Микроконтролери и контрола на изворите на вклучување на напон; Електроника-Денес
Вовед
Снабдувањето со електрична енергија, составен дел од повеќето електронски системи, сега е значаен пазар, расте со извонредна брзина. За многу години, проектите за напојување се состоеја од комплексна комбинација на аналогни и полупроводнички компоненти. Пропорцијата на изворите на напонски прекинувачи (SMPS) се зголемува, заменувајќи ги традиционалните линеарни извори.
Всушност, сегашните проценки покажуваат дека повеќе од половина од приходите од производители на напојување се генерираат од продажба на вклучени напојувања.
Изворот на напон на преклопување може да понуди многу предности во однос на линеарен извор, како што се многу поголема ефикасност, пошироки работни опсези, пониска цена, помала големина, особено за апликации со голема моќност. Сепак, многуте предности на изворот на префрлување станаа нормални очекувања денес од перформансите на изворот на напон, а дизајнерите бараат да се спроведат дигитални контролни јамки за да се обезбеди поголема ефикасност и перформанси, да се намали бројот на компоненти, да се зголеми безбедноста и можност за додавање нови карактеристики.
Што е извор на напон на преклопување?
Методи за контрола на изворите на напон на вклучување
Во извор на префрлување, контролната јамка што контролира PWM (модулатор) и синхрони FET обично се изведува со аналогни техники. Можеше да се заменат овие аналогни техники со некои форми на дигитална контрола, но до неодамна цената на овие техники и компоненти беше превисока, дури и за најспецијалните апликации.
Како резултат, повеќето SMPS дизајнери сè уште не се запознаени со техниките за дигитална контрола, кои бараат развој на дивергентни и доверливи решенија за аналогни кола во обид да бидат економични и конкурентни на пазарот на преклопни напони.
Микроконтролери во шеми за дизајнирање на напон
Покрај функциите на дигиталните контролни јамки, едноставните микроконтролери веќе го најдоа своето место во многу шеми на SMPS, обезбедувајќи контрола, следење, детерминистички функции и комуникации (обично засновани на I2CTM - како што е PMBusTM стандардот). На наједноставно ниво, микроконтролерите можат да обезбедат многу детерминистички функции од типот „ON/OFF“ во системите за напојување, како што се непречено стартување, редослед на стартување, мониторинг на напон и откривање/враќање на дефект. Некои SMPS проекти користат микроконтролер за да ја следат контролната јамка, обезбедувајќи пропорционална контрола за постоечки посветен контролен уред. Напредните микроконтролери, специјално дизајнирани за пазарот на напојување, можат да обезбедат мешан сигнал, ресурси на чипот за да го минимизираат потребните компоненти и да играат сè поактивна улога во контролирањето на топологиите на контролната јамка на SMPS. Меѓутоа, во сите овие случаи, самата контролна јамка останува аналогна функција бидејќи микроконтролерите немаат перформанси за обработка потребни за дигитално управување со јамката ефикасно.
Предностите на дигиталната контролна јамка
Другите предности, обезбедени само со целосно дигитална контрола, вклучуваат: можност да се има карактеристика на одговор што не може да се добие во аналогна контролна јамка; побрз одговор со „претходно вчитување“ на филтерот за јамка. Покрај тоа, лесно може да се обезбедат карактеристики како што се: автоматска калибрација на системот, компензација на температурата, влезен напон и оптоварување, синхронизација помеѓу конверзијата на напојувањето и надворешните настани, можност за брзо вклучување.
Интегрираната способност за обработка потребна за целосно дигитален дизајн може да вклучува и други карактеристики претходно споменати како што се: мониторинг на напон и исклучување во пренапонски или нисконапонски услови, далечинско мерење, непречено стартување, редослед на напојување, управување со неправилно работење, решавање проблеми работа, контрола на вентилаторот, сериска комуникација - нема потреба од дополнителен процесор.
Додека целокупните придобивки од дигиталната контрола се многу јасни, трошоците поврзани со имплементацијата доведоа до ограничување само на оние апликации за кои навистина беа потребни напредни контролни карактеристики.
Спроведување на економска дигитална контрола
Контролори за дигитален сигнал (DSC) - нова класа микроконтролери со високи перформанси со интегрирана можност за обработка на сигналот - сега обезбедуваат перформанси за обработка потребни за економично спроведување на целосно дигитална контролна јамка за повеќето апликации за напојување.
Со комбинирање на трите модули опишани погоре, се добиваат контролни јамки со мала латентност, многу флексибилни, со висока резолуција за повратни информации за напон и струја.
Новите SMPS DSC уреди комбинираат периферни уреди со високи перформанси со основни софтверски dsPIC со високи перформанси за да обезбедат најефикасен начин за спроведување на дигитална контролна јамка.
заклучоци
Преклопните напојувања се препознаваат како обезбедување зголемена ефикасност, мала големина и поголема флексибилност од линеарните напојувања. Едноставен микроконтролер често се додава на таков систем за дополнителни функции за контрола и комуникација. Микроконтролерот ретко се користеше во контролната јамка, која, до неодамна, беше домен на аналогни шеми со различна сложеност.
Додека придобивките од спроведувањето на целосно дигитална контролна јамка можат брзо да се разберат, сегашниот метод за имплементација останува скапа и сложена задача - и, секако, над можноста на стандарден микроконтролер.
Затоа е развиена нова класа микроконтролери, со интегриран капацитет за обработка на сигналот, што им ја донесе потребната брзина на обработка на дизајнерите за напојување. Со додавање на специјални периферни модули, овие контроли на дигиталниот сигнал овозможуваат реализација на извори на висока ефикасност и флексибилност, како и цела низа карактеристики што можат да се имплементираат за прв пат во рамките на изворите.