ООО ЭФО
Поиск по складу
Программа поставок 2016
Сегодня
www.powel.ru
источники питания
www.korpusa.ru
конструктивы и корпуса РЭА
www.wless.ru
беспроводные технологии
www.mymcu.ru
микроконтроллеры
altera-plis.ru
микросхемы Altera
www.infiber.ru
волоконно-оптические
компоненты в
промышленности
www.efo-power.ru
силовая электроника
www.efo-electro.ru
электротехническая
продукция
www.efometry.ru
контрольно-измерительные приборы
www.golledge.ru
кварцевые резонаторы и генераторы Golledge
www.sound-power.ru
профессиональные усилители класса D
Поиск по сайту
Подписка на новости

Система менеджмента
качества сертифицирована на соответствие требованиям:
ISO 9001, ГОСТ Р ИСО 9001 и СРПП ВТ - подтверждено сертификатами соответствия в системах сертификации Русского Регистра, ГОСТ Р, международной сети IQNet, "Оборонсертифика" и "Военный Регистр".

ООО "ЭФО" в 2011г. получило Лицензию Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору на изготовление оборудования для ядерных установок.


Rambler s Top100



ChipFind - поисковая система по электронным компонентам
EEN
webmaster
Санкт-Петербург: (812) 327-86-54  zav@efo.ru Москва: (495) 933-07-43  moscow@efo.ru Екатеринбург: (343) 278-71-36  ural@efo.ru Пермь: (342) 220-19-44  perm@efo.ru
Казань: (843) 518-79-20  kazan@efo.ru Ростов-на-Дону: (863) 220-36-79  rostov@efo.ru Н. Новгород: (831) 434-17-84  nnov@efo.ru Новосибирск: (383) 286-84-96  nsib@efo.ru
о нас склад библиотека статьи
 

Новые интегральные компоненты для импульсных силовых преобразователей

Михаил Гладштейн, д.т.н., профессор,
колледж ОРТ Брауде, г. Кармиель, Израиль
Журнал "Электронные компоненты" №6, 2006г

Анализируются тенденции развития схемотехники импульсных силовых преобразователей. Рассматриваются основные предложения рынка электронных компонентов, удовлетворяющие современным требованиям. Описываются структура и функциональные возможности цифровых силовых контроллеров Si825x компании Silicon Laboratories, а также средства и особенности проектирования силовых устройств на их основе. Кратко характеризуется область применения этих элементов.

ЦИФРОВОЕ УПРАВЛЕНИЕ ИМПУЛЬСНЫМИ СИЛОВЫМИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯМИ

Импульсный силовой преобразователь одного уровня напряжения постоянного тока в другой, являющийся основой импульсных источников питания, представляет собой мощный время-импульсный делитель напряжения, т.е. силовой ключ с фильтром низкой частоты. Схема такого преобразователя с аналоговой обратной связью для импульсного стабилизатора напряжения, компенсирующего изменения питающего напряжения и изменения нагрузочного тока [1], показана на рисунке 1. Выходное напряжение UВЫХ с учетом коэффициента передачи масштабирующего элемента сравнивается с опорным напряжением UОП с помощью операционного усилителя A с дифференциальным входом. В цепи отрицательной обратной связи этого усилителя включена пассивная схема аналогового компенсатора, позволяющая обеспечить устойчивость системы и требуемые параметры качества регулирования (время установления, время регулирования, перерегулирование, статическую ошибку). Управляющий сигнал ошибки UОШ в общем случае содержит пропорциональную, интегральную и дифференциальную компоненты (т.н. ПИД-регулятор), просуммированные с определенными весами. Этот управляющий сигнал является входным для широтно-импульсного модулятора (ШИМ), синхронизируемого импульсным пилообразным напряжением UПИЛ. Модулированные по ширине прямоугольные импульсы с выхода ШИМ управляют работой электронного силового ключа, получающего энергию от источника напряжения питания UПИТ. Выходные импульсы силового ключа UИМП сглаживаются фильтром, выделяющим постоянную составляющую, которая и представляет собой выходное напряжение UВЫХ преобразователя. В случае изменения тока нагрузки преобразователя или питающего напряжения система подстраивает коэффициент заполнения импульсной последовательности, компенсируя эти изменения таким образом, чтобы выходное напряжение оставалось стабильным.


Рис.1. Аналоговый импульсный стабилизатор

Преобразователи, подобные описанному выше, просты, дешевы, имеют высокий КПД и широко используются в силовой электронике. Вместе с тем они имеют и ряд серьезных недостатков. В частности, температурный дрейф параметров, присущий всем аналоговым системам, является дополнительным внутренним источником возмущающих воздействий для системы автоматического регулирования напряжения. И если дрейф, например, пилообразного напряжения будет скомпенсирован в системе, то дрейф нуля операционного усилителя приведет к неточности сравнения выходного напряжения с опорным и, как следствие, к статической ошибке в системе, несмотря на присутствие интегральной компоненты в законе регулирования. К таким же последствиям приведет и дрейф источника опорного напряжения. Поэтому задача построения высокоточных прецизионных силовых преобразователей требует перехода к цифровым технологиям.

Схема цифрового силового преобразователя [1] приведена на рисунке 2. Масштабированное выходное напряжение UВЫХ преобразуется в цифровой код с помощью аналогоцифрового преобразователя (АЦП). Цифровой ПИД-процессор, сравнивая этот код с заданным, вычисляет значение ошибки; путем суммирования значения ошибки с накопленной суммой ошибок вычисляется интегральная составляющая, а путем вычитания из текущей ошибки значения, полученного в предыдущем цикле расчета, вычисляется дифференциальная составляющая. Не составляет проблемы для цифрового процессора и вычисление выходного кода как взвешенной суммы ПИД-компонент. Этот код поступает на вход управления цифровым широтно-импульсным модулятором (ЦШИМ). В сущности ЦШИМ, так же как его аналоговый "родственник", содержит генератор пилообразного сигнала и компаратор, однако все эти элементы являются цифровыми (генератор - это циклически работающий двоичный счетчик, на вход которого поступают импульсы с высокостабильного генератора, а компаратор кода - это комбинационная логическая схема). Совершенно очевидно, что такая система практически не подвержена температурному дрейфу. Единственный критический элемент - это АЦП. Однако здесь аналоговая микроэлектроника достигла в последнее время значительных успехов и позволяет получать высокую точность и стабильность преобразования.


Рис.2. Цифровой импульсный стабилизатор

Кроме более высоких точностных характеристик, цифровой регулятор обладает еще одним очень важным потенциальным свойством: возможностью изменять параметры системы без ее остановки, "на лету" ("on-the-fly"). Это дает возможность т.н. "интеллектуального" управления, подстройки параметров системы в зависимости от обстановки. Например, можно изменить частоту ЦШИМ, весовые коэффициенты ПИД-компонент, компенсировать температурные погрешности АЦП, изменить уставку выходного напряжения по требованиям потребителя напряжения и т.п. Совершенно очевидно, что можно реализовать оптимальное функционирование преобразователя в сложных меняющихся условиях, например при изменении тока нагрузки в широких пределах с одновременно меняющимся напряжением питания. В качестве аналогичного примера из другой области можно привести цифровую систему управления углом опережения зажигания в современных автомобилях: уже нет необходимости подстраивать угол опережения зажигания при смене октанового числа топлива - наливай в бак бензин и вперед, система сама настроит оптимальный угол.

Иными словами, на базе цифрового импульсного преобразователя можно построить систему оптимального управления напряжением, меняя параметры системы. Однако эти параметры необходимо рассчитать, причем в темпе работы системы. Это можно сделать с помощью дополнительного центрального процессора с запоминающим устройством программ и данных. К такому процессору можно также подсоединить последовательный порт для построения локальной сети мониторинга и управления системой силовых преобразователей. С учетом этих соображений можно получить схему [1], приведенную на рисунке 3.


Рис.3. "Интеллектуальный" цифровой импульсный стабилизатор

В 2004 г. была предложена идея построения локальной сети конфигурации, управления и мониторинга цифровых силовых преобразователей на основе последовательной шины PMBus (совместимой с шинами SMBus и I2C), а в марте 2005 г. была утверждена первая версия стандарта PMBus [2, 3]. Структура системы на основе PMBus показана на рисунке 4. Кроме традиционных для SMBus и I2C линий данных (DATA) и синхроимпульсов (CLOCK), интерфейс шины включает две дополнительные (опциональные) линии: управления (CONTROL) и тревоги (SMBUSLERT#). Линия CONTROL используется для управления включением/ выключением силовых преобразователей, а SMBUSLERT# - линия запроса прерывания, инициирующего протокол обработки аварийных состояний. Стандартом предусмотрено, что каждый силовой блок имеет определенный физический адрес, который можно задать с помощью перемычек на входах (PHYSICAL ADDRESS), и управляемую функцию защиты внутренней памяти параметров от несанкционированной перезаписи (WRITE PROTECT). Структура пакета передачи полностью совместима с SMBus и I2C и включает опционально, для защиты от сбоев, байт контроля ошибок передачи пакета - PEC (Packet Error Checking). Стандарт также определяет систему команд, которая включает команды управления режимами силового преобразователя, управления и мониторинга выходного напряжения, управления и сигнализации сбоев, управления памятью параметров, включения/выключения и проверки граничных значений, проверки статуса блока, считывания параметрической информации (величины входного и выходного напряжения и тока, частоты коммутации, коэффициента заполнения управляющих импульсов, рабочей температуры, скорости вращения вентилятора охлаждения и т.п.), считывания данных производителя блока, а также команды управления и информации пользователя (например, коэффициенты ПИД-регулятора) и др.


Рис.4. Структура системы на основе PMBus

Для получения высоких конструктивных показателей импульсных цифровых силовых преобразователей напряжения все блоки схемы управления должны быть реализованы на интегральных микросхемах. Ниже рассмотрены предложения рынка электронных компонентов для реализации рассмотренных выше современных тенденций конструирования импульсных силовых преобразователей.

ОБЗОР НОВЕЙШИХ ЭЛЕКТРОННЫХ КОМПОНЕНТОВ ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ИМПУЛЬСНЫМИ СИЛОВЫМИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯМИ

Давид Моррисон, редактор журнала "Power Electronics Technology", в своей обзорной статье [4], посвященной итогам 2005 г. и перспективам 2006 г. в области силовой электроники, выделяет перспективные компоненты четырех фирм: Texas Instruments, Primarion, Zilker Labs, Silicon Laboratories. Все эти компоненты поддерживают цифровое управление импульсными силовыми преобразователями, а также шину PMBus. Наименование и основные параметры этих микросхем приведены в таблице 1. Все они поддерживают частоту ШИМ от 50_100 кГц до 1_2 МГц и генерируют до 6 фаз управляющих сигналов. Наличие многофазного выхода позволяет реализовать управление несколькими силовыми ключами одновременно, что приводит к снижению требований к фильтрации сигнала, к уменьшению габаритов и массы выходного фильтра, уменьшению уровня шумов на выходе фильтра.

Таблица 1. Микросхемы для импульсных силовых преобразователей
Компания Микросхема Частота ШИМ, МГц Количество фаз ШИМ Драйвер Регулирующий процессор Управляющий процессор Количество выводов корпуса
Texas Instruments UCD9501 0,2...1,0 4 + 4 Нет Цифровой сигнальный процессор TMS320F2801 (100 МГц) 100
Primarion PX3532 0,3...2,0 2 Нет Аппаратный цифровой сигнальный процессор (ЦСП) Конечный автомат 36
PX3535 0,3...1,5 6 48
PX3538 0,1...2,0 6 48
PX3539 0,1...2,0 4 48
PX7510 0,15...2,0 1 32
Zilker Labs ZL2005 0,2...2,0 1 Да Аппаратный ЦСП Конечный автомат 36
Silicon Laboratories Si8250/1/2 0,05...1,0 6 Нет Аппаратный ЦСП МК смешанного сигнала 28/32

Микросхема UCD9501 фирмы Texas Instruments позволяет решить все вопросы регулирования и управления процессом на базе одного центрального цифрового сигнального процессора (ЦСП), работающего на тактовой частоте до 100 МГц, снабженного широким набором периферийных устройств [5]. Микросхема обеспечивает формирование 4 фаз управляющего сигнала обычного и 4 фаз повышенного разрешения (высокой точности). Недостатками этого решения являются большое количество выводов корпуса (100), что увеличивает требования к печатному монтажу, и сложность программного обеспечения.

Фирма Primarion [6] представляет целый ряд компонентов с разным количеством фаз управляющего сигнала. Аппаратный ЦСП обеспечивает высокую точность цифрового регулирования напряжения, однако выполнение управляющих функций с помощью конечного автомата резко ограничивает функциональные возможности такого управления, особенно в части добавления проектировщиком функций пользователя.

Очень близким по техническим параметрам является техническое решение, предлагаемое фирмой Zilker Labs, микросхема [7] которой допускает прямое управление мощным силовым ключом, так как содержит на кристалле драйвер. Однако это вынуждает производителя ограничиться единственной фазой управляющего сигнала.

И наконец, настоящим "гвоздем сезона" можно считать "интеллектуальный" цифровой силовой контроллер семейства Si825x [8] фирмы Silicon Laboratories, которая совместила на одном кристалле в 28/32-выводном корпусе аппаратный регулирующий 22-битный процессор и управляющий 8-битный процессор смешанного сигнала с универсальной структурой и широким набором аналоговых и цифровых периферийных узлов. Это дает возможность разработчику не только решить проблемы управления силовым преобразователем, но и одновременно реализовать множество пользовательских функций для силового каскада и потребителя выходного напряжения: управление вентилятором охлаждения, считывание данных с сенсоров объекта, управление локальной световой или звуковой индикацией объекта и т.п. Учитывая серьезные преимущества этих компонентов целесообразно рассмотреть их более подробно.

"ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЕ" ЦИФРОВЫЕ СИЛОВЫЕ КОНТРОЛЛЕРЫ SI8250/1/2 ФИРМЫ SILICON LABORATORIES

Структурная схема цифрового силового контроллера Si8250 приведена на рисунке 5 [8]. Контроллер содержит внутренний прецизионный источник опорного напряжения (VREF) и 9-битный цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) для формирования уставки напряжения. Значение уставки сравнивается с текущим значением напряжения (VSENSE) и преобразуется в цифровое значение ошибки с помощью 6-битного АЦП с дифференциальным входом, обеспечивающего частоту выборок 10 МГц. Цифровые выборки обрабатываются затем аппаратным ЦСП в соответствии с алгоритмом ПИД-регулирования и последующей НЧ-фильтрацией. Выходной сигнал ЦСП управляет работой 6-фазного ЦШИМ, выходные импульсы которого (Gate Control) поступают на входы управления силового каскада. Аналоговый входной сигнал (IPK), несущий информацию о пиковом нагрузочном токе в индуктивности выходного аналогового фильтра силового преобразователя, обрабатывается специальной схемой ограничителя тока и защиты от перегрузки, контролирующей работу ЦШИМ. Параметры работы всех узлов контура цифрового регулирования определяются состояниями внутренних управляющих регистров и могут изменяться "на лету" со стороны управляющего процессора.


Рис.5. Структурная схема цифрового силового контроллера Si8250

Управляющий процессор смешанного сигнала (см. затемненный прямоугольник на рис. 5) построен на базе стандартного для Silicon Laboratories ядра 8051 с предельным быстродействием 50 MIPS (Million Instructions per Second - миллионов команд в секунду). Система памяти включает в себя флэш-память программ объемом 32 Кбайт и память данных 1280 байт (256 байт "внутренняя" и 1024 байта "внешняя"). Встроенный генератор имеет множество возможностей настройки, включая внутренний высокочастотный программируемый генератор частотой до 25 МГц и точностью 2%, умножитель частоты, 80-кГц внутренний низкочастотный генератор (НЧГ) и режим внешней синхронизации со входа SYSCLKIN. Максимально возможная частота синхронизации управляющего процессора - 50 МГц. Схема управления сбросом обеспечивает реинициализацию процессора в случае срабатывания ряда источников: от сигнала на внешнем выводе сброса, при включении питания, обнаружении провалов в питающем напряжении, обнаружении сбоя синхронизирующих импульсов, обнаружении сбоя памяти программ, завершении отсчета сторожевого таймера, срабатывания аналогового компаратора и установки флага программного сброса. Управляющий процессор снабжен также расширенным контроллером прерываний, поддерживающим 23 вектора с двумя уровнями приоритета. Двухпроводной отладочный интерфейс C2 (DEBUG PORT) позволяет через схему отладки управлять процессором в отладочном режиме: загружать программу во флэш-память программ, производить прогон программы, прогон с точками останова, выполнять программу в пошаговом режиме, считывать и корректировать содержимое регистров процессора и памяти данных. Процессор имеет также два 8-битных порта, внешние выводы которых в мультиплексном режиме можно использовать как для ввода/вывода общего назначения, так и для связи с внутренними цифровыми и аналоговыми периферийными устройствами. При этом цифровая периферия представлена четырьмя 16-битными таймерами, 3-канальным массивом таймеров и двумя контроллерами последовательного интерфейса: SMBus и UART. Аналоговая периферия в первую очередь представлена 12-битным АЦП с частотой выборок 200 кГц, снабженным 11-канальным аналоговым мультиплексором, логикой автозапуска и детектором границ ("оконным" детектором - Window Detector). Кроме этого, на кристалле выполнены прецизионный аналоговый компаратор с программируемым гистерезисом и температурный датчик. Последний позволяет реализовать алгоритмы температурной компенсации без использования дополнительных внешних компонентов. Кроме этого, управляющий процессор имеет еще ряд специальных аппаратных функций, весьма полезных для построения встроенных систем, работающих в условиях энергосбережения и сильных помех, как, например, режимы уменьшенного энергопотребления и калькулятор CRC (Cyclic Redundancy Check - контроль с помощью циклического избыточного кода).

Кроме базовой модели Si8250 выпускаются более дешевые "разбраковки" с усеченными параметрами Si8251 и Si8252 (см. табл. 2). Возможен также выбор конструктивного исполнения: 32-выводной корпус LQFP2 или малогабаритный (5 x 5 мм2) 28-выводной QFN. Диапазон рабочих температур -40...125°C.

Таблица 2. Микросхемы семейства Si825x
Обозначение микросхемы Объем памяти
программ, Кбайт
Количество фаз
ШИМ
Наличие
UART
Наличие аналогового
компаратора
Корпус
Si8250-IM 32 6 Есть Есть QFN28
Si8250-IQ LQFP32
Si8251-IM 16 QFN28
Si8251-IQ LQFP32
Si8252-IM 3 Нет Нет QFN28
Si8252-IQ LQFP32

Пример построения импульсного силового преобразователя на базе микросхемы Si8250 приведен на рисунке 6 [9]. Микрокомпьютерная система, выполненная на одном чипе, реализует "интеллектуальное" управление силовым каскадом, включающим токовые драйверы, силовые ключи и выходной фильтр. Система позволяет регулировать (стабилизировать) величину выходного напряжения UВЫХ, несмотря на значительные колебания нагрузки (на рисунке не показана) и напряжения питания UПИТ. Система обеспечивает непрерывный мониторинг нагрузочного тока, как по пиковому, так и по среднему значениям, и защищена от перегрузки. Она позволяет измерять рабочую температуру преобразователя (например, встроенным температурным датчиком), регулировать эту температуру, управляя скоростью вращения вентилятора охлаждения, или выполнить аварийное отключение силового каскада в случае критического перегрева. Наличие управляющего процессора позволяет реализовать функции "мягкого" (без перерегулирования, т.е. без выбросов) включения и выключения системы за счет изменения параметров регулятора во время переходного процесса, с последующим переходом в состояние слежения за уровнем напряжения с высокой точностью. Наличие контроллеров последовательного интерфейса на кристалле позволяет использовать стандарт PMBus со всеми его системными функциями. А наличие некоторого резерва памяти программ, свободных выводов портов ввода/вывода и гибкая конфигурация микроконтроллера позволяют одновременно реализовать дополнительные функции пользователя (например, индикацию параметров, ввод информации с органов управления или дополнительных датчиков и т.п.).


Рис.6. Импульсный силовой преобразователь на базе контроллера Si8250

Совершенно очевидно, что проектирование программного обеспечения для такой системы представляет задачу высокого уровня сложности, и традиционных средств проектирования микроконтроллерных систем здесь явно не достаточно. Поэтому фирма Silicon Laboratories, кроме своих традиционных средств проектирования, поставляет еще ряд специальных. Прежде всего это операционное ядро реального времени Kernel, написанное на языке C51, которое представляет собой микрооперационную систему силового процессора, поддерживающую весь процесс управления и все команды стандарта PMBus [10].

Операционное ядро Kernel обеспечивает работу силового преобразователя в шести основных состояниях, описание которых дано в таблице 3. Логика работы ядра понятна из графа переходов на рисунке 7. Исходный код операционного ядра может "настраиваться" по требованиям разработчика с помощью средств проектирования компании Silicon Laboratories.

Таблица 3. Основные состояния операционного ядра Kernel
Наименование состояния Краткое описание функций состояния
Инициализация Обеспечивается инициализация всех регистров конфигурации, а также инициализация состояния и флагов самого операционного ядра и параметров системы
Мягкий старт Проверяются параметры входного напряжения и другие условия возможности пуска преобразователя, обновляются состояние и флаги операционного ядра, устанавливается связь по шине PMBus
Переход Обеспечивается переход в состояние регулирования без выброса, обновляются состояние и флаги операционного ядра
Регулирование Выполняется узкополосная оптимизация контура регулирования для получения максимального КПД и других параметров, обновляются состояние и флаги операционного ядра, поддерживается связь по шине PMBus
Восстановление после сбоя Выбирается реакция системы на сбой: игнорирование сбоя, коррекция, регистрация или переход к аварийному отключению
Останов системы Несколько вариантов в зависимости от причины: cтоп - если была, например, команда выключения; блокировка - если система остановлена в результате неустранимого отказа (например, после нескольких безуспешных попыток рестарта). Выход из последнего состояния возможен только после снятия входного напряжения и последующего включения


Рис.7. Граф переходов операционного ядра Kernel

Набор средств проектирования (Development Kit) Si825x-DK [11] содержит аппаратные и программные средства (см. рис. 8). Аппаратные средства представлены двумя платами: макетной платой (Target Board) Si8250TB и адаптером USB/SMBus.


Рис.8. Схема и средства проектирования импульсных силовых преобразователей компании Silicon Laboratories

Программные средства включают две оболочки: стандартную для всех микроконтроллеров интегрированную среду разработки (SiLabs Integrated Development Environment) и специальную - конструктор приложений (Si825x Application Builder). Первая содержит стандартные средства проектирования программ для процессорного ядра 8051: редактор, компилятор + макроассемблер, компоновщик и отладчик. Следует отметить, что для своих отладочных средств компания Silicon Laboratories использует программное обеспечение модульного программирования (компилятор языка С51, макроассемблер и компоновщик) известной фирмы Keil, и в состав набора включена только демо-версия компилятора, имеющая ограничение на объем выходного кода - 4 Кбайта. Поэтому для серьезных приложений нужно отдельно приобретать полную версию компилятора языка С51. Впрочем оболочка позволяет подключать другие компиляторы, а значит, можно воспользоваться и бесплатными версиями компиляторов С51, распространяемыми в интернете, однако риск ошибок и нестыковок в этом случае пользователь берет на себя.

Вторая оболочка - конструктор приложений - позволяет запускать целый ряд специализированных программ автоматизации проектирования силовых преобразователей:

Редактор временных диаграмм ЦШИМ представляет собой графическую оболочку для задания частоты, временных диаграмм и ограничений для многофазного цифрового широтно-импульсного модулятора.

Редактор параметров компенсатора также представляет собой графический интерфейс, с помощью которого можно ввести параметры элементов силового каскада, а также параметры частотных характеристик фильтра компенсатора. Кроме того, этот редактор имеет встроенный симулятор, позволяющий смоделировать регулятор и убедиться, что обеспечиваются устойчивость и заданные параметры качества регулирования.

Редактор параметров системы позволяет с помощью удобного графического интерфейса ввести все параметры силового преобразователя, реализуемые с помощью операционного ядра Kernel.

Мастер конфигурации также с помощью графического интерфейса дает возможность разработчику задать конфигурацию управляющего процессора, т.е. сгенерировать коды инициализации для управляющих регистров.

Все эти программы автоматически вносят изменения в исходный код Kernel, сильно упрощая проектирование, уменьшая количество возможных ошибок и существенно сокращая продолжительность процесса.

Монитор PMBus - это графический интерфейс пользователя для доступа к этой сетевой шине, он позволяет вводить и отображать все параметры в соответствии с этим стандартом.

Технология проектирования импульсных силовых преобразователей понятна из рисунка 8. Прежде всего, используя программы Конструктора приложений, разработчик вводит параметры ЦШИМ, компенсатора и системы в целом, редактируя тем самым операционное ядро Kernel. Затем с помощью Мастера конфигурации можно уточнить параметры инициализации управляющего процессора. Дальнейшее проектирование ведется в рамках Интегрированной среды разработки. С помощью Редактора можно дополнить код операционного ядра Kernel исходным программным кодом, определяющим пользовательские функции управляющего процессора. После компиляции и компоновки с помощью Отладчика можно загрузить исполняемый код через двухпроводной отладочный интерфейс C2 в память программ контроллера Si8250 макетной платы. Отладчик реализует полный набор отладочных операций на уровне исходного языка программирования C51. В процессе отладки имеется возможность контроля и управления шиной PMBus с помощью окна Монитора PMBus.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, на рынке электронных компонентов появился целый ряд новых интегральных элементов для построения цифровых импульсных силовых преобразователей. Поддержка стандарта PMBus позволяет на базе этих элементов строить сложные системы питания и управления силовыми агрегатами с централизованным мониторингом. Из этого ряда компонентов выделяются цифровые силовые контроллеры Si825x. Эти элементы фактически представляют собой основу новой технологии построения цифровых силовых преобразователей с замкнутым контуром адаптивного цифрового управления на одном чипе, позволяющей не только обеспечить высокое качество регулирования, но и подстраивать параметры преобразователя в рабочем и переходных режимах. Возможность построения гибкой и эффективной защиты от перегрузок и перегрева позволяет защитить аппаратуру преобразователя и нагрузки от разрушения, а значит уменьшить эксплуатационные затраты и увеличить коэффициент готовности электронных изделий. Наличие резерва памяти программ, периферийных узлов и запаса быстродействия управляющего процессора свидетельствует о возможности выполнения широкого спектра пользовательских функций без каких-либо дополнительных аппаратных затрат.

На базе этих элементов можно строить различные типы импульсных силовых преобразователей (DC/DC, AC/DC) высокой точности и эффективности, изолированные и неизонеизолированные, с различными типами силовых каскадов (полумост, мост) с выходным током до сотен ампер, для различных областей применения, таких как источники питания и блоки управления мощными исполнительными устройствами, например электродвигателями. В последнем случае при управлении индуктивными нагрузками имеется потенциальная возможность улучшения таких характеристик, как коэффициент мощности.

Высокие технические параметры этих компонентов и относительно низкая стоимость вызывают заслуженный интерес к ним со стороны разработчиков и производителей авиационной и космической техники, медицинских приборов, оборудования для микроэлектронной промышленности.

ЛИТЕРАТУРА

  1. Potter G. An Introduction to Digital Control of Switching Power Converters/ White Paper from Astec Power (www.astecpower.com). April, 2004.
  2. PMBusTM Power System Management Protocol Specification. Part 1 - General Requirements, Transport and Electrical Interface. Rev.1.0/System Management Interface Forum, Inc., 2005 (www.pmbus.com).
  3. PMBusTM Power System Management Protocol Specification. Part 2 - Command Language. Rev.1.0/System Management Interface Forum, Inc., 2005 (www.pmbus.com).
  4. Morrison D. More Digital Design and Controversy in 2006//Power Electronics Technology. January, 2006 (www.powerelectronics.com).
  5. TMS320F2809, TMS320F2808, TMS320F2806, TMS320F2802, TMS320F2801, UCD9501, TMS320C2802, TMS320C2801 Digital Signal Processors. Data Manual. Rev. February, Texas Instruments, Inc. 2006.
  6. Carroll B. New Digital Power Delivery Architecture. Primarion, Inc. (www.primarion.com).
  7. ZL2005 Digital DCTM Integrated Power Management and Conversion IC. Product Data Sheet. Rev. 1.0. Zilker Labs, Inc. (www.zilkerlabs.com).
  8. Si8250/1/2 Digital Power Controller. User_s Manual. Rev. 0.5. Silicon Laboratories, Inc. (www.silabs.com).
  9. Designing with the Si825x Digital Power Controller. Application Note AN259. Rev. 0.1. Silicon Laboratories, Inc. (www.silabs.com).
  10. Si8250 Real-Time Kernel Overview. Application Note AN271. Rev. 0.1. Silicon Laboratories Inc. (www.silabs.com).
  11. Si825x Development Kit. User_s Guide. Rev. 0.1. Silicon Laboratories, Inc. (www.silabs.com).
© 1999-2016 All Right Reserved. EFO Ltd. При использовании материалов ссылка на источник обязательна.
Контактная информация