طراحی منبع تغذیه سوئیچینگ DC برای میکرو کامپیوتر تک تراشه
روش کنترل اصلی منبع تغذیه حالت سوئیچ استفاده از مدار مجتمع مدولاسیون عرض پالس برای خروجی پالس های PWM و استفاده از تنظیم کننده PID آنالوگ برای مدولاسیون عرض پالس است. این روش کنترل دارای خطاهای خاصی است و مدار نسبتا پیچیده است. این مقاله یک منبع تغذیه سوئیچینگ قدرت با طیف گسترده ای از ولتاژ خروجی قابل تنظیم پیوسته را ارائه می دهد که توسط میکروکنترلر با کارایی بالا μ psd3354 از شرکت ST کنترل می شود. میکروکنترلر مستقیماً امواج PWM را تولید می کند و کنترل دیجیتال را روی مدار اصلی منبع تغذیه سوئیچینگ انجام می دهد. مدار ساده و قدرتمند است.
اصل و طراحی کلی سیستم منبع تغذیه برق DC
1.1 اصل سیستم
این سیستم منبع تغذیه DC از دو قسمت تشکیل شده است: مدار اصلی منبع تغذیه سوئیچینگ و مدار کنترل. مدار اصلی عمدتا انرژی الکتریکی را پردازش می کند، در حالی که مدار کنترل عمدتا سیگنال های الکتریکی را پردازش می کند. بازخورد منفی برای تشکیل یک سیستم کنترل خودکار استفاده می شود. منبع تغذیه سوئیچینگ از روش کنترل PWM استفاده می کند و انحراف با مقایسه مقدار داده شده و کمیت بازخورد به دست می آید. خروجی PWM توسط یک تنظیم کننده دیجیتال PID برای کنترل خروجی منبع تغذیه سوئیچینگ کنترل می شود. در میان آنها، تنظیم PID و خروجی PWM هر دو توسط نرم افزار با استفاده از یک سیستم میکروکنترلر کنترل می شوند.
1.2 طراحی کلی سیستم
بخش سخت افزاری سیستم شامل مدارهای تصحیح و فیلتر ورودی و خروجی، قطعات تبدیل توان، مدارهای درایو، سیستم های میکروکنترلر و مدارهای کمکی است. شکل 1 نمودار ساختاری منبع تغذیه DC کنترل شده توسط یک میکروکنترلر را نشان می دهد.
همانطور که مشاهده می شود، برق متناوب 50 هرتز و 220 ولت AC توسط فیلتر شبکه فیلتر می شود تا تداخل شبکه را از بین ببرد و سپس برای یکسوسازی و فیلتر کردن وارد فیلتر یکسو کننده ورودی می شود و آن را به سیگنال ولتاژ DC تبدیل می کند. سیگنال DC از طریق مدار تبدیل توان به سیگنال AC با فرکانس بالا تبدیل می شود و سیگنال AC فرکانس بالا از طریق مدار یکسوسازی و فیلتر کردن خروجی به خروجی ولتاژ DC تبدیل می شود [1]. مدار کنترل از روش مدولاسیون عرض پالس PWM استفاده می کند و سیگنال کنترل PWM با عرض پالس قابل تنظیم تولید شده توسط میکروکنترلر توسط مدار محرک پردازش می شود تا مدار تبدیل توان را به کار بیاندازد. با استفاده از یک کانال تبدیل پرسرعت ADC یک میکروکنترلر برای جمع آوری ولتاژ خروجی در فواصل منظم و مقایسه آن با مقدار مورد انتظار، تنظیم PID بر اساس خطای آن انجام می شود. مدار اکتساب ولتاژ دریافت ولتاژ DC V0 را متوجه می شود و آن را با محدوده ولتاژ ورودی آنالوگ مبدل A/D مطابقت می دهد. در صورت ایراد اضافه ولتاژ، جریان اضافه و اتصال کوتاه در منبع تغذیه سوئیچینگ، مدار حفاظتی نقش محافظتی برای منبع تغذیه و بار دارد. منبع تغذیه کمکی برق DC را برای مدارهای کنترل، مدارهای درایو و غیره فراهم می کند.
2. طراحی مدار اصلی منبع تغذیه سوئیچ
مدار اصلی منبع تغذیه سوئیچینگ برای تکمیل تبدیل DC-AC-DC استفاده می شود. مدار اصلی سیستم از یک مبدل DC-DC با پل کامل استفاده می کند، همانطور که در شکل 2 نشان داده شده است. هر ماژول یک ساختار نیم پل است، بنابراین دو ماژول در سیستم پل کامل مورد نیاز است. هر ماژول با یک دیود آزاد چرخ سریع تعبیه شده است.
