Подписка на новости

Опрос

Нужны ли комментарии к статьям? Комментировали бы вы?

Реклама

 

2011 №8

Преобразование с цифровым управлением — преимущества программируемого «мягкого» старта

Скиннер Эндрю (Skinner Andrew)


Перевод: Лишманов Николай


Популярность источников питания с цифровым управлением продолжает расти. Однако термин «цифровое управление» можно применять по отношению к двум совершенно разным технологиям. «Цифровое управление электропитанием» (digital power management) подразумевает ситуацию, когда пользователи могут осуществлять обмен данными с блоком питания для удаленного мониторинга его состояния и корректировки определенных параметров, таких как напряжение, ограничение по току и т. п. «Преобразование с цифровым управлением» (digital power conversion) — технология, которая пока еще находится на начальном этапе своего развития с точки зрения промышленного производства, подразумевает замену привычной в источниках питания аналоговой обратной связи на цифровую.

Гибкость — одно из основных преимуществ источников питания, в которых преобразование осуществляется с использованием цифровой схемы управления. В этом случае можно оптимизировать важные для пользователя характеристики источника питания без затрат времени и средств на изменение его аппаратной части. Автор — руководитель технологического отдела компании TDK-Lambda UK — объясняет, как простое перепрограммирование параметров «мягкого» старта AC/DC-преобразователя позволяет обеспечить плавный запуск DC/DC-преобразователей в типичной системе с распределенным электропитанием.

Гибкость программируемого «мягкого» старта источников питания серии EFE компании TDK-Lambda необходима главным образом в системах, в которых такой источник применяется для питания DC/DC-преобразователей. При питании DC/DC-преобразователей от AC/DC-источников могут возникнуть две проблемы, связанные с пусковыми токами.

Во-первых, высокий пусковой ток необходим для заряда больших емкостей входных фильтров, требующихся для большинства DC/DC-преобразователей.

Вторая проблема — бросок тока, вызываемый запуском самих DC/DC-преобразователей. Этот бросок тока возникает в тот момент, когда напряжение питания на преобразователях поднимается выше порогового значения их схем UVLO (защиты от снижения питающего напряжения). Преобразователи пытаются быстро зарядить емкости на своих выходах, что может привести к большим входным токам.

Что произойдет далее, зависит от того, как работает защита от перегрузки по току AC/DC-источника. У большинства источников питания схема защиты обеспечивает ограничение тока в течение короткого интервала времени. На этом интервале выходное напряжение практически не повышается, а даже наоборот, из-за наличия пускового тока DC/DC-преобразователя может снизиться (то есть рост напряжения будет немонотонным). Наихудший сценарий реализуется, когда пусковой ток DC/DC-преобразователя вызывает падение выходного напряжения AC/DC-источника питания ниже порога срабатывания схемы UVLO. Это приводит к отключению DC/DC-преобразователя. Такое поведение в некоторых случаях может стать циклическим, но в целом то, как именно будет протекать данный процесс и какова будет его продолжительность, полностью определяется параметрами используемых AC/DC- и DC/DC-преобразователей.

На рисунке показаны осциллограммы, полученные при включении AC/DC блока питания EFE300, к которому подключены пять PoL (неизолированные понижающие стабилизаторы) DC/DC-преобразователей. К входам DC/DC-преобразователей подсоединены низкоимпедансные конденсаторы суммарной емкостью 7000 мкФ. На осциллограмме выходного тока блока EFE300 одному делению соответствует 50 А; DC/DC-преобразователи включены параллельно друг другу и обеспечивают генерацию двух выходных напряжений с управляемым «мягким» стартом. В результате их запуск сопровождается только небольшим броском тока. В этом примере после начального броска тока заряд фильтрующих конденсаторов на входах преобразователей осуществляется током, равным примерно половине (25 А) предельного для EFE300 значения.

Запуск EFE300 с подключенными DC/DC-преобразователями

Рисунок. Запуск EFE300 с подключенными DC/DC-преобразователями

В источниках питания серии EFE «мягкий» старт характеризуется следующими параметрами: длительность «мягкого» старта, пороговые значения тока, допустимый ток при включении и значение напряжения на выходе, при котором управление передается основному контуру обратной связи.

Взглянем на рисунок. Если бы запуск DC/DC-преобразователей начинался при более низком напряжении, то второй бросок тока мог бы совпасть с первым, приведя к срабатыванию защиты. В подобных ситуациях можно было бы модифицировать характеристики источников питания серии EFE, связанные с ограничением тока, чтобы обеспечить корректное функционирование всей системы во время «мягкого» запуска, не влияя на граничные значения при нормальной работе, и при этом заказчик получал бы одно и то же стандартное «железо». Программируемый «мягкий старт» может быть также полезен для устройств с нелинейными нагрузками, такими как вентиляторы, двигатели и приводы.

По мнению автора, такой метод оптимизации параметров источников питания стал возможен благодаря принятому в TDK-Lambda стратегическому решению — разработать свою собственную систему цифрового управления «с нуля», а не использовать какую-либо из тех, что реализованы в доступных на сегодня приборах. Чтобы получить максимум от тех возможностей, которые может дать система цифрового управления, необходимо понимание используемых в ней алгоритмов.

К сожалению, проблемы, связанные с запуском, довольно часто проявляются, когда разработка уже находится на завершающей стадии. Это связано с тем, что на начальном этапе такие проблемы порой даже не рассматривают. Процесс запуска очень важен, но некоторые разработчики не задумываются о нем, задавая характеристики источника питания. Цифровое управление хорошо тем, что часто позволяет производителю исправлять подобные просчеты. И, разумеется, отсутствие необходимости вносить изменения в «железо» означает, что появляется возможность быстро предоставить модифицированные образцы источников питания серии EFE и обеспечить оперативную поставку готовой продукции в промышленных количествах.

Скачать статью в формате PDF  Скачать статью Компоненты и технологии PDF

 


Другие статьи по данной теме:

Сообщить об ошибке