Проектирование импульсного источника питания постоянного тока для однокристального микрокомпьютера
Основным методом управления импульсным источником питания является использование интегральной схемы широтно-импульсной модуляции для вывода импульсов ШИМ и использование аналогового ПИД-регулятора для широтно-импульсной модуляции. Этот метод управления имеет определенные погрешности и схема относительно сложна. В данной статье представлен импульсный источник питания с широким диапазоном плавной регулировки выходного напряжения, управляемый высокопроизводительным микроконтроллером µ psd3354 от компании ST. Микроконтроллер непосредственно генерирует ШИМ-волны и осуществляет цифровое управление основной цепью импульсного источника питания. Схема проста и мощна.
Принцип и общая конструкция системы электропитания постоянного тока
1.1 Принцип системы
Данная силовая система электропитания постоянного тока состоит из двух частей: основной цепи импульсного источника питания и схемы управления. Основная схема в основном обрабатывает электрическую энергию, а схема управления в основном обрабатывает электрические сигналы. Отрицательная обратная связь используется для формирования системы автоматического управления. Импульсный источник питания использует метод управления ШИМ, а отклонение получается путем сравнения заданной величины и величины обратной связи. Выход ШИМ контролируется цифровым ПИД-регулятором для управления выходом импульсного источника питания. Среди них ПИД-регулирование и выход ШИМ контролируются программным обеспечением с использованием системы микроконтроллера.
1.2 Общая конструкция системы
Аппаратная часть системы состоит из входных и выходных схем выпрямления и фильтрации, частей преобразования мощности, схем управления, микроконтроллерных систем и вспомогательных схем. На рисунке 1 представлена структурная схема источника питания постоянного тока, управляемого микроконтроллером.
Как можно видеть, мощность переменного тока частотой 50Гц и 220 В фильтруется сеточным фильтром для устранения помех от сети, а затем поступает на входной фильтр выпрямителя для выпрямления и фильтрации, преобразуя его в сигнал напряжения постоянного тока. Сигнал постоянного тока преобразуется в высокочастотный сигнал переменного тока с помощью схемы преобразования мощности, а затем высокочастотный сигнал переменного тока преобразуется в выходное напряжение постоянного тока с помощью схемы выходного выпрямления и фильтрации [1]. Схема управления использует метод широтно-импульсной модуляции ШИМ, а управляющий сигнал ШИМ с регулируемой шириной импульса, генерируемый микроконтроллером, обрабатывается управляющей схемой для запуска схемы преобразования мощности. Используя высокоскоростной канал преобразования АЦП микроконтроллера для сбора выходного напряжения через равные промежутки времени и сравнивая его с ожидаемым значением, регулировка ПИД осуществляется на основе его погрешности. Схема сбора напряжения осуществляет сбор постоянного напряжения V0 и согласовывает его с диапазоном аналогового входного напряжения аналого-цифрового преобразователя. В случае перенапряжения, перегрузки по току и короткого замыкания в импульсном источнике питания схема защиты играет защитную роль для источника питания и нагрузки. Вспомогательный источник питания обеспечивает питание постоянного тока для цепей управления, цепей привода и т. д.
2. Конструкция главной схемы импульсного источника питания.
Основная схема импульсного источника питания используется для завершения преобразования DC-AC-DC. В главной схеме системы используется мостовой преобразователь постоянного тока, как показано на рисунке 2. Устройством переключения мощности, используемым в этой системе, является модуль IGBT серии BSM 50GB120DN2 от компании EUPEC. Каждый модуль представляет собой полумостовую конструкцию, поэтому в полной мостовой системе требуются два модуля. В каждый модуль встроен быстродействующий безынерционный диод.
