"מיישר PWM הוא סוג חדש של כוח מֵמִיר פותח על ידי יישום אפנון רוחב דופק טֶכנוֹלוֹגִיָה. העיקרון הבסיסי הוא להפוך את זרם הכניסה של המיישר קרוב לגל סינוס על ידי שליטה במצב הדלקה-כיבוי של צינור מתג ההפעלה, והזרם וה מתח נמצאים באותו שלב, ובכך מבטלים את רוב ההרמוניות הנוכחיות והופך את מקדם ההספק קרוב ל-1. מאמר זה משתמש ב-TMS320F240DSP של TI כדי ליישם בקרה דיגיטלית על המיישר. לשיטה זו היתרונות הבאים על פני שליטה אנלוגית.
"
מחבר: Liu Yanzhu
1 מבוא
מיישר PWM הוא סוג חדש של ממיר כוח שפותח על ידי יישום טכנולוגיית אפנון רוחב פעימה. העיקרון הבסיסי הוא להפוך את זרם הכניסה של המיישר קרוב לגל סינוס על ידי שליטה במצב הדלקה-כיבוי של צינור מתג ההפעלה, והזרם והמתח נמצאים באותו שלב, ובכך לבטל את רוב ההרמוניות של הזרם וליצור מקדם ההספק קרוב ל-1. מאמר זה משתמש ב-TMS320F240DSP של TI כדי ליישם בקרה דיגיטלית על המיישר. לשיטה זו היתרונות הבאים על פני שליטה אנלוגית:
1) בקרה גמישה במערכות בקרה דיגיטליות, אלגוריתמי תוכנה משמשים בעיקר ליישום סכימות בקרה, שהן גמישות יותר מבקרה אנלוגית;
2) אמינות גבוהה מערכת המיקרו-מחשב משתמשת בפחות רכיבים וכל האותות מעובדים דיגיטלית, כך שההפרעה קטנה והאמינות גבוהה;
3) ניתוח תקלות קל, זיהוי האותות יאחסן את המידע שהתקבל, ויש לו את היכולת לזכור, כך שקל לממש אבחון תקלות;
4) הגדרת פרמטר פשוטה יכולה להפוך את עבודת ניפוי המערכת לנוחה מאוד.
בהתבסס על השיקולים שלעיל, מאמר זה משתמש במערכת בקרה דיגיטלית עם DSP בתור הליבה לשליטה במיישר.
2 תכונות עיקריות של TMS320F240
3 מיישר PWM ראשי מעגל וסכימת בקרה
המעגל הראשי במאמר זה מאמץ מבנה גשר מלא חד פאזי, כפי שמוצג באיור 1.
באיור, UN
עקרון הבקרה הספציפי מתואר בקצרה כדלקמן: הסטייה של ערך דגימת מתח המוצא (ud) ומתח הייחוס הנתון (ud*) נשלחת ל-PI וסת, והערך המתקבל משמש כמשרעת של אות זרם הייחוס, כפול באותו שלב כמו מתח אספקת החשמל לאחר אות הסינוס הייחוס[sin(ωt)]הוא משמש כערך של זרם הייחוס. ערך דגימת זרם הכניסה מתקבל ממעגל השראות, ואות השגיאה הנוכחית נשלח לווסת הפרופורציונלית. ערך הפלט מתווסף עם אות פיצוי מתח הכניסה[uT
מעגל יחידת זיהוי זרם ומיזוג המוצג באיור 4. לאחר אות זרם הפלט של הזרם חיישן מומר לאות מתח על ידי התנגדות המדידה RM, הרווח של המגבר שנוצר על ידי המגבר התפעולי U8 נקבע על ידי הערך של RM, כך שהאות הדו-קוטבי במוצא יכול ליפול בטווח של ±5V. המגבר התפעולי U9 מהווה שלב המרת קוטביות ברמה, הממיר את האות הדו-קוטבי לאות חד-קוטבי בפרופורציה. האות החד קוטבי 0~+5V נדרש להמרת DSPA/D, ואספקת הכוח +5V מסופקת על ידי ספק הכוח הייחוס המורכב מ-LM336. מסנן פשוט במעבר נמוך המורכב מ-RC כדי לסנן את התת-הרמוניות של תדר המיתוג של זרם הכניסה AC, ושתי הדיודות הן דיודות מהדקות.
יחידת זיהוי ומיזוג מתח מוצא DC היא חיישן קדמי בלולאה סגורה למתח הצד של DC. המטרה היא למדוד את הצד DC קבל מתח. מכיוון שמתח הקבל מכיל אדווה מסוימת, הוא צריך להכניס קישור סינון. עקרון המעגל מוצג באיור 5.
אות מתח הכניסה AC משמש כאות סנכרון. מכיוון שקלט המתח מרשת החשמל לרוב אינו גל סינוס טהור, יש לסנן אותו כדי לזהות במדויק את הפאזה של מתח הכניסה של רשת החשמל. המסנן כולל מסנן נמוך ומסנן גבוה. חֵלֶק. המגבר התפעולי U11A ורשת ההתנגדות-קיבול ההיקפית יוצרים מסנן מסדר נמוך מסדר שני. מסנן המעבר הנמוך יכול לסנן הרמוניות מסדר גבוה באות הכניסה של רשת החשמל, כך שצורת הגל משתפרת, אך הפאזה בפיגור, ולכן מוכנס מסנן מעביר גבוה לפיצוי. U11B והציוד ההיקפי שלו נַגָדרשת קבלים מהווים מסנן גבוה מסדר שני. ניתן לראות מהמעגל שהמבנה הטופולוגי של מסנני המעבר הגבוה והנמוך זהה לחלוטין, וההתנגדות והקיבול מחולקים באופן סימטרי. כל עוד הפרמטרים השונים נבחרים כראוי, השלב המוביל של מסנן המעבר הגבוה יכול פשוט לקזז את שלב הפיגור של מסנן המעבר הנמוך. לאחר סינון פעמיים, לא רק ההרמוניות מסוננות החוצה, צורת הגל קרובה לסינוס, ואין היסט פאזה. לאחר הסינון, הוא עובר דרך מעגל ההיסטרזיס של חציית אפס כדי לקבל אות גל ריבועי המסונכרן לחלוטין עם אות הכניסה של רשת החשמל. המעגל מוצג באיור 6.
בנוסף, זיהוי ערך מתח הכניסה אינו הערך המיידי של המתח אלא הערך האפקטיבי, ולכן מעגל המיישר המדויק המוצג באיור 7 משמש להמרת אות המתח המסונן לערך DC המתאים.
המעבד והמעגלים ההיקפיים שלו כוללים בעיקר מעגלי שעון, מעגלי איפוס וכדומה. בנוסף, לנוחות איתור הבאגים, מערכת זו הרחיבה גם שבב RAM של 16 סיביות כזיכרון תוכנית. מעגל ההנעה ממלא תפקיד בשיפור יכולת הנהיגה ובידוד הדופק. מעגל ההיגיון של ההגנה מבטיח שכאשר מתרחשת תקלה, המערכת יכולה לחסום ישירות את אות דופק הפלט מהחומרה.
5 עיצוב תוכנה של מערכת הבקרה
תוכנת מערכת הבקרה במאמר זה כוללת בעיקר את החלקים הבאים:
1) התוכנית הראשית משלימה בעיקר את האתחול של המערכת וזיהוי הלולאה של כל כמות קלט במערכת;
2) תת שגרת העיבוד הנוכחית משלימה בעיקר את עיבוד הנתונים של לולאת הבקרה הנוכחית במערכת הבקרה;
3) תת שגרת עיבוד המתח משלימה בעיקר את עיבוד הנתונים של לולאת בקרת המתח במערכת הבקרה;
4) תת-השגרה של הפסקת סנכרון לוקחת את אות הסנכרון כמקור הפסקה ומגדירה את דגל הסנכרון כדי לשמור על קצב התוכנה של מערכת הבקרה כולה בקנה אחד עם מתח הרשת;
5) תת שגרת פסיקת טיימר. זהו חלק הליבה של התוכנית כולה, אשר מייצרת את גלי ה-PWM הנדרשים בהתאם לתוצאות של כל חלק בפעולה.
תרשים הזרימה של התוכנה מוצג באיורים 8, 9 ו-10.
6 תוצאות ניסוי
באמצעות הסכמה שלעיל, מאמר זה בנה מכשיר ניסיוני בעל הספק נמוך במעבדה, והפרמטרים של כל חלק הם כדלקמן:
מתח כניסה AC 170V
מתח מוצא DC 300V
כוח פלט 360 וולט
צורות הגל של כל חלק מוצגות באיורים 11 ו-12.
סיכום 7
מיישר ה-PWM הוא סוג חדש של ממיר הספק, שיכול להפוך את מקדם ההספק המבוא קרוב ל-1. מאמר זה מאמץ את שיטת בקרת המעקב הנוכחית, מעצב מערכת בקרה דיגיטלית עם שבב DSP TMS320F240 בעל ביצועים גבוהים כליבה, ומוליך נמוך -ניסויי כוח. לבסוף, הניסוי מוכיח שלמערכת הבקרה יש יתרונות של בקרה גמישה, דיוק גבוה, תגובה דינמית טובה ומעט הפרעות.
מחבר: Liu Yanzhu
1 מבוא
מיישר PWM הוא סוג חדש של ממיר כוח שפותח על ידי יישום טכנולוגיית אפנון רוחב פעימה. העיקרון הבסיסי הוא להפוך את זרם הכניסה של המיישר קרוב לגל סינוס על ידי שליטה במצב הדלקה-כיבוי של צינור מתג ההפעלה, והזרם והמתח נמצאים באותו שלב, ובכך לבטל את רוב ההרמוניות של הזרם וליצור מקדם ההספק קרוב ל-1. מאמר זה משתמש ב-TMS320F240DSP של TI כדי ליישם בקרה דיגיטלית על המיישר. לשיטה זו היתרונות הבאים על פני שליטה אנלוגית:
1) בקרה גמישה במערכות בקרה דיגיטליות, אלגוריתמי תוכנה משמשים בעיקר ליישום סכימות בקרה, שהן גמישות יותר מבקרה אנלוגית;
2) אמינות גבוהה מערכת המיקרו-מחשב משתמשת בפחות רכיבים וכל האותות מעובדים דיגיטלית, כך שההפרעה קטנה והאמינות גבוהה;
3) ניתוח תקלות קל, זיהוי האותות יאחסן את המידע שהתקבל, ויש לו את היכולת לזכור, כך שקל לממש אבחון תקלות;
4) הגדרת פרמטר פשוטה יכולה להפוך את עבודת ניפוי המערכת לנוחה מאוד.
בהתבסס על השיקולים שלעיל, מאמר זה משתמש במערכת בקרה דיגיטלית עם DSP בתור הליבה לשליטה במיישר.
2 תכונות עיקריות של TMS320F240
3 מיישר PWM מעגל ראשי וסכימת בקרה
המעגל הראשי במאמר זה מאמץ מבנה גשר מלא חד פאזי, כפי שמוצג באיור 1.
באיור, UN
עקרון הבקרה הספציפי מתואר בקצרה כדלקמן: הסטייה של ערך דגימת מתח המוצא (ud) ומתח הייחוס הנתון (ud*) נשלחת לווסת ה-PI, והערך המתקבל משמש כמשרעת של זרם הייחוס. אות, מוכפל באותו שלב כמו מתח אספקת החשמל לאחר אות הסינוס הייחוס[sin(ωt)]הוא משמש כערך זרם הייחוס. ערך דגימת זרם הכניסה מתקבל ממעגל השראות, ואות השגיאה הנוכחית נשלח לווסת הפרופורציונלית. ערך הפלט מתווסף עם אות פיצוי מתח הכניסה[uT
מעגל יחידת זיהוי ומיזוג זרם המוצג באיור 4. לאחר המרת אות זרם המוצא של חיישן הזרם לאות מתח על ידי התנגדות המדידה RM, הרווח של המגבר שנוצר על ידי המגבר התפעולי U8 נקבע על ידי הערך של RM , כך שהאות הדו-קוטבי במוצא יכול ליפול בטווח של ±5V. המגבר התפעולי U9 מהווה שלב המרת קוטביות ברמה, הממיר את האות הדו-קוטבי לאות חד-קוטבי בפרופורציה. האות החד קוטבי 0~+5V נדרש להמרת DSPA/D, ואספקת הכוח של +5V מסופקת על ידי ספק הכוח הייחוס המורכב מ-LM336. מסנן פשוט במעבר נמוך המורכב מ-RC כדי לסנן את התת-הרמוניות של תדר המיתוג של זרם הכניסה AC, ושתי הדיודות הן דיודות מהדקות.
יחידת זיהוי ומיזוג מתח מוצא DC היא חיישן קדמי בלולאה סגורה למתח הצד של DC. המטרה היא למדוד את מתח הקבלים בצד DC. מכיוון שמתח הקבל מכיל אדווה מסוימת, הוא צריך להכניס קישור סינון. עקרון המעגל מוצג באיור 5.
אות מתח הכניסה AC משמש כאות סנכרון. מכיוון שקלט המתח מרשת החשמל לרוב אינו גל סינוס טהור, יש לסנן אותו כדי לזהות במדויק את הפאזה של מתח הכניסה של רשת החשמל. המסנן כולל מסנן נמוך ומסנן גבוה. חֵלֶק. המגבר התפעולי U11A ורשת ההתנגדות-קיבול ההיקפית יוצרים מסנן מסדר נמוך מסדר שני. מסנן המעבר הנמוך יכול לסנן הרמוניות מסדר גבוה באות הכניסה של רשת החשמל, כך שצורת הגל משתפרת, אך הפאזה בפיגור, ולכן מוכנס מסנן מעביר גבוה לפיצוי. U11B ורשת הנגדים-קבלים ההיקפיים שלו יוצרים מסנן גבוה מסדר שני. ניתן לראות מהמעגל שהמבנה הטופולוגי של מסנני המעבר הגבוה והנמוך זהה לחלוטין, וההתנגדות והקיבול מפוזרים באופן סימטרי. כל עוד הפרמטרים השונים נבחרים כראוי, השלב המוביל של מסנן המעבר הגבוה יכול פשוט לקזז את שלב הפיגור של מסנן המעבר הנמוך. לאחר סינון פעמיים, לא רק ההרמוניות מסוננות החוצה, צורת הגל קרובה לסינוס, ואין היסט פאזה. לאחר הסינון, הוא עובר דרך מעגל ההיסטרזיס של חציית אפס כדי לקבל אות גל ריבועי המסונכרן לחלוטין עם אות הכניסה של רשת החשמל. המעגל מוצג באיור 6.
בנוסף, זיהוי ערך מתח הכניסה אינו הערך המיידי של המתח אלא הערך האפקטיבי, ולכן מעגל המיישר המדויק המוצג באיור 7 משמש להמרת אות המתח המסונן לערך DC המתאים.
המעבד והמעגלים ההיקפיים שלו כוללים בעיקר מעגלי שעון, מעגלי איפוס וכדומה. בנוסף, לנוחות איתור הבאגים, מערכת זו הרחיבה גם שבב RAM של 16 סיביות כזיכרון תוכנית. מעגל ההנעה ממלא תפקיד בשיפור יכולת הנהיגה ובידוד הדופק. מעגל ההיגיון של ההגנה מבטיח שכאשר מתרחשת תקלה, המערכת יכולה לחסום ישירות את אות דופק הפלט מהחומרה.
5 עיצוב תוכנה של מערכת הבקרה
תוכנת מערכת הבקרה במאמר זה כוללת בעיקר את החלקים הבאים:
1) התוכנית הראשית משלימה בעיקר את האתחול של המערכת וזיהוי הלולאה של כל כמות קלט במערכת;
2) תת שגרת העיבוד הנוכחית משלימה בעיקר את עיבוד הנתונים של לולאת הבקרה הנוכחית במערכת הבקרה;
3) תת שגרת עיבוד המתח משלימה בעיקר את עיבוד הנתונים של לולאת בקרת המתח במערכת הבקרה;
4) תת-השגרה של הפסקת סנכרון לוקחת את אות הסינכרון כמקור הפסקה ומגדירה את דגל הסנכרון כדי לשמור על קצב פעולת התוכנה של מערכת הבקרה כולה בקנה אחד עם מתח הרשת;
5) תת שגרת פסיקת טיימר. זהו חלק הליבה של התוכנית כולה, אשר מייצרת את גלי ה-PWM הנדרשים בהתאם לתוצאות של כל חלק בפעולה.
תרשים הזרימה של התוכנה מוצג באיורים 8, 9 ו-10.
6 תוצאות ניסוי
באמצעות הסכמה שלעיל, מאמר זה בנה מכשיר ניסיוני בעל הספק נמוך במעבדה, והפרמטרים של כל חלק הם כדלקמן:
מתח כניסה AC 170V
מתח מוצא DC 300V
כוח פלט 360 וולט
צורות הגל של כל חלק מוצגות באיורים 11 ו-12.
סיכום 7
מיישר ה-PWM הוא סוג חדש של ממיר הספק, שיכול להפוך את מקדם ההספק המבוא קרוב ל-1. מאמר זה מאמץ את שיטת בקרת המעקב הנוכחית, מעצב מערכת בקרה דיגיטלית עם שבב DSP TMS320F240 בעל ביצועים גבוהים כליבה, ומוליך נמוך -ניסויי כוח. לבסוף, הניסוי מוכיח שלמערכת הבקרה יש יתרונות של בקרה גמישה, דיוק גבוה, תגובה דינמית טובה ומעט הפרעות.
הקישורים: R0878LS20K LMG6381QHGE