Tek çipli mikro bilgisayar için DC anahtarlamalı güç kaynağının tasarımı
Anahtar modlu güç kaynağının ana kontrol yöntemi, PWM darbelerini çıkarmak için darbe genişliği modülasyonu entegre devresini kullanmak ve darbe genişliği modülasyonu için analog PID regülatörünü kullanmaktır. Bu kontrol yönteminin bazı hataları vardır ve devre nispeten karmaşıktır. Bu makale, ST şirketinin yüksek performanslı μ psd3354 mikro denetleyicisi tarafından kontrol edilen, sürekli olarak ayarlanabilen geniş bir çıkış voltajı aralığına sahip bir güç anahtarlamalı güç kaynağı sunmaktadır. Mikrodenetleyici doğrudan PWM dalgaları üretir ve anahtarlamalı güç kaynağının ana devresinde dijital kontrol gerçekleştirir. Devre basit ve güçlüdür.
Güç DC Güç Kaynağı Sisteminin Prensibi ve Genel Tasarımı
1.1 Sistem Prensibi
Bu güç DC güç kaynağı sistemi iki bölümden oluşur: anahtarlamalı güç kaynağının ana devresi ve kontrol devresi. Ana devre esas olarak elektrik enerjisini işlerken, kontrol devresi esas olarak elektrik sinyallerini işler. Otomatik kontrol sistemi oluşturmak için negatif geri besleme kullanılır. Anahtarlamalı güç kaynağı PWM kontrol yöntemini benimser ve sapma, verilen miktar ve geri besleme miktarı karşılaştırılarak elde edilir. PWM çıkışı, anahtarlamalı güç kaynağının çıkışını kontrol etmek için dijital bir PID regülatörü tarafından kontrol edilir. Bunların arasında PID düzenlemesi ve PWM çıkışının her ikisi de bir mikro denetleyici sistemi kullanan yazılım tarafından kontrol edilir.
1.2 Genel Sistem Tasarımı
Sistemin donanım kısmı giriş ve çıkış doğrultma ve filtreleme devreleri, güç dönüşüm parçaları, sürücü devreleri, mikrokontrolör sistemleri ve yardımcı devrelerden oluşur. Şekil 1, bir mikro denetleyici tarafından kontrol edilen bir DC güç kaynağının yapısal diyagramını göstermektedir.
Görüldüğü gibi 50Hz ve 220V AC güç, şebekeden gelen paraziti ortadan kaldırmak için şebeke filtresi tarafından filtrelenir ve daha sonra düzeltme ve filtreleme için giriş doğrultucu filtresine girerek DC voltaj sinyaline dönüştürülür. DC sinyali, bir güç dönüştürme devresi yoluyla yüksek frekanslı bir AC sinyaline dönüştürülür ve yüksek frekanslı AC sinyali daha sonra bir çıkış düzeltme ve filtreleme devresi aracılığıyla bir DC voltaj çıkışına dönüştürülür [1]. Kontrol devresi PWM darbe genişliği modülasyonu yöntemini benimser ve mikrodenetleyici tarafından oluşturulan ayarlanabilir darbe genişliğine sahip PWM kontrol sinyali, güç dönüşüm devresini çalıştırmak için sürüş devresi tarafından işlenir. Çıkış voltajını düzenli aralıklarla toplamak için bir mikrodenetleyicinin yüksek hızlı ADC dönüşüm kanalı kullanılarak ve beklenen değerle karşılaştırılarak PID ayarı, hatasına göre gerçekleştirilir. Gerilim toplama devresi, DC gerilimi V0'ın edinilmesini gerçekleştirir ve bunu A/D dönüştürücünün analog giriş gerilimi aralığıyla eşleştirir. Anahtarlamalı güç kaynağında aşırı gerilim, aşırı akım ve kısa devre arızaları durumunda koruma devresi, güç kaynağı ve yük için koruyucu rol oynar. Yardımcı güç kaynağı kontrol devreleri, sürücü devreleri vb. için DC gücü sağlar.
2. Anahtar güç kaynağının ana devre tasarımı
Anahtarlamalı güç kaynağının ana devresi, DC-AC-DC dönüşümünü tamamlamak için kullanılır. Sistem ana devresinde Şekil 2'de gösterildiği gibi tam köprü DC-DC dönüştürücü kullanılmaktadır. Bu sistemde kullanılan güç anahtarlama cihazı EUPEC firmasının BSM 50GB120DN2 serisi IGBT modülüdür. Her modül yarım köprü yapısı olduğundan tam köprü sisteminde iki modül gereklidir. Her modül hızlı serbest dönen bir diyotla donatılmıştır.
