Система управління резонансним перетворювачем постійної напруги

Система управління резонансним перетворювачем постійної напруги, яка містить мікроконтро 3 61026 постійної напруги, яка містить мікроконтролер з підключеними послідовно до його портів аналоговими масштабуючими підсилювачами сигналів від датчиків, стартовим одновібратором та двома ТТтригерами для генерації сигналів синхронізації драйверів силових ключів моста інвертора, згідно з пропозицією, до масштабуючих підсилювачів послідовно підключено аналого-цифрові перетворювачі (АЦП), виходи яких підключено до вхідних портів програмованої логічної інтегральної схеми (ПЛІС), вихідні порти якої підключено до керуючих виводів драйверів силових ключів перетворювача. При даній конфігурації системи управління на ПЛІС покладаються функції мікроконтролера та ТТ-тригерів, також в ній додатково реалізуються блоки формування величин кількості півперіодів резонансних коливань у періоді перетворення та тривалості прямої фази перетворення Fr. Запропоноване технічне рішення дозволяє об'єднати в одній інтегральній мікросхемі обчислювальну та керуючу частини системи управління, за виключенням масштабуючих підсилювачів, АЦП та стартового одновібратора, що зменшує керуючу схему. Висока тактова частота ПЛІС (до 300 МГц) та можливість паралельної роботи обчислюючих та керуючих блоків дає можливість здійснювати керування силовими ключами із максимально можливою для них частотою (пор. 1МГц). На фіг. 1 подано блок-схему перетворювальної системи на основі послідовно-резонансного перетворювача (ПРП) постійної напруги із системою управління на основі ПЛІС, на фіг. 2 - блоксхема, що ілюструє принцип роботи ПЛІС, на фіг. 3 - осцилограми резонансного струму та керуючої напруги для тринадцяти застосувань першого  елементарного алгоритму комутації ( Fr ) за період перетворення (режим неперервних струмів), на фіг. 4 - осцилограми резонансного струму та керуючої напруги для дев'яти застосувань першого  елементарного алгоритму комутації ( Fr ) за період перетворення (режим уривчастих струмів). ПРП із релейним способом регулювання вихідних параметрів (фіг. 1) може бути поданий як сукупність силової частини (СЧ) 1 та системи управління (СУ) 2. Силова частина ПРП містить джерело ЕРС 3, підключене до керованого транзисторного моста інвертора 4, резонансного контуру, сформованого послідовним з'єднанням резонансної індуктивності 5 та резонансної ємності 6 з включеним послідовно датчиком струму (ДС) 7, підключеного послідовно до транзисторного моста 4 та діодного моста випрямляча 8, фільтруючої ємності 9 та навантаження 10, з'єднаних паралельно, датчика напруги на навантаженні (ДН) 11. Умова 4 СУ 2 містить АЦП із масштабуючими подільниками напруги 12 та 13, включені послідовно між ПЛІС 14 та датчиками напруги 11 і струму 7 відповідно, детектор переходу резонансного струму через нуль (НД) 15, включений послідовно між ПЛІС 14 та датчиком струму 7. Для експериментального пристрою вибрано ПЛІС XC2s15 сімейства Spartanlll фірми Xilinx, АЦП ADS1610 фірми Texas Instruments, НД виконаний на компараторі LM 361 фірми National Semiconductor, в мостах застосовані силові IGBTтранзистори типу IRG4BC30UD фірми International Rectifier із зворотними діодами та драйверами в інтегральному виконанні, силові діоди КД29981 (Росія), резонансна ємність набрана з силових конденсаторів КВИ-3 (ООО "ЗВЭК "Прогресс"), резонансна індуктивність виконана власноруч за розрахунками та діаграмами матеріалів, поданими в [Браун М. Источники питания. Расчет и конструирование.: Пер. с англ. - К.: "МК-Пресс", 2007 288 с., ил.] Під час роботи перетворювача в СЧ 1 постійну напругу, яка подається від джерела 3, інвертують на транзисторному мості 4 із підключеним резонансним контуром, утвореним послідовним з'єднанням резонансної індуктивності 5 та резонансної ємності 6. Потім випрямляють на діодному мості 8 та згладжують на фільтруючій ємності 9. Згладжену напругу подають на навантаження 10. В СУ 2 аналого-цифровий перетворювач (АЦП) 12 перетворює аналоговий сигнал значення реальної напруги на навантаженні, який знімається з датчика 11, на знакове 8-бітне двійкове число, яке подається на ПЛІС 14. Аналогічне перетворення для значення резонансного струму, яке знімається з датчика 7, виконує АЦП 13. НД 15 виробляє імпульсний сигнал, який визначає моменти переходу резонансного струму через нуль. Логічні вентилі ПЛІС сконфігуровані у блоки, показані на фіг. 2. Блок визначення кількості півперіодів резонансних коливань у фазі Fr 16 приймає від АЦП 12 двійкове число, що визначає поточне значення напруги на навантаженні, та за принципом цифрового ПІДрегулятораобчислює кількість півхвиль прямої  фази Fr , виходячи з максимальної кількості півхвиль у періоді перетворення n, сформованої блоком 17 за аналогічним принципом на основі амплітудних значень резонансного струму, отриманих від АЦП 13. Лічильник 18 рахує імпульси переходу резонансного струму через нуль, що надходять від НД 15. На виходах лічильника відповідно до поточної кількості відрахованих імпульсів N встановлюються наступні значення: N< Fr До І півмосту 0 (1), інверсія виходу за кожним наступним імпульсом До II півмосту 1 (0), інверсія виходу за кожним наступним імпульсом Fr < N < n 0 0 При N = n відбувається обнуління лічильника. Експериментальний зразок системи керування, побудований із використанням тестової плати Spartan III Starter Kit із ПЛІС XC2s15 сімейства Spartan III фірми Xilinx та головним тактовим генератором із частотою 50 МГц, дозволив виконувати 5 61026 комутацію ключів з частотою до 500 кГц. Для підвищення частоти комутації необхідно використовувати головний тактовий генератор ПЛІС із частотою 100 МГц. На фіг. 3 та фіг. 4 подано експериментальні осцилограми, отримані при наступних параметрах: часова шкала - 6 мкс/поділ., резонансний струм - 5 А/поділ., керуюча напруга 2,5 В/поділ., загальна кількість півперіодів резонансних коливань за період перетворення - n=18. Можливість багатократного реконфігурування ПЛІС XC2s15 дає можливості для вдосконалення Комп’ютерна верстка Д. Шеверун 6 алгоритму роботи блоків формування величин кількості півперіодів резонансних коливань у періоді перетворення та тривалості прямої фази перетворення Fr, реалізації додаткових функцій керування та режимів перетворення. Таким чином, застосування ПЛІС у системі регулювання вихідних параметрів РП постійної напруги, реалізованої на базі мікроконтролера, дозволяє здійснювати комутації силових ключів перетворювача із частотою 1-2 МГц, що дозволяє зменшити габарити пристрою приблизно на 20 %. Підписне Тираж 23 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601