تصميم مصدر طاقة تحويل التيار المستمر للحاسوب الصغير ذو الشريحة الواحدة
تتمثل طريقة التحكم الرئيسية في مصدر طاقة وضع التبديل في استخدام دائرة متكاملة لتعديل عرض النبضة لإخراج نبضات PWM، واستخدام منظم PID التناظري لتعديل عرض النبضة. تحتوي طريقة التحكم هذه على بعض الأخطاء وتكون الدائرة معقدة نسبيًا. تعرض هذه المقالة مصدر طاقة تحويل الطاقة مع نطاق واسع من جهد الخرج القابل للتعديل باستمرار، والذي يتم التحكم فيه بواسطة وحدة التحكم الدقيقة عالية الأداء μ psd3354 من شركة ST. يقوم جهاز التحكم الدقيق بتوليد موجات PWM مباشرة ويقوم بالتحكم الرقمي على الدائرة الرئيسية لمصدر طاقة التبديل. الدائرة بسيطة وقوية.
المبدأ والتصميم العام لنظام إمداد الطاقة بالتيار المستمر
1.1 مبدأ النظام
يتكون نظام إمداد الطاقة DC هذا من جزأين: الدائرة الرئيسية لمصدر طاقة التبديل ودائرة التحكم. تقوم الدائرة الرئيسية بمعالجة الطاقة الكهربائية بشكل أساسي، بينما تقوم دائرة التحكم بمعالجة الإشارات الكهربائية بشكل أساسي. يتم استخدام ردود الفعل السلبية لتشكيل نظام التحكم الآلي. يعتمد مصدر طاقة التحويل طريقة التحكم PWM، ويتم الحصول على الانحراف عن طريق مقارنة الكمية المعطاة وكمية التغذية الراجعة. يتم التحكم في إخراج PWM بواسطة منظم PID رقمي للتحكم في إخراج مصدر طاقة التحويل. من بينها، يتم التحكم في تنظيم PID وإخراج PWM بواسطة برنامج يستخدم نظام متحكم دقيق.
1.2 التصميم الشامل للنظام
يتكون جزء الأجهزة من النظام من دوائر تصحيح وتصفية المدخلات والمخرجات، وأجزاء تحويل الطاقة، ودوائر القيادة، وأنظمة التحكم الدقيقة، والدوائر المساعدة. يوضح الشكل 1 المخطط الهيكلي لمصدر طاقة التيار المستمر الذي يتم التحكم فيه بواسطة وحدة تحكم دقيقة.
كما هو واضح، تتم تصفية طاقة التيار المتردد 50 هرتز و220 فولت بواسطة مرشح الشبكة لإزالة التداخل من الشبكة، ثم يتم إدخال مرشح مقوم الإدخال للتصحيح والتصفية، وتحويله إلى إشارة جهد تيار مستمر. يتم تحويل إشارة التيار المستمر إلى إشارة تيار متردد عالية التردد من خلال دائرة تحويل الطاقة، ثم يتم تحويل إشارة التيار المتردد عالية التردد إلى خرج جهد تيار مستمر من خلال دائرة تصحيح وتصفية الإخراج [1]. تعتمد دائرة التحكم طريقة تعديل عرض النبضة PWM، وتتم معالجة إشارة التحكم PWM مع عرض النبض القابل للتعديل الناتج عن وحدة التحكم الدقيقة بواسطة دائرة القيادة لدفع دائرة تحويل الطاقة للعمل. باستخدام قناة تحويل ADC عالية السرعة لوحدة التحكم الدقيقة لجمع جهد الخرج على فترات منتظمة، ومقارنته بالقيمة المتوقعة، يتم إجراء تعديل PID بناءً على خطأه. تدرك دائرة اكتساب الجهد الحصول على جهد التيار المستمر V0 وتطابقه مع نطاق جهد الإدخال التناظري لمحول A/D. في حالة حدوث أخطاء في الجهد الزائد والتيار الزائد وقصر الدائرة في مصدر طاقة التبديل، تلعب دائرة الحماية دورًا وقائيًا لمصدر الطاقة والحمل. يوفر مصدر الطاقة الإضافي طاقة التيار المستمر لدوائر التحكم ودوائر القيادة وما إلى ذلك.
2. تصميم الدائرة الرئيسية لإمدادات الطاقة التبديل
يتم استخدام الدائرة الرئيسية لإمدادات الطاقة التحويلية لإكمال تحويل DC-AC-DC. الدائرة الرئيسية للنظام تعتمد محول DC-DC كامل الجسر، كما هو موضح في الشكل 2. جهاز تحويل الطاقة المستخدم في هذا النظام هو وحدة IGBT من سلسلة BSM 50GB120DN2 من شركة EUPEC. كل وحدة عبارة عن هيكل نصف جسر، لذا يلزم وجود وحدتين في نظام الجسر الكامل. تم تضمين كل وحدة مع صمام ثنائي سريع الحركة.
