עיצוב של ספק כוח מיתוג DC עבור מיקרו מחשב שבב יחיד
שיטת הבקרה העיקרית של אספקת חשמל במצב מתג היא להשתמש במעגל משולב של אפנון רוחב דופק כדי להוציא פולסים של PWM, ולהשתמש בווסת PID אנלוגי עבור אפנון רוחב דופק. לשיטת בקרה זו יש שגיאות מסוימות והמעגל מורכב יחסית. מאמר זה מציג ספק כוח מיתוג מתח עם מגוון רחב של מתח מוצא מתכוונן ברציפות, הנשלט על ידי המיקרו-בקר בעל הביצועים הגבוהים μ psd3354 של חברת ST. המיקרו-בקר מייצר ישירות גלי PWM ומבצע בקרה דיגיטלית על המעגל הראשי של ספק הכוח המיתוג. המעגל פשוט וחזק.
עיקרון ותכנון כולל של מערכת אספקת חשמל DC
1.1 עקרון המערכת
מערכת אספקת כוח DC זו מורכבת משני חלקים: המעגל הראשי של ספק הכוח המיתוג ומעגל הבקרה. המעגל הראשי מעבד בעיקר אנרגיה חשמלית, בעוד שמעגל הבקרה מעבד בעיקר אותות חשמליים. משוב שלילי משמש ליצירת מערכת בקרה אוטומטית. ספק הכוח המיתוג מאמץ שיטת בקרת PWM, והסטייה מתקבלת על ידי השוואת הכמות הנתונה וכמות המשוב. יציאת ה-PWM נשלטת על ידי וסת PID דיגיטלי כדי לשלוט על הפלט של ספק הכוח המיתוג. ביניהם, ויסות PID ופלט PWM נשלטים שניהם על ידי תוכנה באמצעות מערכת מיקרו-בקר.
1.2 עיצוב מערכת כולל
חלק החומרה של המערכת מורכב ממעגלי תיקון וסינון קלט ופלט, חלקי המרת הספק, מעגלי הנעה, מערכות מיקרו-בקר ומעגלי עזר. איור 1 מציג את הדיאגרמה המבנית של ספק כוח DC הנשלט על ידי מיקרו-בקר.
כפי שניתן לראות, מתח של 50Hz ו-220V AC מסונן על ידי מסנן הרשת כדי למנוע הפרעות מהרשת, ולאחר מכן נכנס למסנן מיישר הקלט לצורך יישור וסינון, וממיר אותו לאות מתח DC. אות DC מומר לאות AC בתדר גבוה באמצעות מעגל המרת הספק, ואות AC בתדר גבוה מומר לאחר מכן לפלט מתח DC באמצעות מעגל תיקון וסינון פלט [1]. מעגל הבקרה מאמץ את שיטת אפנון רוחב הדופק PWM, ואות בקרת PWM עם רוחב פולס מתכוונן שנוצר על ידי המיקרו מעובד על ידי מעגל ההנעה כדי להניע את מעגל המרת ההספק לעבודה. באמצעות ערוץ המרה ADC במהירות גבוהה של מיקרו-בקר לאיסוף מתח מוצא במרווחי זמן קבועים, והשוואתו לערך הצפוי, התאמת PID מתבצעת על סמך השגיאה שלו. מעגל רכישת המתח מממש את רכישת מתח DC V0 ומתאים אותו לטווח מתח הכניסה האנלוגי של ממיר A/D. במקרה של תקלות מתח יתר, זרם יתר וקצר בספק המתח המיתוג, מעגל ההגנה ממלא תפקיד מגן על אספקת החשמל והעומס. ספק כוח העזר מספק מתח DC עבור מעגלי בקרה, מעגלי הנעה וכו'.
2. עיצוב מעגל ראשי של ספק כוח מתג
המעגל הראשי של ספק הכוח המיתוג משמש להשלמת ההמרה של DC-AC-DC. המעגל הראשי של המערכת מאמץ ממיר DC-DC גשר מלא, כפי שמוצג באיור 2. התקן מיתוג הכוח המשמש במערכת זו הוא מודול IGBT מסדרת BSM 50GB120DN2 של חברת EUPEC. כל מודול הוא מבנה חצי גשר, ולכן נדרשים שני מודולים במערכת הגשר המלאה. כל מודול מוטבע עם דיודה מהירה חופשית.
