Tendinţe majore în tehnologia surselor de alimentare cu comutare (SMPS) III

2 APRILIE 2012

• Controlul inteligent al surselor de alimentare
• Circuitele specializate bazate pe microcontrolere PIC ® MCU oferă posibilitatea proiectării surselor de alimentare controlate digital la diverse nivele.
• Sunt utilizate 4 nivele de control al puterii.

Nivelul 1. Controlul On/Off

Monitorizare și control on/off al puterii

Aplicaţiile de control care folosesc un microcontroler PIC® MCU programat pentru a realiza moduri de lucru cu consum mai mic de energie în modul standby, pornire lină programabilă (soft start), comanda secvențială a sur­selor de alimentare cu ieșiri multiple. Microcontrolerul poate fi utilizat, de asemenea, pentru a stabili o cale de comunicație la cost mic peste bariera de izolare galvanică (optocuplor). Proiectul standard analogic este îmbună­tățit cu funcții mai avansate: pornire secvențială, oprirea automată în condiții limită, detectarea alterării funcțiilor, comunicația la distanță, moni­torizarea și controlul temperaturii sursei. Cu nivelul 1 de inteligență, un proiectant poate predicționa comportamentul sursei la evenimente care determină defectarea. Circuitele Microchip PIC10F (6 pini), PIC12F (8 pini) sunt microcontrolere Flash pe 8 biţi care conțin periferice ca ADC, PWM și GPIO (porturi I/O de uz general) care pot face sursele analogice exis­tente să aibă controlul inteligent al ieșirii, monitorizarea tensiunii intrare/ieșire, a curentului și a temperaturii.

Nivelul 2. Controlul Proporţional

Monitorizare și control proporţional al puterii

Aplicațiile de control care folosesc un microcontroler PIC® MCU programat pentru a oferi un control mai eficient şi funcţii de monitorizare în alimentarea cu energie. Aceste funcţii includ marje de tensiune de ieşire, adaptarea la sarcină variabilă şi echilibrare, memorarea evoluțiilor a diverși parametri care asigură performanţa (istoricul evenimentelor).
În plus, față de nivelul 1, este posibil controlul tensiunii la ieșire, prescrierea limitelor pentru tensiune, curent și temperatură. Parametrii pot fi controlați digital și monitorizați. Tensiunea poate fi ajustată fin pentru a asigura coor­donarea cu alte tensiuni dintr-un sistem. Depinzând de cerințele I/O ale sistemului, familiile Microchip PIC12, PIC16 sau PIC 18 pe 8 biţi pot da soluția cea mai bună. În sisteme mai mari, familia PIC24 pe 16 biţi poate asigura periferice de comunicație mai multe. Un modul PWM este utilizat pentru controlul direct al circuitelor PWM analogice din sursă. Controlul PWM digital poate asigura pornirea lină (soft start), controlând curentul pe intrare la pornire pentru a nu fi stresate componentele electronice.
Perifericele de comunicație serială asigură coordonarea de la distanță, controlul și monitorizarea răcirii prin ventilatoare, monitorizarea temperaturii prin diverși senzori.

Nivelul 3. Controlul configuraţiei (topologiei)

Controlul puterii sursei prin configuraţii diverse

Aplicațiile de control care folosesc un microcontroler PIC® MCU programat pentru a folosi o buclă de control analogic la ieşirea sursei de alimentare. Microcontrolerul PIC® MCU poate schimba şi optimiza configuraţia buclei de control, crescând eficienţa energetică la toate nivelurile și variațiile de sarcină. Nivelul 3 de aplicaţii de control oferă o platformă comună, configurabilă, care poate fi programată să sprijine mai multe aplicaţii. Acest nivel permite reconfigurarea caracteristicilor din nivelele 1 și 2. Se poate schimba controlul PWM la sarcini mici, făcând ca prin inductor să treacă un curent discontinuu în loc de curent continuu, ceea ce face ca eficiența să rămână ridicată și la sarcini mici. Ajustarea frecvenței de comutare poate asigura pierderi mici. Circuitul PIC16HV785 (20 pini) pe 8 biţi, de la Microchip poate fi utilizat la nivelul 3 datorită perifericelor on-chip. Acest circuit are 2 module PWM care pot controla două etaje de putere. Două amplificatoare de eroare și două comparatoare de mare viteză pot fi conectate (având pinii disponibili în exterior) la modulele PWM pentru a realiza diverse configurații digitale. Un circuit ADC inclus are 12 intrări disponibile pentru a monitoriza diverși parametri din sursă. Soluțiile cu semnal mixat sunt oferite de PIC16F785 care integrează un MCU cu periferice analogice și oferă o mare suită de topologii de control. În plus, controlerele PWM MCP1630 și MCP 1631 de la Microchip sunt proiectate pentru aplicații de control al puterii prin PIC MCU.

Nivelul 4. Controlul Digital total

Controlul digital total al puterii sursei

Aplicații de control în care se înlocuiește bucla de control analogic, cu un convertor analog/digital (ADC) pentru a obține un feedback rapid necesar în sursa de alimentare şi controlul prin modulare în durată (PWM) în etajul de putere. Nivelul 4 de aplicaţii permite reglarea dinamică a buclei de control şi algoritmi de control predictiv care optimizează performanţele sursei de alimentare şi cresc eficienţa. Controlul digital total înlocuiește schemele analogice standard și oferă funcțiile de management de la nivelele 1, 2 și 3. Prin controlul digital toate funcțiile de obținere a tensiunii stabile la ieșire sunt realizate de un procesor care rulează ciclic un program. Sunt realizate funcții care nu pot fi obținute analogic, incluzând algoritmi de compensare a neliniarităților și perturbațiilor ce apar la intrare și pe ieșire. Circuitele dsPIC33F de la Microchip sunt DSC pe 16 biţi ce asigură nivelul 4 de inteligență. Feedback-ul din sursă este realizat prin circuite ADC de mare viteză. Periferice PWM de mare viteză, specializate, controlează puterea sursei. Topologii uzuale pot fi realizate și controlate prin algoritmi de compensare executați rapid. Folosind circuite dsPIC DSC se realizează o mare densitate de putere, reducerea costului sistemului prin componente mai puţine și mai mici, îmbunătăţirea fiabilităţii, creșterea eficienţei și scăderea costurilor de fabricaţie și întreţinere (prin predicţia defectării).
Alte componente necesare: MOSFET-uri, drivere MOSFET, diode, optocuploare, senzori de temperatură.

Aplicaţii ale controlului digital al puterii

• Conversia puterii AC/DC, DC/DC
• Controlul și managementul puterii
• Surse pentru iluminat cu LED-uri
• Măsurarea puterii și protecții în surse
• Compensarea factorului de putere
• Încărcătoare inteligente de baterii
• Monitorizarea funcționării și predicția defectării
• Autocalibrare, compensarea perturbațiilor
• Control optimal în regimuri neliniare
• Comunicația serială în sistem

ECAS ELECTRO www.ecas.ro este distribuitor al firmelor de componente pentru surse de alimentare:
Microchip www.microchip.com
Texas Instruments www.ti.com
National Semiconductor www.national.com
Microsemi www.microsemi.com
Linear Technology www.linear.com
International Rectifier www.irf.com
Infineon www.infineon.com
Intersil www.intersil.com
ON semiconductor www.onsemi.com

Autor:
Ing. Emil Floroiu
ECAS ELECTRO
emil.floroiu@ecas.ro
www.ecas.ro

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile necesare sunt marcate *

  • Folosim datele dumneavoastră cu caracter personal NUMAI pentru a răspunde comentariilor/solicitărilor dumneavoastră.
  • Pentru a primi raspunsuri adecvate solicitărilor dumneavoastră, este posibil să transferăm adresa de email și numele dumneavoastră către autorul articolului.
  • Pentru mai multe informații privind politica noastră de confidențialitate și de prelucrare a datelor cu caracter personal, accesați link-ul Politica de prelucrare a datelor (GDPR) si Cookie-uri.
  • Dacă aveți întrebări sau nelămuriri cu privire la modul în care noi prelucrăm datele dumneavoastră cu caracter personal, puteți contacta responsabilul nostru cu protecția datelor la adresa de email: gdpr@esp2000.ro
  • Abonați-vă la newsletter-ul revistei noastre