Устройство управления источником питания

Полезная модель относится к электронной технике в области программно-управляемых генераторов на основе AVR-микроконтроллера и может применяться в качестве универсального драйвера мощных полевых транзисторов в импульсных (в т.ч. высоковольтных) источниках питания и мощных электронных ключах, а так же в схемах управления силовыми цепями. Техническим результатом полезной модели является упрощение конструкции, повышение ремонтопригодности, уменьшение габаритов, оперативность изменения параметров получаемого колебания, увеличение быстродействия, получение функций управления и аварийного отключения. Сущность полезной модели заключается в том, что программируемый драйвер управления импульсным источником питания содержит микроконтроллер с объединенными в контактирующее устройство портами, который подключен к источнику первичного электропитания через стабилизатор напряжения и два входных порта которого соединены с ограничителями входного напряжения управляющих сигналов, а два выходных порта этого микроконтроллера соединены с входами подключенных напрямую к источнику первичного электропитания преобразователей уровня напряжения, которые, в свою очередь, своими выходами соединены с входами усилителей тока, подключенных к источнику первичного напряжения также напрямую, к выходам которых подключается нагрузка в виде первичной обмотки трансформатора гальванической развязки между драйвером и исполнительными устройствами.

Полезная модель относится к электронной технике и может применяться в качестве универсального устройства управления мощными полевыми транзисторами (в т.ч. высоковольтных) источниках питания и мощных электронных ключах, а так же в схемах управления силовыми цепями.

Для исключения высоких потенциалов в схеме управления, она должна быть гальванически развязана с узлами высокого напряжения, например, с помощью развязывающего трансформатора.

Для генерации импульсов, подаваемых на первичную обмотку такого трансформатора, используются LC-генераторы в сочетании с элементами «И-НЕ» [1, стр.55]. Указанные в [1, стр.55] технические решения и все остальные устройства такого типа имеют ряд недостатков, таких как: большое количество дискретных элементов. Стабильность параметров таких устройств сильно зависит от старения материалов компонентов (конденсаторы, резисторы) и от изменения условий окружающей среды. В силу конструктивных особенностей, изменение частоты или длительности генерируемых такими устройствами импульсов без аппаратной замены дискретных компонентов не представляется возможным, что резко ограничивает универсальность таких конструкций. Эта проблема может быть решена методом отказа от аппаратной настройки параметров, переходу к программным средствам и применению микроконтроллеров.

Известно устройство, описанное в [2, стр.215], включающее в себя микроконтроллер больших размеров, микросхему ЦАП, кварцевый резонатор и стабилизатор питания. Описанное устройство универсально, однако в силу имеющихся цифро-аналоговых преобразований ограничено по быстродействию, громоздко, требует наличия кварцевого резонатора и вспомогательной элементной базы.

Задачей полезной модели является упрощение конструкции и оперативность изменения параметров получаемого колебания без аппаратного вмешательства в схему устройства.

Это достигается тем, что устройство управления источником питания содержит микроконтроллер, который соединен с устройством изменения параметров выходного (управляющего) сигнала и с источником первичного электропитания через стабилизатор напряжения, на два входные порта микроконтроллера подаются команды управления, а его два выходных порта соединены с входами преобразователей уровня напряжения, которые своими выходами соединены с входами усилителей тока, к выходам которых подключается нагрузка в виде первичной обмотки трансформатора гальванической развязки, к вторичной обмотки которого подсоединены исполнительные устройства, а усилители тока и преобразователи уровня напряжения, так же подключены к источнику первичного электропитания.

Оперативность изменения параметров управляющего сигнала без аппаратных реконструкций достигается тем, что к микроконтроллеру возможно подключение устройства для изменения параметров выходного сигнала, которое позволяет перепрограммировать микроконтроллер таким образом, что он будет давать на выходе уже иную последовательность импульсов. При этом конструкция самого устройства управления источником питания не меняется. Таким образом, для изменения параметров сигнала не требуется вмешательства в готовое устройство, тогда как в случае, описанном в [1, стр.55] параметры выходного сигнала невозможно изменить без изменения самой схемы устройства.

Упрощение конструкции достигается тем, что вместо совокупности нескольких дискретных элементов (как, например, в [1, стр.55]) для формирования импульсной последовательности применяется только один микроконтроллер семейства AVR, допускающий многократность циклов программирования, как и все микроконтроллеры данной категории.

На фиг. изображена структурная схема устройства управления источником питания.

Устройство содержит микроконтроллер 2, который подключен к источнику первичного электропитания U1 через стабилизатор напряжения 1.Микроконтроллер имеет два входа (Вх.1 и Вх.2), на которые подаются команды управления «переключение» и «авария» соответственно. К микроконтроллеру подключено устройство изменения параметров выходного сигнала 3. Синтезируемые микроконтроллером импульсы управления снимаются с Вых1 и Вых2. Эти импульсы имеют максимальное значение амплитуды U2 (напряжение питания контроллера), что недостаточно для гарантированного срабатывания исполнительных устройств 8 и 9 (например, высоковольтных ключей на полевых транзисторах). Для преобразования уровня сигналов из значения U2 в значение U1 в схеме предусмотрен преобразователь уровня напряжения 4. Усилители тока 5 и 6, согласуют выходы преобразователей уровня с низкоомной нагрузкой, в нашем случае это первичные обмотки трансформатора гальванической развязки 7. К вторичной обмотки трансформатора гальванической развязки 7 подсоединены исполнительные устройства 8 и 9, А усилители тока 5 и 6, и преобразователи уровня напряжения 4, так же подключены к источнику первичного электропитания U1.

Устройство работает следующим образом. При необходимости изменения параметров (частоты, скважности) последовательности импульсов, управляющих исполнительными устройствами 8 и 9, к микроконтроллеру 2 подсоединяется устройство изменения параметров выходного сигнала 3, с помощью которого меняется алгоритм работы микроконтроллера 2 в части, задающей параметры импульсов. То есть при подаче питания U1 на схему, с Вых1 микроконтроллера 2 появляется непрерывная последовательность импульсов, которая, проходя последовательно через преобразователь уровней 4 и усилитель тока 5, попадает на одну из первичных обмоток трансформатора 7. При изменении сигнала, благодаря устройству 3, последовательность импульсов на Вых1 прерывается, и вырабатываются уже на Вых2, проходит соответствующий канал, состоящий из преобразователя 4 и усилителя 6, и появляется на выходе трансформатора 7.

Исполняемый алгоритм реализуется программным кодом, которым микроконтроллер 2 предварительно программируется посредством устройства 3, в качестве которого может использоваться, например, внутрисхемный программатор AS-4. После этой процедуры, не требующей аппаратной реконструкции схемы, микроконтроллер генерирует уже иную последовательность импульсов, параметры которой заданы новым программным кодом.

Средой разработки кода программы, загруженной в микроконтроллер 2 может служить, например, AVR-Studio.

Как пример реализации устройства 3, в изготовленном макете использовался внутрисхемный программатор AS-4. Микроконтроллер 2 реализован применением микроконтроллера Attiny45. Преобразователи уровня сигнала 3, 4 реализованы применением микросхемы К564ПУ8. Усилители тока 5 и 6 реализованы применением транзисторов 2Т3130Г9 и 2Т3129Г9 в качестве эмиттерных повторителей.

Используемые источники

1. Киверин Н. LC-генератор на логических элементах. - Радио, 1990, N 7

2. Баранов В.Н. Применение микроконтроллеров AVR: схемы, алгоритмы, программы. Москва, Издательский дом «Додэка-XXI», 2004.

Устройство управления источником питания содержит микроконтроллер, допускающий многократность циклов программирования, который соединен с устройством изменения параметров выходного сигнала и с источником первичного электропитания через стабилизатор напряжения, на два входные порта микроконтроллера подаются команды управления, а его два выходных порта соединены с входами преобразователей уровня напряжения, которые своими выходами соединены с входами усилителей тока, к выходам которых подключается нагрузка в виде первичной обмотки трансформатора гальванической развязки, к вторичной обмотке которого подсоединены исполнительные устройства, а усилители тока и преобразователи уровня напряжения также подключены к источнику первичного электропитания.

РИСУНКИ