Резервный источник питания с синусом на выходе. Часть 2. Разработка электрической принципиальной схемы

Пролог
В прошлой статье имелась осмотрена постановка задачки на разработку маломощного резервного Ageofcomp.infoа кормленья на мощность 60 Вт с синусом на выходе для циркуляционного насоса налаженности отопления. Имелась предпочтена концепция реализации предоставленного установки. В данной статье пойдет речь о разработке электрической схемы установки, с необходимыми расплатами для выбора номиналов компонентов, входящие в состав установки.

Вооружившись САПРами и учебниками черновиками, карандашом и приступим к проектированию. Начнем с азбучного порядок кормленья установки.
Пролог
В прошлой статье водилась осмотрена постановка задачки на разработку маломощного резервного Ageofcomp.infoа кормления на мощность 60 Вт с синусом на выходе для циркуляционного насоса налаженности отопления. Водилась предпочтена концепция реализации предоставленного агрегата. В данной для нас статье пойдет речь о разработке электрической схемы агрегата, с необходимыми увольнениями для выбора номиналов компонентов, входящие в состав агрегата.

Вооружившись САПРами и учебниками черновиками, карандашом и приступим к проектированию. Начнем с обычного налаженность кормления агрегата.

Организация кормления
Для кормления компонентов схемы нам пригодится три разновидности шины неизменного напряжения в 12, 5 и 3,3 Вольта.

12-ти вольтная шина генеральная. Она приходит кормлением моста, исполняющего закачку тока в низковольтную обмотку линейного сетевого трансформатора. С нее же питаем драйвера транзисторов, входящих в мост. Коммутирующие сеть реле тоже будут кормиться с принесенной шины.

5 вольтная шина нужна для кормления токовой микросхемы ACS712, микросхемы логики, символьного ЖКИ и т.д.

3-х вольтная шина будет питать мозги агрегата МК STM32F100C8T6B.

Лирическое отступлениеДля наглядности ломти схемы рисовались в Proteuse v 7.7. В его библиотеках глодать не многие примененные составляющие, так что некие составляющие изменены на аналоги. Конечная, полная схема будет в формате САПРа Dip Trace. Со цельными утвержденными компонентами. Но это теснее в надлежащей статье.

Родилась вот этакая схема:

Картина кликабельна.

Формирователи шины 5 и 3,3 Вольта организованы на 1 % LDO стабилизаторах разновидности NCP1117STхх. Аналоговое кормление модуля АЦП берется с шины 3,3 Вольта спустя индуктивность, выравнивающие и блокировочные конденсаторы. Аналоговую свет тоже быть достойным бы поделить. Но в принесенной схеме этого нет, потому что измерения не критичные, и погрешность в пару разрядов не приведет к расстройству агрегата. Используем программный фильтр скользящее среднее и может даже погрешности в один-одинешенек разряд добьемся.

Измерение тока и охрана от перегрузки
Датчик тока ACS712ELCTR-05B-T представляет из себя интегральную микросхему. Детектирование тока происходит на эффекте Холла. Настоящий датчик дозволяет МК измерять как искренний, так и обратный ток. С остальными чертами можнож ознакомиться из его pdf. Выход датчика аналоговый. Средняя точка, подходящая нулевому току = 2,5 В. Усиление 185мВ на 1 Ампер. Жаждая датчик регистрирует и взрослые токи, лишь линейность искажается, и при определенном токе заходит в насыщение. Так что для согласования выхода датчика с МК, поставим делитель напряжения. И поделим шкалу пополам. Разрядности АЦП МК хватит для применимой точности.

Для быстродействующей охраны от перегрузки либо недлинного замыкания в низковольтной обмотке линейного трансформатора, найдем токовый шунт. Сигнал с шунта усилим на ОУ и на компараторе соберем схему сопоставленья с защелкой. Сведения о перегрузке будем загонять в МК, а также благодаря чему сигналу будем накрывать ВСЕ ключи моста.

Маленькое видео, симуляции занятия токовой охраны, представлено гуще.

Силовая число
Силовая число РИПа представлена на рисунке.

Картина кликабельна.

Мост транзисторов опирается на токовый шунт, для обеспечения быстродействующей охраны. Выход моста спустя LC фильтр, рассчитанный на частоту среза в ~ 1 кГц, подается на низковольтную обмотку трансформатора. О фильтре и трансформаторе заслуживает побеседовать наиболее тщательно.

Увольнение фильтра производился в програмке Калькулятор РЛ ссылку на так-называемый офф. веб-сайт теснее не отыщу. Потому архив с калькулятором выложил сюда. Вот скрин увольнения.

Приобретенная индуктивность в 10 миллигенри довольна внушительна. Да и емкость вышла приличная. Потому что у нас на выходе с фильтра переменка, то полярным конденсатором не обойдешься. В схему хлебнул два глиняних конденсатора в параллель 4.7 мкФ, X7R, 25В (1206).

Увольнение дросселя по заработанным предоставленным создавал в програмке Coil32. Вот ссылка на архив с програмкой. Ферритовое кольцо для такового дросселя предпочел со должно параметрами: Кольцо N87 R25x15x10. Вот скрин увольнения в програмке.

Вышло 70 витков электропровода поперечником 1 мм, для обеспечения подходящей индуктивности. Полностью приемлемо для ручной намотки.

Выбор трансформатора пал на тороидальный трансформатор разновидности ТТП-60, со вторичным напряжение в 9 Вольт. Увольнение примитивен. Переменное напряжение в 9 Вольт доставляет в амплитуде 12,7 Вольт. Напряжение заряженного АКБ порядка 13 Вольт. Так что сможем приемлимо на выходе заработать 220 вольт. Для заряда АКБ естественно мало. Потому глодать предложение, домотать вторичку витков на 5-6. Другими словами вышла низковольтная обмотка с отводом. С последних заключений обмотки снимаем завышенное напряжение для заряда АКБ, во период занятия от сети. А на последний и средний заключение подаем напряжение с моста, иногда действуем от АКБ. По напряжению, снимаемому с последних заключений обмотки, судим о напряжении в высоковольтной обмотке во период занятия от АКБ, обратная касательство для регулировки.

Транзисторы моста управляются от МК спустя драйверы полумостов IRS2101S. Управление верхними ключами исполняется по бутстрепной схеме. Управление P-канальным зарядным транзистором исполняется средним биполярником. Выравнивающий зарядный дроссель располагает те же габариты и расчетные величины, что и дроссель в LC фильтре потом моста.

Детектирование наличия сети и коммутация
Для детектирование сети применятся конденсаторная схема кормления. Напряжение заводится на оптопару. Выход оптопары загоняем в МК для контроля наличия сети. Схема представлена гуще.

Картина кликабельна.

Сетевое напряжение спустя гасящий конденсатор, диоды, стабилитрон, выравнивающие конденсаторы, токоограничивающий резистор подается на светодиод оптопары. Выход следует в МК.

Управление реле, коммутирующие сеть на нагрузку, исполняется от МК.

Токовая охрана реализована на ОУ и компараторе. Выход компаратора расползается на два транзистора. Один-одинешенек для ввода сигнала в МК, 2-ой для закрывания целых транзисторов моста.

На рисунке гуще представлены схемы включения драйверов для моста.

Картина кликабельна.

Все обыкновенное, сообразно даташиту на драйвер IRS2101S.

Схема формирование импульсов моста
Чтобы не нагружать МК тщетной службой, формирование сигналов импульсов моста собрано на логике И. От МК требуется три сигнала. Один-одинешенек синусоидальный ШИМтр за период, а также два дискретных сигнала, главная полуволна и 2-ая. Реализация такового подхода изображена на рисунке.

Картина кликабельна.

Перегрузка по току, заведена в МК и продублирована светодиодом. Управление зарядным P-канальным транзистором организованно на биполярном NPN транзисторе.

Логика занятия моста будет включаться в надлежащем. 20 кГц ШИМтр будет модулироваться таблицей синуса в числе четыресто значений. Передача значений в регистр ШИМтр будет организованна спустя ДМА. Потом загрузки половины буфера, другими словами 200 значений, один-одинешенек полупериода, ДМА вызовет прерывание, где сигналы MCU_P_1 и MCU_P_2 будут обоюдно инвертироваться. Потом загрузки итого буфера, в прерывании от ДМА будет происходить обратное инвертирование сигналов MCU_P_1 и MCU_P_2. И ниже в повторяющемся режиме. Неизменный ватерпас полуволны, будет подаваться на верхний транзистор плеча, а синусоидальный ШИМтр на нижний ключ противоположного плеча. Должно полупериод это иная пара транзисторов.

Во период перегрузки по току, NPN транзистор Q7 обеспечит на входе логики басистый ватерпас, что в близкую очередь приведет к басистому ватерпасу на выходе логике и как следствие запиранию ВСЕХ транзисторов моста.

Аппаратная платформа
3-х вольтная шина будет питать мозги агрегата МК STM32F100C8T6B.
Как теснее упоминалось выше, МК будет от ST семейства STM32. Чем обуславливается этакий выбор?

МК располагает низкую стоимость. Аналоги по вероятностям от ATMEL либо PIC обладают даже наиболее высочайшие цены, при разрядности в 8 бит.Наличие на борту 12 битного АЦП, ЦАП, контроллера ДМА.32 бит разрядность ядра.Увеличенную емкость память программ и предоставленных.
Один-одинешенек одним словом выигрывает по почти всем позициям.

Для индикации занятия агрегата и заключения нужных предоставленных в схеме будет применяться знакосинтезирующий ЖКИ с правящим контролером KS0066 (HD44780). Библиотек для занятия с этаким экраном в руинтернете много.

Схема подключения монитора к контроллеру смотрится должно образом.

Картина кликабельна.

Подключение происходит впрямую. Порты МК прямо подключены к монитору. Сопряжение 3 вольтовой и 5 вольтовой логики не производилось. Тут по возможности явятся темы, и приведется заключения МК настроить как выходы с обнаруженным коллектором, и подтянуть полосы к 5 вольтам, а сами выходы МК употреблять толерантные к 5 вольтам. Как говорится жизнь изобразит, но при разработке печатной платы, надо выпить настоящий апдейт.

Пользовательские клавиши нужны для организации навигации по меню и характеристикам, отображаемым на мониторе.

Доп увольнения
Для увольнения бутстрепного конденсатора воспользуемся способом, предложенным в принесенной статье. В баста воссоздания глодать пример увольнения нужной емкости бутстрепного конденсатора. Заберем его за основание и пересчитаем для наших реалий.

Определимся с параметрами схемы:

VIN,MAX = 15V наибольшее входное напряжение,VDRV = 12V напряжения кормления драйвера и амплитуда правящего сигнала,dVBST = 0.5V пульсация напряжения на конденсаторе CBST в установившемся режиме,dVBST,MAX = 3V наибольшее падение напряжения на CBST перед тем как сработает схема охраны от пониженного напряжения либо амплитуда правящего сигнала станет недостаточной,fDRV = сто Hz частота преображения, потому что наш конденсатор функционирует в интервале 10 мс,DMAX = 1 наибольший коэффициент наполнения при наименьшем входном напряжении.
Свойства используемых компонентов:

QG = 24 nC совместный заряд переключения IRLZ44ZS при VDRV = 5V и VDS = 44V,RGS = 10К величина резистора RGS,IR = 10uA ток утечки диода DBST при наивысшем входном напряжении и температуре его перехода TJ = 80C,VF = 0.6V падение напряжения на диоде DBST при токе 0.1A и температуре перехода TJ = 80C,ILK = 0.13mA ток утечки схемы сдвига степени при наивысшем входном напряжении и температуре кристалла TJ = 100C,IQBS = 1mA ток, употребляемый драйвером верхнего степени.

Рассчитанное значение подберем из обычного шеренги. Тип конденсатора заберем танталовый, для убавленья тока утечки самого конденсатора. Итого выходит 47 мкФ x 25 В, тип D.

Рассчитаем ток заряда конденсатора, тем подберем диод.

Так что диод рассчитанный на искренний ток в 1 А, победит с данной для нас задачей.

Заключение
В данной для нас статье разработали электрическую схему РИПа. Сейчас все ломти схемы соберем воедино. И на базе теснее утвержденной схемы разработаем топологию печатной платы. Разводку печатной платы и обобщенную электрическую схему со спецификацией по компонентам представлю в надлежащей статье.

Программную реализацию функционала агрегата распишу в отдельной статье. Глодать задумка воплотить в програмке самое большее занимательных выводов, к примеру, ПИД регулирование выходного напряжения при занятию от АКБ.

Эпилог
Данной для нас статьей, жаждал вынести на трибунал общественности и опытнейших радиолюбителей и не любителей тоже, схематические заключения. Может быть, внимательный читатель отыщет какие-или критические оплошности в схемотехники либо предложит наиболее правильное выполнение отдельных участков. Найдется какое-нибудь наиболее азбучное вывод участков либо для увеличения надежности внести доп схемотехнические заключения.

P.S.
Ссылки на все количества цикла:

Разработка маломощного резервного Ageofcomp.infoа кормления с синусом на выходе. Число 1. Постановка задачки.Разработка маломощного резервного Ageofcomp.infoа кормления с синусом на выходе. Число 2. Разработка электрической принципиальной схемы.