Projekt zasilacza impulsowego DC dla mikrokomputera jednoukładowego
Główną metodą sterowania zasilaczem impulsowym jest wykorzystanie układu scalonego z modulacją szerokości impulsu do wysyłania impulsów PWM i użycie analogowego regulatora PID do modulacji szerokości impulsu. Ta metoda sterowania obarczona jest pewnymi błędami, a obwód jest stosunkowo złożony. W artykule przedstawiono zasilacz impulsowy o szerokim zakresie płynnej regulacji napięcia wyjściowego, sterowany za pomocą wysokowydajnego mikrokontrolera µ psd3354 firmy ST. Mikrokontroler bezpośrednio generuje fale PWM i realizuje cyfrowe sterowanie w obwodzie głównym zasilacza impulsowego. Obwód jest prosty i wydajny.
Zasada i ogólny projekt systemu zasilania prądem stałym
1.1 Zasada systemu
Ten system zasilania prądem stałym składa się z dwóch części: obwodu głównego zasilacza impulsowego i obwodu sterującego. Obwód główny przetwarza głównie energię elektryczną, natomiast obwód sterujący przetwarza głównie sygnały elektryczne. Negatywne sprzężenie zwrotne służy do utworzenia automatycznego systemu sterowania. Zasilacz impulsowy przyjmuje metodę sterowania PWM, a odchylenie uzyskuje się poprzez porównanie podanej ilości i ilości sprzężenia zwrotnego. Wyjście PWM jest kontrolowane przez cyfrowy regulator PID w celu sterowania mocą wyjściową zasilacza impulsowego. Wśród nich regulacja PID i wyjście PWM są kontrolowane przez oprogramowanie wykorzystujące układ mikrokontrolera.
1.2 Ogólny projekt systemu
Część sprzętowa systemu składa się z wejściowych i wyjściowych obwodów prostowniczych i filtrujących, części przetwarzających moc, obwodów napędowych, układów mikrokontrolerów i obwodów pomocniczych. Rysunek 1 przedstawia schemat strukturalny zasilacza prądu stałego sterowanego przez mikrokontroler.
Jak widać, prąd przemienny o częstotliwości 50 Hz i 220 V jest filtrowany przez filtr sieciowy w celu wyeliminowania zakłóceń z sieci, a następnie trafia do wejściowego filtra prostownika w celu prostowania i filtrowania, przekształcając go w sygnał napięcia stałego. Sygnał prądu stałego jest przekształcany na sygnał prądu przemiennego o wysokiej częstotliwości przez obwód konwersji mocy, a sygnał prądu przemiennego o wysokiej częstotliwości jest następnie przekształcany na napięcie wyjściowe prądu stałego za pośrednictwem wyjściowego obwodu prostowania i filtrowania [1]. Obwód sterujący wykorzystuje metodę modulacji szerokości impulsu PWM, a sygnał sterujący PWM z regulowaną szerokością impulsu generowany przez mikrokontroler jest przetwarzany przez obwód sterujący w celu uruchomienia obwodu konwersji mocy. Wykorzystując szybki kanał konwersji ADC mikrokontrolera do zbierania w regularnych odstępach czasu napięcia wyjściowego i porównując je z wartością oczekiwaną, przeprowadzana jest regulacja PID na podstawie jego błędu. Układ akwizycji napięcia realizuje akwizycję napięcia stałego V0 i dopasowuje je do zakresu analogowego napięcia wejściowego przetwornika A/D. W przypadku przepięć, przetężeń i zwarć w zasilaczu impulsowym obwód ochronny pełni rolę ochronną dla zasilania i obciążenia. Zasilacz pomocniczy zapewnia zasilanie prądem stałym dla obwodów sterujących, obwodów napędowych itp.
2. Projekt obwodu głównego zasilacza impulsowego
Główny obwód zasilacza impulsowego służy do zakończenia konwersji DC-AC-DC. W głównym obwodzie systemu zastosowano pełnomostkowy konwerter DC-DC, jak pokazano na rysunku 2. Urządzeniem przełączającym moc zastosowanym w tym systemie jest moduł IGBT serii BSM 50GB120DN2 firmy EUPEC. Każdy moduł jest konstrukcją półmostkową, dlatego w systemie pełnego mostu wymagane są dwa moduły. Każdy moduł jest osadzony w szybkiej diodzie gaszącej.
