, GND) के साथ अपना HMI पैनल भी बनाता हूं;
• बोर्ड में RS485 इंटरफ़ेस के लिए PHY है जिसमें रोकनेवाला और ESD सुरक्षा समाप्‍त है। विकल्प इस इंटरफ़ेस पर गिर गया क्योंकि यह कहीं भी है, क्योंकि यह एक उद्योग मानक है। उदाहरण के लिए, आप अपने वोल्टेज इन्वर्टर को डीजल इंजन के साथ जोड़ना चाहते हैं और कमांड भेजना / प्राप्त करना सुविधाजनक होगा। हाँ, और किसी भी PLC में RS485 भी है;
• मैंने सेटिंग्स या कुछ और उपयोगी भंडारण के लिए एक छोटी गैर-वाष्पशील मेमोरी भी स्थापित की।

यह सर्किट आरेख अंततः 4-परत मुद्रित सर्किट बोर्ड में बदल गया, जिसकी माप 115x40 मिमी है। सिद्धांत रूप में, आप अपने संस्करण को 2 परतों में नस्ल कर सकते हैं, लेकिन आयाम बढ़ेंगे। मेरे लिए 40 मिमी से अधिक नहीं की चौड़ाई प्राप्त करना महत्वपूर्ण था, ताकि पीबीडी कनेक्टर्स में स्थापना के बाद, कुल ऊंचाई 47-50 मिमी थी - इलेक्ट्रोलाइटिक कैपेसिटर का आकार 35x50 मिमी था। बोर्ड इस प्रकार है:



दुर्भाग्य से, जब मैंने बोर्डों का आदेश दिया, तो एक काले मुखौटा के बजाय मैंने एक हरे रंग का संकेत दिया - इस संशोधन का मुख्य उपद्रव)) जो समझ नहीं पाया कि मॉड्यूल कैसे डाला जाता है, मैं यहां देखने का सुझाव देता हूं:




पहली तस्वीर में आप कनेक्टर्स के एक गुच्छा और विशेष रूप से घटकों के बिना एक निश्चित बोर्ड को नोटिस कर सकते हैं। यह अधिक सुविधाजनक प्रोटोटाइप के लिए "मदरबोर्ड" जैसा कुछ है। BH-10 कनेक्टर (IDC-10) समान 5 नियंत्रण चैनलों को वितरित करते हैं + संचार इंटरफेस टर्मिनल ब्लॉकों पर प्रदर्शित होते हैं और एक पावर कनेक्टर स्थापित होता है। यह सब आपको सामूहिक खेत को तारों का गुच्छा नहीं बनाने देता है। "मदरबोर्ड" को अलग से आदेश दिया गया था, इसलिए वे थोड़ा बाद में आएंगे और सत्यापन के बाद उपलब्ध स्रोत होंगे।

सभा

पिछले मॉड्यूल के रूप में, PCBs को PCBway से ऑर्डर किया गया था , दोस्तों को मुफ्त बोर्ड और एक अन्य स्टैंसिल प्रदान किया गया था। बाद के लोगों ने मेरे जीवन को सरल बनाया और समय की बचत की, प्रत्येक पर 200 + घटकों के साथ 5 बोर्ड 1 घंटे में इकट्ठे किए गए। आदेश देने के 2 सप्ताह बाद, कोरियर ने मुझे ऐसा आकर्षण दिया:




हां, मैंने ऑर्डर फॉर्म में मास्क नहीं बदला, लेकिन जाहिरा तौर पर यह महसूस कर रहा था कि मैं सोने का पानी चढ़ा हुआ हूं , हैंडल को विसर्जन सोने के साथ लेपित किया गया था ताकि मैं दुखी न हो जाऊं। यह मेरे कार्य के लिए महत्वपूर्ण नहीं है, लेकिन संपर्कों की उत्कृष्ट योजना के कारण, मिलाप पेस्ट को अधिक समान रूप से लागू किया जाता है और घटक पक्षों की ओर नहीं जाते हैं, भले ही भट्ठी के लिए थर्मल प्रोफ़ाइल बहुत इष्टतम न हो।

स्टैंसिल को एल्यूमीनियम प्रोफाइल फ्रेम के साथ ऑर्डर किया गया था, जैसा कि मेरे पास एक स्क्रीन प्रिंटर है, लेकिन एक फ्रेम के बिना यह तय नहीं किया जा सकता है। यदि आपके पास प्रिंटर नहीं है, तो सीमा के बिना ऑर्डर करें: आप पेस्ट लागू कर सकते हैं (कुछ मिनट अधिक समय लग सकता है) और फिर भी पैसे खर्च करें, क्योंकि एक फ्रेम के बिना एक स्टैंसिल का वजन लगभग 400 ग्राम है, और 1.8 किलोग्राम के फ्रेम के साथ। इस वजन के कारण, आप तुरंत इसे कूरियर द्वारा प्राप्त करेंगे, जैसा कि मेल केवल 2 किलोग्राम से अधिक नहीं होता है, केवल ईएमएस और आपको $ 30-40 का भुगतान करना होगा, इसलिए ध्यान रखें। स्टैंसिल खुद इस तरह दिखता है:



अब आपको प्रिंटर में बोर्ड को स्थापित करने और पेस्ट को लागू करने की आवश्यकता है। यहाँ कुछ सुझाव दिए गए हैं। सबसे पहले, यदि आप एलीएक्सप्रेस पर पेस्ट लेते हैं, तो केवल 500 ग्राम कैन, यह उनमें सबसे अच्छी गुणवत्ता का है (जाहिर है वे इसे सही तरीके से संग्रहीत करते हैं)। दूसरे, पेस्ट को रेफ्रिजरेटर में रखें। तीसरा, स्टैंसिल का उपयोग करने के बाद, पेस्ट से इसे धोना सुनिश्चित करें, एक साधारण स्पंज और डिटर्जेंट (परियों का एक बूंद सबसे अच्छा है) अद्भुत काम करेगा, फिर स्टेंसिल को सूखा लें और सूखने के बाद इसे क्लिंग फिल्म में लपेटें यदि आपने इसे एक सप्ताह से अधिक समय तक इस्तेमाल नहीं किया है। बोर्ड पर पेस्ट रखो:



आवेदन के बाद, हमें निम्नलिखित वर्कपीस मिलते हैं:



इस स्तर पर, मैं इसे सुरक्षित रूप से खेलता हूं: मैं STM32F334R8T6 माइक्रोकंट्रोलर के तहत LQFP-64 चेसिस के लिए पेस्ट निकालता हूं। तथ्य यह है कि मैं कहीं न कहीं बिजली व्यवस्था को खराब कर सकता हूं और एक मौका है कि +12 वी एमके पर मिलेगा और इसे जला देगा, लेकिन मैं $ 5 के लिए पत्थरों को नष्ट नहीं करना चाहूंगा। इसलिए, मैं इस स्तर पर सब कुछ मिलाता हूं, माइक्रोकंट्रोलर, कनेक्टर्स और बजर को छोड़कर। मैं उन्हें पहले से ही voltages + 3.3V और + 5V की जाँच के बाद मैन्युअल रूप से स्थापित करूँगा। अब घटकों को स्थापित करने के लिए सबसे उबाऊ चरण है, लेकिन मैं जल्द ही एक पिक मशीन खरीदने की योजना बना रहा हूं, और मैं केवल कॉफी खरीदूंगा))



घटकों को स्थापित किया गया है और अब हम उन्हें ओवन में भेजते हैं:



अब यह आउटपुट डीसी / डीसी पर वोल्टेज के स्तर की जांच करने के लिए बना हुआ है और अगर सब कुछ सामान्य है, तो टांका लगाने वाले लोहे / हेअर ड्रायर के साथ शेष घटकों को मिलाएं, फ्लक्स अवशेषों से बोर्ड को धो लें और यह परिणाम प्राप्त करें:



हम एक प्रोग्रामर कनेक्ट करते हैं, उदाहरण के लिए, एक चीनी सीटी सेंट-लिंक, लेकिन मैं दृढ़ता से आपको गैल्वेनिक अलगाव के साथ एक फर्म सेंट-लिंक v.2-ISOL खरीदने की सलाह देता हूं। सब कुछ बैकअप के साथ प्रवेश की तरह है: "कुछ ने पहले ही एक लैपटॉप जला दिया है और आइसोलेटर्स का उपयोग करना शुरू कर दिया है, जबकि अन्य ने अभी तक आइसोलेटर्स का उपयोग नहीं किया है । " यदि मूल सेंट-लिंक पर मूल्य टैग आपको डराता है, अर्थात, चीनी सीटी और अली पर इन्सुलेटर मॉड्यूल के साथ खरीदने का विकल्प, वे आमतौर पर ADuM- आह पर लागू होते हैं। डिबगर को कनेक्ट करते समय पिन के साथ पीड़ा नहीं होने के लिए, मैंने इन विशेष मॉड्यूल को जोड़ने के लिए एक कॉर्ड बनाया, अब कनेक्ट करते समय मैं निश्चित रूप से गलती नहीं कर सकता:



यह जांचने के लिए रहता है कि क्या मॉड्यूल काम करने के लिए तैयार है, क्या एमके पढ़ा जाता है, ताकि आप सुरक्षित रूप से कोड लिखना शुरू कर सकें। ऐसा करने के लिए, आप STM32CubeProgrammer उपयोगिता स्थापित कर सकते हैं। हम इसे खोलते हैं, आपके डिबगर को परिभाषित किया जाना चाहिए, यदि आपने ऊपरी दाएं कोने में इसकी आईडी देखी, तो कनेक्ट पर क्लिक करें और यदि सब कुछ सही तरीके से माउंट किया गया है, तो हम माइक्रोकंट्रोलर की आईडी, कर्नेल, एमके की एक श्रृंखला देखेंगे (I F334):



वह सब है! मॉड्यूल विभिन्न कन्वर्टर्स के संचालन और विकास के लिए तैयार है।

स्रोत कोड

• सर्किट आरेख - पीडीएफ
• घटक सूची (BOM) - एक्सेल
• पीसीबी Gerber फ़ाइलें - RAR
• STM32CubeMX के लिए पिनआउट के साथ प्रोजेक्ट - IOC

निष्कर्ष

अब विकास के लिए 2 मॉड्यूल हैं, यह कनवर्टर को इकट्ठा करने के लिए पर्याप्त है। बेशक एक 3 मॉड्यूल होगा, लेकिन एचएमआई के बिना आप रह सकते हैं, और जो लोग अपनी जेब में अगली खरीद कर सकते हैं। अगले लेख में, पी और पीआई-नियामकों का एहसास करने के लिए एक पूर्ण-विकसित कनवर्टर को इकट्ठा करना पहले से ही संभव होगा, ताकि वे टिप्पणियों में इतनी उत्सुकता से अनुरोध करें। परिणामों की स्पष्टता के लिए, बाद के लेख विशिष्ट टोपोलॉजी पर होंगे: उनका विश्लेषण, गणना, प्रोटोटाइप, कोड, और सबसे अधिक संभावना है कि मैं हिरन के साथ शुरू करूंगा और टोपोलॉजी को बढ़ावा दूंगा, सबसे सरल और सबसे आम लोगों के रूप में।

मैं पीसीबीवे के उन लोगों को भी धन्यवाद देना चाहता हूं जो उत्कृष्ट गुणवत्ता के किसी भी जटिलता के बोर्डों के साथ मदद करते हैं। उनके लिए धन्यवाद, परियोजना काफी सक्रिय रूप से आगे बढ़ रही है और कुछ महीनों में मैं ऐसा करने में कामयाब रहा जो पिछले कुछ वर्षों को लागू करने के लिए बहुत आलसी था।



मुझे उम्मीद है कि लेख आपके लिए दिलचस्प था, अगर आपके पास हिरन टोपोलॉजी पर पहले से कोई प्रश्न है, तो आप उन्हें टिप्पणियों या पीएम में आवाज दे सकते हैं, और जब मैं अगला लेख लिखूंगा तो मैं उन्हें जवाब देने की कोशिश करूंगा और इस तरह से सामग्री को और अधिक उपयोगी बना सकता हूं।