Вокруг нас появляется все больше интеллектуальных электронных устройств. Помимо многочисленных удобств, они несут и проблемы для разработчиков. Одной из них является создание источника питания. Суть проблемы в том, что в течение короткого отрезка времени энергопотребление этих устройств может измениться буквально на несколько порядков при переходе из активного режима в режим пониженного энергопотребления. При этом переключение режимов работы источника питания должно происходить буквально «на лету».

Многие современные источники питания не способны справиться с такой задачей. Традиционные преобразователи с аналоговыми регуляторами просты и экономичны, но не в состоянии быстро адаптироваться к значительному резкому изменению требуемой мощности. Цифровые источники питания обладают необходимой гибкостью управления, но они слишком дороги и сложны, их область применения начинается с больших мощностей в сотни Вт или даже единицы кВт, а мощность очень многих интеллектуальных устройств не превышает нескольких Вт или десятков Вт.

Таким образом, напрашивается вопрос, нельзя ли объединить преимущества аналоговых и цифровых источников, избавившись от их недостатков? Инженерам компании Microchipудалось справиться с этой задачей. Ход их рассуждений иллюстрирует рисунок 1, на котором в схематичном виде показана идея создания гибридного преобразователя, унаследовавшего лучшее от обеих технологий.

В гибридном преобразователе в аналоговый контур управления добавлены элементы цифровой логики, что позволяет изменить режим управления и даже топологию силового каскада для получения оптимального решения, соответствующего режиму энергопотребления устройства.

В качестве примера рассмотрим самое обычное зарядное устройство. Как известно, заряд батарей осуществляется по закону CC/CV: сначала батарея заряжается постоянным током (CC), а затем, по мере того как ее напряжение достигнет заданного уровня, к ней прикладывается постоянное напряжение (CV). Для логического контура гибридного преобразователя переход из одного режима зарядки в другой не представляет какой-либо трудности и заключается в переключении обратных связей. Этот переход осуществляется с помощью модулей независимой от ядра периферии (CIP).

Микроконтроллеры (МК), предназначенные для использования в гибридных преобразователях, имеют широкий набор модулей CIP, в состав которых входит также универсальный контроллер ШИМ, способный управлять различными топологиями. Упрощенная структурная схема гибридного преобразователя показана на рисунке 2.

В его состав входит МК и контроллер ШИМ, который может работать автономно от процессорного ядра.

Контроллер ШИМ реализует три функции (см. рис. 3).

 

Модулятор формирует сигналы управления внешними силовыми ключами в зависимости от режима управления. Для обратной связи этот модуль использует сигналы напряжения или тока. Кроме того, в состав модулятора входит схема компенсации наклона для увеличения устойчивости работы. Модуль контроля неисправности отключает питание при коротком замыкании или перегрузке по току.

Высокая автономность модуля ШИМ позволяет использовать МК и для решения других задач. Например, чтобы обеспечить заданную цветовую температуру светодиодного модуля, требуется очень точно поддерживать ток светодиодов, на величину которого влияет и температура окружающей среды. Для измерения температуры и формирования сигнала компенсации управляющего воздействия используется МК.

Для управления светодиодными источниками RGBW требуются четыре независимых канала, что предполагает наличие четырех независимых контроллеров ШИМ. В продуктовой линейке Microchip можно найти и такие контроллеры гибридных преобразователей: они содержат четыре независимых выходных канала управления, позволяя регулировать цветовую температуру источника света.

Поскольку, как известно, МК обычно программируются на языке высокого уровня С, а разработчики источников питания используют аналоговые симуляторы и инструменты для проектирования блоков питания, при необходимости трудно найти инженеров с опытом кодировщика. С другой стороны, среди разработчиков микроконтроллерных систем едва ли найдутся специалисты силовой электроники. Такая ситуация может создать серьезную проблему при внедрении гибридных преобразователей.

Для решения этой проблемы в компании Microchipбыл создан удобный графический инструмент, с которым может работать специалист, не имеющий опыта написания кодов. Весь необходимый код генерируется «за кулисами» – разработчику достаточно лишь построить топологию преобразователя и задать все необходимые параметры. Специально для создания гибридных преобразователей Microchip выпустила семейства микроконтроллеров PIC16F176x и PIC16F177x. Они имеют до четырех встроенных независимых ШИМ. Все эти МК поддерживаются средой MPLAB X и графическим конфигуратором (см. рис. 4).

Заметим, что созданный таким образом код предназначен лишь для конфигурации гибридного преобразователя и не требуется для его работы.

Классификатор статьи: МСА801

Прислать свою статью, разметить рекламу, оформить подписку anton.denisov@ecomp.ru