Część 6. Mieszane analogowo-cyfrowe układy sterowania. Łukasz Starzak, Sterowanie przekształtników elektronicznych, zima 2011/12

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "Część 6. Mieszane analogowo-cyfrowe układy sterowania. Łukasz Starzak, Sterowanie przekształtników elektronicznych, zima 2011/12"

Natalia Domańska
5 lat temu
Przeglądów:

1 Część 6 Mieszane analogowo-cyfrowe układy sterowania 1

2 Korzyści z cyfrowego sterowania przekształtników Zmniejszenie liczby elementów i wymiarów układu Sterowanie przekształtnikami o dowolnej topologii i metodzie sterowania obwody sterowania, zabezpieczeń, pomiaru, kompensacji pętli sprzężenia zwrotnego, sterowania chłodzeniem itd. zintegrowane w jednym układzie scalonym scalone sterowniki analogowe są przeznaczone do 1 3 topologii i stosują 1 2 metody sterowania produkowane są tylko dla najbardziej popularnych, co z kolei wpływa na ich popularność zmiana metody sterowania nie pociąga za sobą konieczności zmiany układu elektronicznego (topografii płytki, elementów) Ten sam układ drukowany dla przekształtników o różnych parametrach zmianie ulega wyłącznie program w zakresie parametrów konfiguracyjnych obniżenie kosztów produkcji przez zwiększenie liczby egzemplarzy a zmniejszenie liczby wariantów tańszy również serwis i doskonalenie 2

3 Korzyści z cyfrowego sterowania przekształtników (cd.) Zwiększenie sprawności energetycznej, zmniejszenie poboru mocy Możliwość realizacji pomiarów pośrednich dostosowanie układu do zmiennego obciążenia zmiana częstotliwości przełączania, zmiana zasady sterowania, wyłączenie bloków czasowo zbędnych (np. wentylatora) łatwa realizacja stanu czuwania potrzebna jest tylko energia do zasilenia wybranych bloków mikroprocesora niektóre wielkości fizyczne można obliczyć na podstawie innych, np. moment obrotowy realizacja sprzężeń zwrotnych od momentu, mocy itp. dodatkowa wiedza o stanie układu Poprawa jakości sterowania, w tym zwiększenie szybkości odpowiedzi sprzężenie w przód (feedforward) sygnał sterujący jest wyliczany ze wzorów (teoretycznych lub empirycznych) na podstawie obserwacji wejść zanim doprowadzą one do zmian na wyjściach, na które dopiero reaguje sprzężenie zwrotne (feedback) 3

4 Funkcje sterowania cyfrowego przekształtników (lista nie wyczerpująca) tryb niskiego poboru mocy przełączanie źródeł zasilania łagodny start pamięć i zarządzanie awariami zmiana (nastawa) sygnału odniesienia zmiana zasady sterowania złożone techniki sterowania (np. PWM z modulacją częstotliwości) cyfrowa implementacja pętli sprzężenia zwrotnego komunikacja z innymi blokami i użytkownikiem pomiar wartości skutecznej, mocy czynnej, współczynnika zniekształceń prędkości, momentu obrotowego kompensacja współczynnika mocy minimalizacja zniekształceń harmonicznych minimalizacja zaburzeń wysokiej częstotliwości funkcje pomocnicze chłodzenie sterowanie wentylatorem 4

Poziom 1 Sterowanie włącz-wyłącz Funkcje start-stop tryb niskiego poboru energii zarządzanie wieloma odbiornikami pamięć awarii, watchdog, zarządzanie awariami

5 Poziom 1 Sterowanie włącz-wyłącz Funkcje start-stop tryb niskiego poboru energii zarządzanie wieloma odbiornikami pamięć awarii, watchdog, zarządzanie awariami komunikacja zabezpieczenia termiczne Sprzęt przetwornica z własnym sterownikiem analogowym prosty mikrokontroler oddziałujący poprzez wejścia typu włącz-wyłącz 5

Poziom 2 Sterowanie proporcjonalne Funkcje sterowanie napięciem wyjściowym ograniczenia prądowe, napięciowe, temperaturowe łagodny start i kontrolowane zatrzymanie sterowanie

6 Poziom 2 Sterowanie proporcjonalne Funkcje sterowanie napięciem wyjściowym ograniczenia prądowe, napięciowe, temperaturowe łagodny start i kontrolowane zatrzymanie sterowanie chłodzeniem Sprzęt przetwornica z własnym sterownikiem analogowym średnio prosty mikrokontroler przebieg impulsowy (PWM/CCP) podawany na wejście typu zezwalającego pomiar (ADC, SPI/I2C) 6

Poziom 3 Sterowanie wewnątrz topologii przekształtnika Funkcje przełączanie topologii kompensatora przełączanie zasady sterowania i rodzaju sprzężenia zwrotnego (np.

7 Poziom 3 Sterowanie wewnątrz topologii przekształtnika Funkcje przełączanie topologii kompensatora przełączanie zasady sterowania i rodzaju sprzężenia zwrotnego (np. przy małym obciążeniu) zmiana częstotliwości przełączania realizacja sprzężenia zwrotnego Sprzęt wewnętrzny generatormodulator (PWM) wewnętrzne zasoby analogowe lub zewnętrzne układy dedykowane (przetworniki A/C, wzmacniacze operacyjne, komparatory, oscylator, źródło napięcia odniesienia) zewnętrzny sterownik bramki 7

Poziom 4 Sterowanie w pełni cyfrowe Funkcje bardziej złożone funkcje z niższych poziomów przekształtniki wielostopniowe cyfrowa (programowa) implementacja sprzężenia zwrotnego sterownik PID lub inne

8 Poziom 4 Sterowanie w pełni cyfrowe Funkcje bardziej złożone funkcje z niższych poziomów przekształtniki wielostopniowe cyfrowa (programowa) implementacja sprzężenia zwrotnego sterownik PID lub inne algorytmy sterowania zaawansowane pomiary korektory współczynnika mocy (avg, rms, λ, dh, i(k)) Sprzęt zaawansowane mikrokontrolery (MCU) procesory sygnałowe (DSP) kontrolery sygnałowe (DSC) falowniki (v(k), dh) szczególne sprzężenia zwrotne śledzenie punktu maksymalnej mocy (energia słoneczna) 8

9 Rodziny mikrokontrolerów MicroChip dedykowane do zastosowań w elektronice mocy 9

10 Sugerowane aplikacje różnych rodzin mikrokontrolerów firmy MicroChip 10

11 Łagodny start poprzez analogowy scalony sterownik przetwornicy (poziom 1) PIC10F200 wejście Shut-down (Enable) Rozwiązanie korzystne, gdy w sterowniku brak pinu Soft-Start lub napięcia odniesienia 11

12 Łagodny start program 12

13 Łagodny start program (cd.) 13

14 PIC10F + MCP1630 ogólna idea współpracy (poziom 1 2) Sterownik MCP1630 modulator PWM z analogowym prądowym sprzężeniem zwrotnym zewnętrzne elementy RC dla kompensacji Mikrokontroler narzuca fs i Dmax (toff(min)) na stałe wyłącza wystawiając 0 ustala napięcie wyjściowe (VREF) monitoruje napięcie wejściowe, wyjściowe, temperaturę 14

15 Scalony analogowy sterownik przekształtników impulsowych MCP1630 DRV CFB VFB 1. Impuls zegara S=1 R=0 Q=0, DRV=0 (przez bramkę OR) 2. Koniec impulsu S=0 R=0 Q=Q 1=0 DRV=1 3. CFB > COMP = f(vfb VREF) S=0 R=1 Q=1 DRV=0 4. CFB = 0 (tranzystor wyłączony) S=0 R=0 Q=Q 1=1 DRV=0 15

16 Przetwornica podwyższająca pełny schemat (poziom 1) 9 V 15 V, 250 ma Monitoring napięcia wejściowego i temperatury Stałe napięcie odniesienia z MCP

17 Program pętla główna 17

18 Program generator przebiegu zegarowego Łagodny start 1. Odczekaj odpowiednią liczbę impulsów 2. Skocz do odpowiedniej liczby impulsów Pętla podstawowa okres = 4 cykle impuls = 1 cykl Dmax = 0,75 fclk = 4 MHz 1 cykl = 1 µs fpwm = 250 khz 18

19 Program zabezpieczenie (pod)napięciowe i (nad)temperaturowe 19

Podobne dokumenty

Część 5. Mieszane analogowo-cyfrowe układy sterowania

Część 5. Mieszane analogowo-cyfrowe układy sterowania Część 5 Mieszane analogowo-cyfrowe układy sterowania Korzyści z cyfrowego sterowania przekształtników Zmniejszenie liczby elementów i wymiarów układu obwody sterowania, zabezpieczeń, pomiaru, kompensacji