Kako realizirati zasnovo stikalnega napajalnika za inteligentno krmiljenje
Inteligentno krmilno stikalo načrtuje napajalnik, od samega nadzora izhodne moči obstaja več načinov nadzora. Eno je, da mikroračunalnik z enim čipom oddaja napetost (prek čipa DA ali načina PWM), ki se uporablja kot referenčna napetost napajalnika. Ta metoda samo nadomesti prvotno referenčno napetost z mikroračunalnikom z enim čipom, vrednost izhodne napetosti napajalnika pa je mogoče vnesti z gumbi. Mikroračunalnik z enim čipom se ne vključi v povratno zanko napajalnika in napajalno vezje se ne spremeni veliko. Ta način je najlažji.
Drugi je razširiti AD mikroračunalnika z enim čipom, nenehno zaznavati izhodno napetost napajalnika, prilagoditi izhod DA glede na razliko med izhodno napetostjo napajalnika in nastavljeno vrednostjo, nadzorovati PWM čipom, posredno pa nadzira tudi delo napajalnika. Na ta način je bil mikroračunalnik z enim čipom dodan v povratno zanko napajanja, ki je nadomestil prvotno povezavo za primerjavo in ojačanje, program mikroračunalnika z enim čipom pa mora sprejeti bolj zapleten algoritem PID. Tretji je razširiti AD mikroračunalnika z enim čipom, nenehno zaznavati izhodno napetost napajalnika in izhodne valove PWM glede na razliko med izhodno napetostjo napajalnika in nastavljeno vrednostjo ter neposredno nadzorovati delo napajanja. Na ta način enočipni mikroračunalnik najbolj poseže v delo napajalnika.
Tretji način je najbolj temeljito inteligentno krmilno stikalo za nadzor mikroračunalnika z enim čipom, vendar ima tudi najvišje zahteve za mikroračunalnik z enim čipom. Zahteva se, da je hitrost delovanja mikroračunalnika z enim čipom visoka in da lahko oddaja val PWM z dovolj visoko frekvenco. Takšen mikrokrmilnik je očitno drag. Hitrost mikroračunalnika z enim čipom DSP je dovolj visoka, vendar je tudi trenutna cena zelo visoka. Glede na stroške predstavlja velik delež v stroških napajanja, zato ni primeren za uporabo. Med poceni mikroračunalniki z enim čipom je serija AVR najhitrejša in ima izhod PWM, kar lahko štejemo. Vendar delovna frekvenca mikroračunalnika z enim čipom AVR še vedno ni dovolj visoka in ga je komaj mogoče uporabljati. Natančneje izračunajmo, na kateri ravni lahko mikrokrmilnik AVR neposredno krmili stikalno napajanje.
V mikrokontrolerju AVR je taktna frekvenca do 16MHz. Če je ločljivost PWM 10 bitov, potem je frekvenca valovanja PWM, to je delovna frekvenca preklopnega napajanja 16000000/1024=15625 (Hz), in očitno ni dovolj da stikalni napajalnik deluje na tej frekvenci (v zvočnem območju). Nato vzemite ločljivost PWM kot 9 bitov, delovna frekvenca preklopnega napajanja pa je tokrat 16000000/512=32768 (Hz), ki se lahko uporablja zunaj območja zvočne frekvence, vendar je še vedno določena razdalja od delovna frekvenca sodobnih stikalnih napajalnikov. Vendar je treba upoštevati, da 9-bitna ločljivost pomeni, da lahko cikel vklopa-izklopa napajalne cevi razdelimo na 512 delov. Kar zadeva vklop, ga lahko ob predpostavki, da je delovni cikel 0,5, razdelimo le na 256 delov. Glede na nelinearno razmerje med širino impulza in izhodom napajalnika, ga je treba prepogniti vsaj na polovico, kar pomeni, da je izhod napajalnika mogoče nadzorovati največ do 1/128, ne glede na spremembo obremenitve ali spremembo napajalne napetosti lahko stopnja nadzora doseže to točko le do. Upoštevajte tudi, da obstaja samo en val PWM, kot je opisano zgoraj, ki je enosmerno delo. Če je potrebno delovanje push-pull (vključno s polovičnim mostom), sta potrebna dva vala PWM, zgoraj omenjena natančnost krmiljenja pa bo prepolovljena in jo je mogoče krmiliti le na približno 1/64.
Lahko izpolni zahteve uporabe za vire energije z nizkimi zahtevami, kot je polnjenje baterije, vendar ni dovolj za vire energije, ki zahtevajo visoko natančnost izhoda. Če povzamemo, mikrokrmilnik AVR lahko le neradi uporabljamo kot neposredno krmiljenje PWM. Vendar pa je zgoraj navedena druga metoda nadzora zasnove inteligentnega krmilnega stikala, to je, da mikroračunalnik z enim čipom prilagodi izhod DA, nadzoruje čip PWM in posredno nadzoruje delo napajalnika, vendar nima tako visoke zahteve za mikroračunalnik z enim čipom in mikroračunalnik z enim čipom serije 51 je kompetenten. Cena MCU serije 51 je še vedno nižja od cene AVR. Pomanjkljivost zasnove inteligentnega krmilnega stikala je, da dinamični odziv ni dovolj. Prednost je, da je zasnova prilagodljiva, kot je zaščita in komunikacija, kombinacija enočipnih in pwm čipov. Prav tako je težko doseči krmiljenje v enem ciklu. Zato menim, da lahko mikroračunalnik z enim čipom dokonča nekaj prilagodljivih analognih nastavitev, za njim pa je čip pwm, ki opravi nekaj dela. Videl sem članek, ki uporablja CPLD plus mikrokrmilnik za nadzor.
Vsi vemo, da cena CPLD in težavnost razvoja nikakor nista primerljivi z mikroračunalniki z enim čipom, zakaj torej to počne? Razlog je, kot je rekel avtor, ker je širina PWM mikroračunalnika z enim čipom majhna, kar ima za posledico nizko natančnost, ki ne more izpolniti zahtev sistema. Avtor je še povedal, da je v teh primerih uporaba PWM vezja zunaj čipa nedvomno idealna izbira. Za realizacijo PWM je izbral čip CPLD. Predlagam: še vedno uporabite originalni krmilni čip stikalnega napajalnika za realizacijo. Ne samo, da je cena nizka, ampak je tudi enostavno implementirati zaščitne funkcije, kot je zaznavanje toka v enem ciklu. Digitalnega nadzora ne potrebujemo zaradi digitalnega nadzora. Zgoraj je zasnova inteligentnega krmilnega stikala, prosim prijatelje, da sodelujejo v razpravi in me popravijo.
