Bukan rahasia lagi bahwa konverter modern yang canggih, misalnya, UPS online, beroperasi di bawah kendali DSP / MK atau ASIC. Pemasok utama DSP untuk elektronika daya adalah dua perusahaan - Texas Instruments dan Infineon, tetapi hari ini kami akan fokus pada produk STMicroelectronics - seri STM32F334. Jalur MK ini dirancang untuk mengendalikan penggerak listrik dan membangun konverter daya: PFC, inverter, switching catu daya, UPS, dan lainnya.
Tentu saja, seri F334 tidak dapat menahan "kekuatan" dari solusi populer seperti TMS320F28335 dan lainnya, tetapi ia memiliki satu keuntungan penting - biayanya. Batu tertua STM32F334R8T6 berharga $ 5, telah memiliki perangkat periferal yang diperlukan (HRPWM, ADC, pembanding) dan kinerja untuk membangun konverter yang cukup kuat (puluhan kW) dengan keandalan dan ketahanan yang baik terhadap kegagalan.
Untuk pengembang elektronik, ekosistem di sekitar DSP / MK yang digunakannya penting: dokumentasi, alat debugging, contoh kode, dan perangkat keras. TI memiliki semua ini, ya - ini mahal, ya - sulit untuk dibeli, tetapi itulah mengapa sebagian besar solusi modern di bidang penggerak listrik dan biaya energi TMS320. Untuk beberapa alasan, perusahaan ST mengabaikan seri F334, walaupun ada dokumentasi berkualitas seperti pada STM32 mana pun, tetapi tidak ada contoh perangkat keras dengan kode lengkap dan papan debug (mainan F3348-Disco tidak dipertimbangkan). Baiklah - kita akan memperbaiki cacat ini.
Dalam
artikel terakhir saya
, saya berbicara tentang proyek saya "kit pengembang" dan bahkan menunjukkan salah satu komponen - modul daya. Hari ini saya akan berbicara tentang modul ke-2 (akan ada total 3) yang memungkinkan Anda untuk menerapkan topologi konverter dan pada saat yang sama biayanya beberapa kali lebih murah daripada pesaing. Proyek, tentu saja, terbuka dan semua kode sumber dapat ditemukan di akhir artikel ini.
Ide
Saya jauh dari yang pertama berpikir tentang menggunakan modul universal atas dasar di mana Anda dapat membangun berbagai konverter dengan varian topologi yang berbeda. Pendekatan ini memungkinkan Anda untuk memiliki satu papan untuk semua kesempatan, dan yang paling penting - untuk mengurangi jumlah kode, karena modulnya sama, setelah dikonfigurasi dan lupa.
Sekarang mari kita lihat beberapa contoh bagaimana orang / perusahaan lain telah menerapkan ide ini. Saya hanya akan memberikan dua contoh:
- TMS320F28379D Kartu kendali - biaya $ 160. Ekosistemnya luar biasa, ada sistem debugging untuknya, tetapi harganya ... Kecil jika Anda bekerja di pusat R&D yang makmur, dan apakah Anda memutuskan untuk membangun UPS untuk diri sendiri atau bekerja di perusahaan lebih mudah? Ya, dan modul seharga $ 160 untuk dibakar, menurut saya, semua orang akan menyesal;
- VectorCARD K1921VK01T adalah solusi yang sangat baik, dan
orang - orang di lembaga penelitian dan kompleks industri militer bersukacita di atas batu domestik, ada kompleks debugging dalam bentuk chastotnik, analog (pin-to-pin) dengan modul dari ti, tetapi harganya 19.000 rubel. Untuk kompleks industri dan militer-industri dalam negeri yang keras itu murah, tetapi tidak untuk yang lain.
Jadi, apa yang ingin saya lakukan sebagai hasilnya ... Sebuah modul yang dapat digunakan baik sebagai alat debugging dan sebagai komponen dalam seri kecil. Dari sini adalah sejumlah persyaratan yang telah saya kumpulkan:
- Kehadiran HRPWM dan ADC cepat
- RS-485 di kapal
- UART dengan output untuk menampilkan konektor (kompatibel dengan Nextion)
- Implementasi perlindungan perangkat keras pada logika
- Daya 12V untuk menggunakan satu modul AC / DC ke 12V untuk "otak" dan driver bagian daya
- Biaya setidaknya 3 kali lebih rendah daripada biaya kartu Kontrol TMS320F28379D, yaitu maksimum $ 50
- Input sensor suhu untuk radiator
- Beberapa GPIO, misalnya, tarikan estafet
- Input dan output sinyal sinkronisasi sehingga beberapa perangkat dapat bekerja secara paralel
Hasilnya, kami mendapatkan diagram struktural seperti itu:
Harus segera dicatat bahwa saya juga berhasil mengurangi biaya modul secara signifikan. Saya memesan komponen untuk 5 papan, di mana biaya komponen sekitar $ 70, yaitu $ 14 / modul. Di sini kebenarannya adalah tipuan - ini adalah biaya semua komponen, tetapi tanpa papan sirkuit cetak. Hitungnya sederhana: memesan 5 papan dalam 4 lapisan berharga $ 80-100, yaitu $ 14-20 untuk setiap modul, setuju bukan secara manusiawi? Dengan jumlah 100 buah, biaya papan sudah $ 1,5 / potong, jadi di masa mendatang saya berencana untuk memesan 100-200 papan (saya akan melihat bagaimana itu akan menjadi lebih murah) dan mereka yang berharap akan memiliki kesempatan untuk membeli papan berkali-kali lebih murah daripada $ 14. Mereka yang membutuhkan 20-30 papan atau $ 100 tidak mengganggu Anda, Anda sudah dapat memesannya sendiri, karena akan ada gerberas yang disiapkan juga.
Pengembangan
Tidak ada yang rumit dan tidak dapat dipahami dalam sirkuit modul, untuk awal saya sarankan Anda membuka diagram sirkuit sehingga Anda mengerti tentang apa itu dan saya akan berbicara tentang bagaimana diagram blok di atas berubah menjadi solusi yang sudah jadi. Anda dapat mengunduh diagram di sini -
PDF .
- Modul ini memiliki 1 "konektor utama", di mana catu daya 12 V, beberapa GPIO, UART tambahan (tiba-tiba Anda ingin mengencangkan ESP), RS-485 dan input / output untuk perangkat sinkronisasi dihubungkan ke 12 pin;
- Ada 5 saluran, semuanya persis sama. Sepasang PWM (HRPWM) hasil Tinggi pelengkap, yang memungkinkan Anda untuk mengontrol setengah jembatan, adalah keluaran untuk setiap saluran. Ada juga 2 saluran ADC untuk menerapkan umpan balik arus dan tegangan dan ceri pada kue - input kesalahan (kesalahan). Misalnya, Anda memiliki hubungan pendek di unit daya, pembanding mendeteksi kelebihan arus dan mengeluarkan log. 1 sebagai tanda kecelakaan, jadi mengumpankan “1” ke input ini mengganggu pengoperasian perangkat;
- Sinyal kesalahan dari input kesalahan masuk ke 2 tempat: ke input BKIN dari mikrokontroler dan melalui inverter ke input dari elemen logika AND. Input BKIN juga merupakan perlindungan perangkat keras dan akan mematikan generasi PWM bahkan jika MK hang, tetapi saya ingin memainkannya dengan aman dan menambahkan lebih banyak logika sehingga pasti akan mematahkan sinyal;
- Pada modul, konektor CWF-4 yang terpisah menampilkan antarmuka SWD untuk debugging yang nyaman, serta UART dan daya untuk menghubungkan layar atau komunikasi dengan modul lain ke konektor kedua. Tampilan Nextion sekarang populer, sehingga konektor untuk mereka dirancang dan saya juga membuat panel HMI saya dengan metode komunikasi yang serupa (UART, + 5D, GND);
- Papan berisi PHY untuk antarmuka RS485 dengan terminating resistor dan perlindungan ESD. Pilihan jatuh pada antarmuka ini karena ada di mana saja, karena ini adalah standar industri. Misalnya, Anda ingin menggabungkan inverter voltase Anda dengan mesin diesel dan akan lebih mudah untuk mengirim / menerima perintah. Ya, dan dalam PLC apa pun juga memiliki RS485;
- Saya juga memasang memori kecil yang tidak mudah menguap untuk menyimpan pengaturan atau hal lain yang bermanfaat.
Diagram sirkuit ini akhirnya berubah menjadi papan sirkuit cetak 4-layer berukuran 115x40 mm. Pada prinsipnya, Anda dapat mengembangbiakkan versi Anda dalam 2 lapisan, tetapi dimensi akan tumbuh. Penting bagi saya untuk mendapatkan lebar tidak lebih dari 40 mm, sehingga setelah pemasangan pada konektor PBD, tinggi totalnya adalah 47-50 mm - ukuran kapasitor elektrolit adalah 35x50 mm. Papan terlihat sebagai berikut:
Sayangnya, ketika saya memesan papan, bukannya topeng hitam saya menunjukkan yang hijau - kegagalan utama revisi ini)) Siapa yang tidak mengerti bagaimana modul dimasukkan, saya sarankan mencari di sini:
Pada gambar pertama Anda juga dapat melihat papan tertentu dengan banyak konektor dan terutama tanpa komponen. Ini seperti "motherboard" untuk pembuatan prototipe yang lebih nyaman. Konektor BH-10 (IDC-10) mendistribusikan 5 saluran kontrol + antarmuka komunikasi yang sama ditampilkan pada blok terminal dan konektor daya dipasang. Semua ini memungkinkan Anda untuk tidak menanam secara kolektif sekelompok kabel. "Motherboard" dipesan secara terpisah, sehingga akan datang sedikit kemudian dan setelah verifikasi akan ada sumber yang tersedia.
Majelis
Sedangkan untuk modul sebelumnya, PCB dipesan dari
PCBway , orang-orang diberikan papan gratis dan stensil lain. Yang terakhir secara signifikan menyederhanakan hidup saya dan menghemat waktu, 5 papan dengan 200+ komponen pada masing-masing dirakit dalam 1 jam. 2 minggu setelah memesan, kurir membawakanku pesona:
Ya, saya tidak mengganti topeng dalam bentuk pesanan, tetapi tampaknya merasakan ini saya
disepuh, pegangan dilapisi dengan emas perendaman sehingga saya tidak akan sedih. Ini tidak penting untuk tugas saya, tetapi karena planaritas kontak yang sangat baik, pasta solder diterapkan lebih merata dan komponen tidak mengarah ke samping, bahkan jika profil termal untuk tungku tidak terlalu optimal.
Stensil dipesan dengan bingkai profil aluminium, seperti Saya memiliki printer layar, tetapi tanpa bingkai itu tidak dapat diperbaiki di sana. Jika Anda tidak memiliki printer, maka pesan tanpa batas: Anda dapat menerapkan tempel (memakan waktu beberapa menit lebih lama) dan masih menghemat uang, karena stensil tanpa bingkai memiliki berat sekitar 400 g, dan dengan bingkai 1,8 kg. Karena berat ini, Anda akan segera menerimanya melalui kurir, sebagai surat tidak membawa lebih dari 2 kg, hanya EMS dan Anda harus membayar $ 30-40 lebih, jadi perlu diingat. Stensilnya sendiri terlihat seperti ini:
Sekarang Anda perlu menginstal papan di printer dan menerapkan pasta. Berikut ini beberapa tips. Pertama, jika Anda mengambil pasta di aliexpress, maka hanya 500 g kaleng, itu adalah kualitas terbaik di dalamnya (tampaknya mereka menyimpannya dengan benar). Kedua, simpan pasta di kulkas. Ketiga, setelah menggunakan stensil, pastikan untuk mencucinya dari pasta, spons biasa dan setetes deterjen (peri terbaik) akan bekerja dengan sangat baik, kemudian keringkan stensil dan bungkus dalam cling film setelah pengeringan jika Anda belum menggunakannya selama lebih dari seminggu. Letakkan pasta di papan tulis:
Setelah aplikasi, kami mendapatkan benda kerja berikut:
Pada tahap ini, saya memainkannya dengan aman: Saya menghapus pasta untuk sasis LQFP-64 di bawah mikrokontroler STM32F334R8T6. Faktanya adalah bahwa saya dapat mengacaukan sistem daya di suatu tempat dan ada kemungkinan + 12V akan mendapatkan pada MK dan membakarnya, tetapi saya tidak ingin menghancurkan batu untuk $ 5. Karena itu, saya menyolder semuanya pada tahap ini, kecuali mikrokontroler, konektor, dan bel. Saya akan menginstalnya secara manual setelah memeriksa tegangan + 3.3V dan + 5V. Sekarang tahap yang paling membosankan adalah memasang komponen, tetapi saya berencana untuk segera membeli mesin pick place, dan saya hanya akan minum kopi))
Komponen sudah terpasang dan sekarang kami kirim ke oven:
Sekarang tinggal mengecek level tegangan pada output dc / dc dan jika semuanya normal, maka solder komponen yang tersisa dengan besi solder / pengering rambut, cuci papan dari residu fluks dan dapatkan hasil ini:
Kami menghubungkan seorang programmer, misalnya, st-link peluit berbahasa Mandarin, tetapi saya sangat menyarankan Anda untuk membeli st-link perusahaan v.2-ISOL dengan isolasi galvanik. Semuanya seperti admin dengan cadangan:
"Beberapa sudah membakar laptop dan mulai menggunakan isolator, sementara yang lain belum mulai menggunakan isolator .
" Jika label harga pada st-link asli membuat Anda takut, yaitu, opsi untuk membeli bersama dengan peluit Cina dan modul isolator pada Ali, mereka biasanya diterapkan pada ADuM-ah. Agar tidak tersiksa dengan pin ketika menghubungkan debugger, saya membuat kabel untuk menghubungkan modul-modul khusus ini, sekarang saya pasti tidak dapat membuat kesalahan saat menghubungkan:
Masih memeriksa apakah modul siap untuk bekerja, apakah MK dibaca, sehingga Anda dapat mulai menulis kode dengan aman. Untuk melakukan ini, Anda dapat menginstal utilitas
STM32CubeProgrammer . Kami membukanya, debugger Anda harus ditentukan, jika Anda melihat id di sudut kanan atas, lalu klik
Connect dan jika semuanya sudah terpasang dengan benar, maka kita akan melihat id mikrokontroler, kernel, serangkaian MK itu sendiri (saya punya F334):
Itu saja! Modul ini siap untuk operasi dan pengembangan berbagai konverter.
Kode sumber
- Diagram Sirkuit - PDF
- Daftar Komponen (BOM) - Excel
- File Gerber PCB - RAR
- Proyeksikan dengan pinout untuk STM32CubeMX - IOC
Kesimpulan
Sekarang ada 2 modul untuk pengembangan, ini cukup untuk merakit konverter. Tentu saja akan ada modul ke-3, tetapi tanpa HMI Anda dapat hidup, dan mereka yang ingin dapat membeli nextion di saku mereka. Dalam artikel berikutnya, sudah mungkin untuk membuat konverter lengkap, untuk mewujudkan regulator P- dan PI yang mereka minta dengan penuh semangat dalam komentar. Untuk kejelasan hasil, artikel-artikel berikutnya akan membahas topologi spesifik: analisis, perhitungan, prototipe, kode, dan kemungkinan besar saya akan mulai dengan uang dan meningkatkan topologi, sebagai yang paling sederhana dan paling umum.
Saya juga ingin mengucapkan terima kasih kepada orang-orang dari
PCBway yang membantu dengan papan dengan kompleksitas berkualitas tinggi. Berkat mereka, proyek ini bergerak cukup aktif dan dalam beberapa bulan saya berhasil melakukan apa yang terlalu malas untuk diterapkan beberapa tahun sebelumnya.
Saya harap artikel ini menarik bagi Anda, jika Anda memiliki pertanyaan sebelumnya tentang topologi uang, maka Anda dapat menyuarakannya di komentar atau PM, dan ketika saya menulis artikel berikutnya saya akan mencoba menjawabnya dan dengan demikian membuat materi lebih bermanfaat.