Geekly articles weekly

Catu daya redundan dengan output sinus. Bagian 2. Pengembangan diagram sirkuit listrik

Prolog


Dalam artikel sebelumnya , rumusan masalah untuk pengembangan sumber daya cadangan daya rendah untuk 60 W dengan output sinus untuk pompa sirkulasi sistem pemanas dipertimbangkan. Konsep implementasi perangkat ini dipilih. Artikel ini akan membahas pengembangan sirkuit listrik perangkat, dengan perhitungan yang diperlukan untuk memilih peringkat komponen yang membentuk perangkat.

Berbekal CAD dan buku teks, draft, pensil, dan GOOGLE, kami akan mulai mendesain. Mari kita mulai dengan yang sederhana - sistem daya perangkat.


Katering


Untuk memberi daya pada elemen-elemen rangkaian, kita membutuhkan tiga jenis bus DC pada 12, 5 dan 3,3 Volt.

Bus dua belas volt - utama. Ini adalah catu daya jembatan, yang menyuntikkan arus ke gulungan tegangan rendah dari transformator jaringan linier. Dari sini kita memberi makan driver dari transistor yang termasuk dalam jembatan. Relay pengalihan jaringan juga akan diberdayakan dari bus ini.

Bus lima volt diperlukan untuk memberi daya pada chip ACS712 saat ini, chip logika, LCD karakter, dll.

Bus tiga volt akan memberi daya pada "otak" perangkat - MK STM32F100C8T6B.

Penyimpangan liris
Proteuse v 7.7. , . , Dip Trace. . .

Skema seperti itu lahir: Gambar dapat diklik. 5 dan 3.3 pembentuk bus Volt diatur pada 1% LDO stabilisator dari tipe NCP1117STxx. Catu daya analog dari modul ADC diambil dari bus 3,3 Volt melalui kapasitor induktansi, perataan, dan pemblokiran. Tanah analog juga harus dibagi. Tapi ini tidak terjadi dalam skema ini, karena pengukurannya tidak kritis, dan kesalahan beberapa digit tidak akan menyebabkan "kesal" perangkat. Kami menerapkan filter perangkat lunak - rata-rata bergerak dan bahkan dapat mencapai kesalahan dalam satu kategori.






Pengukuran saat ini dan perlindungan yang berlebihan


Sensor arus ACS712ELCTR-05B-T adalah sirkuit terintegrasi. Deteksi saat ini terjadi pada efek Hall. Sensor ini memungkinkan MK untuk mengukur arus maju dan mundur. Karakteristik lain dapat ditemukan di pdf -nya . Output sensor adalah analog. Titik tengah sesuai dengan arus nol = 2,5 V. Dapatkan 185mV per 1 Amp. Meskipun sensor mendeteksi arus tinggi, hanya linearitas yang terdistorsi, dan pada saat tertentu memasuki saturasi. Jadi untuk mengoordinasikan output sensor dengan MK, masukkan pembagi tegangan. Dan bagi timbangan menjadi dua. Bit ADC MK cukup untuk akurasi yang dapat diterima.

Untuk perlindungan kecepatan tinggi terhadap kelebihan beban atau korsleting pada belitan tegangan rendah dari trafo linier, pasang pirau arus. Sinyal dari shunt dipaksakan pada op-amp dan pada komparator kami membuat rangkaian perbandingan dengan kait. Data kelebihan akan didorong ke MK, dan juga dengan sinyal ini kita akan menutup SEMUA kunci jembatan.

Sebuah video pendek, yang mensimulasikan operasi perlindungan saat ini, disajikan di bawah ini.



Bagian daya


Bagian kekuatan RIP ditunjukkan pada gambar. Gambar bisa diklik. Jembatan transistor "bergantung" pada pirau saat ini, untuk memberikan perlindungan kecepatan tinggi. Keluaran jembatan melalui filter LC, dirancang untuk frekuensi cutoff ~ 1 kHz, diumpankan ke gulungan tegangan rendah dari transformator. Kita harus berbicara tentang filter dan transformator secara lebih rinci. Filter dihitung dalam program Kalkulator RL dengan tautan ke yang disebut off. Saya tidak dapat menemukan situsnya. Karenanya, arsip dengan kalkulator dipasang di sini . Ini layar perhitungannya.










Induktansi 10 miligenry yang dihasilkan cukup mengesankan. Tapi kapasitasnya lumayan. Karena kami memiliki perubahan pada output dari filter, Anda tidak dapat melakukan dengan kapasitor polar. Dia meletakkan dua kapasitor keramik secara paralel di sirkuit - 4,7 mikrofarad, X7R, 25V (1206).

Perhitungan throttle sesuai dengan data yang diperoleh dilakukan dalam program Coil32. Berikut ini tautan ke arsip dengan program tersebut. Saya memilih cincin ferit untuk choke dengan parameter berikut: Ring N87 R25x15x10. Berikut adalah layar perhitungan dalam program.



Ternyata 70 lilitan kawat dengan diameter 1 mm, untuk memastikan induktansi yang dibutuhkan. Ini cukup dapat diterima untuk berliku manual.

Pilihan transformator jatuh pada transformator toroidal tipe TTP-60, dengan tegangan sekunder 9 volt. Perhitungannya sederhana. Tegangan bolak-balik 9 volt menghasilkan amplitudo 12,7 volt. Tegangan baterai yang terisi sekitar 13 volt. Jadi kita bisa mendapatkan kurang lebih 220 volt pada output. Untuk mengisi baterai, tentu saja tidak cukup. Oleh karena itu, ada saran untuk mendapatkan belitan sekunder putaran 5-6. Yaitu, belitan tegangan rendah dengan keran ternyata. Dari terminal ekstrem dari belitan, kami menghapus tegangan yang meningkat untuk mengisi baterai selama operasi dari jaringan. Dan kami menerapkan tegangan dari jembatan ke terminal ekstrim dan tengah ketika kami bekerja dari baterai. Menurut tegangan yang diambil dari terminal ekstrem dari belitan, kami menilai tegangan di belitan tegangan tinggi selama operasi dari baterai, umpan balik untuk penyesuaian.

Transistor jembatan dikendalikan dari MK melalui driver setengah jembatan IRS2101S. Manajemen tombol atas dilakukan sesuai dengan skema bootstrap. Transistor pengisian saluran-P dikendalikan oleh bipolar konvensional. Choke pengisian smoothing memiliki dimensi dan nilai desain yang sama dengan choke di filter LC setelah jembatan.

Deteksi dan Switching Jaringan


Untuk deteksi jaringan, rangkaian daya kapasitor digunakan. Tegangan dihidupkan ke optocoupler. Output dari optocoupler didorong ke MK untuk mengontrol ketersediaan jaringan. Diagram ditunjukkan di bawah ini. Gambar bisa diklik. Tegangan listrik melalui kapasitor quenching, dioda, dioda zener, kapasitor smoothing, resistor pembatas arus diumpankan ke LED optocoupler. Keluar ke MK. Relay yang mengalihkan jaringan ke beban dikontrol oleh MK. Perlindungan saat ini diterapkan pada op amp dan komparator. Output dari komparator bercabang menjadi dua transistor. Satu untuk memasukkan sinyal ke dalam MK, yang kedua untuk menutup semua transistor jembatan. Gambar di bawah ini menunjukkan driver mengaktifkan sirkuit untuk jembatan. Gambar bisa diklik. Semua standar, menurut















lembar data untuk driver IRS2101S.

Sirkuit pembentukan pulsa jembatan


Agar tidak membebani MK dengan pekerjaan yang tidak berguna, pembentukan sinyal impuls jembatan dikumpulkan pada logika I. Tiga sinyal diperlukan dari MK. Satu PWM sinusoidal per periode, serta dua sinyal diskrit, gelombang pertama dan kedua. Implementasi pendekatan ini ditunjukkan pada gambar. Gambar bisa diklik. Arus berlebih, ditetapkan dalam MK dan diduplikasi oleh LED. Kontrol dari transistor P-channel pengisian diatur pada transistor NPN bipolar.






Logika jembatan adalah sebagai berikut. PWM 20 kHz akan dimodulasi oleh tabel sinus dalam jumlah nilai 400. Transfer nilai ke register PWM akan diatur melalui DMA. Setelah memuat setengah buffer, mis. 200 bernilai, satu setengah siklus, DMA akan menyebabkan interupsi, di mana sinyal MCU_P_1 dan MCU_P_2 akan saling terbalik. Setelah memuat seluruh buffer, dalam interupsi dari DMA, sinyal MCU_P_1 dan MCU_P_2 akan terbalik kembali. Dan selanjutnya dalam mode siklik. Level setengah gelombang yang konstan akan disuplai ke transistor lengan atas, dan PWM sinusoidal ke kunci bawah lengan yang berlawanan. Setengah siklus berikutnya adalah sepasang transistor.

Selama arus berlebih, transistor NPN Q7 akan memberikan level rendah pada input logika, yang pada gilirannya akan mengarah pada level rendah pada output logika dan, sebagai hasilnya, mengunci SEMUA jembatan transistor.

Platform perangkat keras


Bus tiga volt akan memberi daya pada "otak" perangkat - MK STM32F100C8T6B.

Seperti yang telah disebutkan di atas, MK akan berasal dari keluarga ST STM32. Apa yang menentukan pilihan seperti itu?

  • MK berbiaya rendah. Kemampuan analog dari ATMEL atau PIC bahkan memiliki harga lebih tinggi, dengan kapasitas bit 8 bit.
  • Kehadiran on board 12-bit ADC, DAC, DMA controller.
  • Kapasitas inti 32 bit.
  • Peningkatan kapasitas memori program dan data.

Singkatnya, ia menang di banyak posisi.

Untuk menunjukkan operasi perangkat dan mengeluarkan data yang diperlukan, LCD tanda-sintesis dengan pengontrol kontrol KS0066 (HD44780) akan digunakan dalam rangkaian. Ada banyak perpustakaan untuk bekerja dengan tampilan seperti itu di RuNet.

Diagram koneksi tampilan ke controller adalah sebagai berikut. Gambar bisa diklik. Koneksi langsung. Port MK terhubung langsung ke layar. Konjugasi 3 volt dan 5 volt logika tidak dilakukan. Masalah dapat muncul di sini, dan kesimpulan MK harus dikonfigurasi sebagai output dengan kolektor terbuka, dan garis harus ditarik hingga 5 volt, dan output MK sendiri harus digunakan toleran hingga 5 volt. Seperti yang mereka katakan, hidup akan menunjukkan, tetapi ketika merancang papan sirkuit cetak, perlu untuk meletakkan "pembaruan" ini.






Tombol khusus diperlukan untuk mengatur navigasi melalui menu dan parameter yang ditampilkan pada layar.

Perhitungan tambahan


Untuk menghitung kapasitor bootstrap, kami menggunakan metode yang diusulkan dalam artikel ini . Pada akhir deskripsi ada contoh menghitung kapasitas yang diperlukan dari kapasitor bootstrap. Kami menganggapnya sebagai dasar dan menceritakan realitas kami.

Kami memutuskan parameter rangkaian:

  • V IN, MAX = tegangan input maksimum 15V,
  • V DRV = tegangan suplai 12V dan amplitudo sinyal kontrol,
  • dV BST = 0,5V tegangan riak kapasitor C BST dalam kondisi mapan,
  • dVBST,MAX = 3V CBST ,
  • fDRV = 100 Hz , 10 ,
  • DMAX = 1 .

:

  • QG = 24 nC IRLZ44ZS VDRV = 5V VDS = 44V,
  • RGS = 10 RGS,
  • IR = 10uA DBST TJ = 80°C,
  • VF = 0.6V DBST 0.1A TJ = 80°C,
  • ILK = 0.13mA TJ = 100°C,
  • IQBS = 1mA , .





Kami memilih nilai yang dihitung dari seri standar. Ambil jenis kapasitor tantalum, untuk mengurangi arus bocor dari kapasitor itu sendiri. Secara total, diperoleh 47 μF x 25 V, tipe D.

Kami menghitung arus muatan kapasitor, dengan demikian memilih dioda.



Jadi dioda yang dirancang untuk arus searah 1 A akan mengatasi tugas ini.

Kesimpulan


Artikel ini mengembangkan sirkuit listrik RIP. Sekarang kita akan mengumpulkan semua bagian dari sirkuit. Dan berdasarkan skema yang sudah disetujui, kami akan mengembangkan topologi papan sirkuit cetak. Saya akan menyajikan tata letak PCB dan rangkaian listrik umum dengan spesifikasi untuk komponen pada artikel selanjutnya.

Saya akan menulis implementasi perangkat lunak dari fungsionalitas perangkat dalam artikel terpisah. Ada ide untuk menerapkan dalam program ini banyak solusi menarik, misalnya, pengaturan PID dari tegangan output saat bekerja dari baterai.

Epilog


Dengan artikel ini, saya ingin membawa ke pengadilan publik dan mengalami ham dan non-amatir, juga, solusi skematik. Mungkin pembaca yang penuh perhatian akan menemukan kesalahan kritis dalam sirkuit atau menyarankan eksekusi node individu yang lebih benar. Akan ada beberapa solusi yang lebih sederhana untuk node atau menambahkan solusi rangkaian tambahan untuk meningkatkan keandalan.

PS
Tautan ke semua bagian siklus:

  1. Pengembangan catu daya cadangan daya rendah dengan output sinus. Bagian 1. Pernyataan masalah.
  2. Pengembangan catu daya cadangan daya rendah dengan output sinus. Bagian 2. Pengembangan diagram sirkuit listrik.
  3. Pengembangan catu daya cadangan daya rendah dengan output sinus. Bagian 3. Kerjakan bug

Source: https://habr.com/ru/post/id390325/

More articles:


All Articles