Микроконтролери и управление на превключващи източници на напрежение; Електроника-днес
Въведение
Захранванията, неразделна част от повечето електронни системи, сега са важен пазар, нарастващ с изключителни темпове. В продължение на много години проектите за захранване се състоеха от сложна комбинация от аналогови и полупроводникови компоненти. Делът на превключващите източници на напрежение (SMPS) се увеличава, заменяйки традиционните линейни източници.
Всъщност настоящите оценки показват, че повече от половината от приходите от производителите на електрозахранване се генерират от продажбата на импулсни захранвания.
Импулсен източник на напрежение може да предложи много предимства пред линейния източник, като много по-висока ефективност, по-широки работни диапазони, по-ниска цена, по-малък размер, особено за приложения с висока мощност. Въпреки това, многото предимства на превключващия източник се превърнаха в нормални очаквания днес от производителността на източник на напрежение и дизайнерите се стремят да внедрят цифрови контури за управление, за да осигурят по-висока ефективност и производителност, да намалят броя на компонентите, да увеличат безопасността и възможността за добавяне на нови функции.
Какво е импулсен източник на напрежение?
Методи за управление на превключващите източници на напрежение
При превключващ източник управляващият контур, който контролира ШИМ (модулатор) и синхронни полеви транзистори, обикновено се извършва чрез аналогови техники. Възможно беше тези аналогови техники да бъдат заменени с някои форми на цифрово управление, но доскоро цената на тези техники и компоненти беше твърде висока, дори за най-специалните приложения.
В резултат на това повечето SMPS дизайнери все още не са запознати с техниките за цифрово управление, стремящи се да разработят разнопосочни и поверителни решения за аналогови схеми в опит да бъдат икономични и конкурентни на пазара на превключващото напрежение.
Микроконтролери в схеми за проектиране на напрежение
В допълнение към функциите на цифровите контури за управление, прости микроконтролери вече са намерили своето място в много SMPS схеми, осигуряващи контрол, мониторинг, детерминирани функции и комуникации (обикновено базирани на I2CTM - като например стандарта PMBusTM). На най-простото си ниво микроконтролерите могат да предоставят много детерминирани функции от типа „ВКЛ./ИЗКЛ.“ В системите за захранване, като плавен старт, последователност при стартиране, наблюдение на напрежението и откриване/възстановяване на неизправност. Някои SMPS проекти използват микроконтролер за наблюдение на контролния контур, осигурявайки пропорционален контрол за съществуващо специално устройство за управление. Усъвършенстваните микроконтролери, специално проектирани за пазара на електрозахранване, могат да предоставят смесен сигнал, ресурси на чипа, за да минимизират броя на необходимите компоненти и да играят все по-активна роля в контрола на топологиите на SMPS контролния контур. Въпреки това, във всички тези случаи самият контролен контур остава аналогова функция, тъй като микроконтролерите не разполагат с ефективността на обработката, необходима за ефективно цифрово управление на контура.
Предимствата на цифровия контур за управление
Други предимства, предоставяни само от напълно цифрово управление, включват: възможността да има характеристика на реакцията, която не може да бъде получена в аналогов контур за управление; по-бърз отговор чрез "предварително зареждане" на филтъра на цикъла. В допълнение, функции като: автоматично калибриране на системата, температурна компенсация, входно напрежение и товар, синхронизация между преобразуването на мощност и външни събития, възможност за бързо превключване.
Възможността за интегрирана обработка, необходима за изцяло дигитален дизайн, може да включва други функции, споменати по-рано, като: наблюдение и изключване на напрежението при условия на пренапрежение или ниско напрежение, дистанционно измерване, плавен старт, последователност на захранването, управление на неизправности, отстраняване на неизправности работа, управление на вентилатора, серийна комуникация - няма нужда от допълнителен процесор.
Въпреки че общите предимства на цифровия контрол са много ясни, разходите, свързани с внедряването, доведоха до ограничението само до онези приложения, които наистина изискват разширени функции за управление.
Внедряване на икономически цифров контрол
Цифровите контролери на сигнала (DSC) - нов клас високопроизводителни микроконтролери с интегрирана способност за обработка на сигнала - сега осигуряват ефективността на обработката, необходима за икономично внедряване на изцяло цифров контролен контур за повечето приложения за захранване.
Чрез комбинирането на трите модула, описани по-горе, се получават много гъвкави, много гъвкави контури за управление с обратна връзка за напрежение и ток.
Новите SMPS DSC устройства комбинират високоефективни периферни устройства с високоефективен dsPIC ядрен софтуер, за да осигурят най-рентабилния начин за внедряване на цифров контролен контур.
заключения
Превключващите захранвания се признават като осигуряващи повишена ефективност, малък размер и по-голяма гъвкавост от линейните захранвания. Към такава система често се добавя обикновен микроконтролер за допълнителни функции за контрол и комуникация. Микроконтролерът рядко се използва в управляващия контур, който доскоро беше областта на аналоговите схеми с различна сложност.
Въпреки че ползите от внедряването на изцяло цифров контур за управление могат да бъдат разбрани бързо, настоящият метод на изпълнение остава скъпа и сложна задача - и със сигурност надхвърля възможностите на стандартен микроконтролер.
Ето защо е разработен нов клас микроконтролери, с интегриран капацитет за обработка на сигнала, който е предоставил необходимата скорост на обработка на разположение на дизайнерите на захранване. Чрез добавяне на специални периферни модули тези цифрови контролери за сигнал позволяват реализирането на източници с висока ефективност и гъвкавост, както и цял набор от функции, които могат да бъдат внедрени за първи път в източниците.