インテリジェント制御スイッチング電源の設計をどのように実現するか
インテリジェント制御スイッチ設計の電源、電源出力の制御だけでなく、いくつかの制御方法があります。 1 つは、シングルチップマイコンが電圧を出力 (DA チップまたは PWM モード経由) し、それが電源の基準電圧として使用されることです。 この方法は、純正の基準電圧をワンチップマイコンに置き換えるだけで、電源の出力電圧値をボタンで入力することができます。 シングルチップマイコンは電源のフィードバックループに加わっていないため、電源回路は大きく変わりません。 この方法が最も簡単です。
2つ目は、シングルチップマイコンのADを拡張し、電源の出力電圧を継続的に検出し、電源の出力電圧と設定値の差に応じてDAの出力を調整し、PWMを制御することです。チップを制御し、電源の動作を間接的に制御します。 このように、シングルチップ マイクロコンピュータは、元の比較増幅リンクに代わって電源のフィードバック ループに追加され、シングルチップ マイクロコンピュータのプログラムは、より複雑な PID アルゴリズムを採用する必要があります。 3つ目は、シングルチップマイコンのADを拡張し、電源の出力電圧を継続的に検出し、電源の出力電圧と設定値の差に応じてPWM波を出力し、動作を直接制御するものです。電源の。 このように、電源供給業務にはシングルチップマイコンが最も介入します。
3 番目の方法は、最も徹底したシングルチップ マイコン制御のインテリジェント制御スイッチですが、シングルチップ マイコンに対する要求も最も高くなります。 シングルチップマイコンは動作速度が速く、十分に高い周波数のＰＷＭ波を出力できることが要求される。 このようなマイクロコントローラーは明らかに高価です。 DSPワンチップマイコンの速度は十分に速いですが、現在の価格も非常に高価です。 コストを考えると電源コストに占める割合が大きいため、使用には向きません。 安価なワンチップマイコンの中ではAVRシリーズが最も高速でPWM出力を備えているので検討可能です。 しかし、AVRワンチップマイコンの動作周波数はまだ十分高くなく、ギリギリ使える程度です。 AVRマイコンがスイッチング電源を直接制御できるレベルを具体的に計算してみましょう。
AVRマイコンでは、クロック周波数は最大16MHzです。 PWM分解能が10ビットの場合、PWM波の周波数、つまりスイッチング電源の動作周波数は16000000/1024=15625(Hz)となり、明らかに十分ではありません。スイッチング電源がこの周波数 (可聴範囲内) で動作するようにします。 次に、PWM分解能を9ビットとし、今回のスイッチング電源の動作周波数は16000000/512=32768(Hz)となり、可聴周波数範囲外でも使用可能ですが、それでもある程度の距離があります。最新のスイッチング電源の動作周波数。 ただし、9- ビットの分解能は、パワー管のターンオン/ターンオフ サイクルを 512 の部分に分割できることを意味することに注意する必要があります。 ターンオンに関する限り、デューティ サイクルが 0.5 であると仮定すると、256 部分にしか分割できません。 パルス幅と電源出力の非線形関係を考慮すると、パルス幅を少なくとも半分に折り返す必要があります。つまり、電源出力は最大でも1/128までしか制御できません。負荷の変化や電源電圧の変化に関係なく、制御度はこの時点までしか到達できません。 また、上で説明したように PWM 波は 1 つだけであり、シングルエンド動作であることに注意してください。 プッシュプル動作(ハーフブリッジ含む)が必要な場合、PWM波が2波必要となり、上記制御精度は半減し、1/64程度までしか制御できません。
バッテリー充電などの低需要電源の使用要件には対応できますが、高い出力精度が必要な電源には不十分です。 要約すると、AVR マイクロコントローラは直接 PWM 制御の方法でしか使用できません。 しかし、上に挙げた2番目のインテリジェント制御スイッチ設計制御方法、つまり、シングルチップマイコンがDAの出力を調整し、PWMチップを制御し、電源の動作を間接的に制御しますが、それほど高い性能はありません。シングルチップマイコンの要件を満たしており、51シリーズシングルチップマイコンで十分です。 51シリーズMCUの価格はAVRよりもまだ安いです。 インテリジェント制御スイッチ設計の欠点は、動的応答が十分ではないことです。 保護や通信、シングルチップとpwmチップの組み合わせなど、設計が柔軟なことが利点です。 シングルサイクル制御を実現することも困難です。 したがって、シングルチップマイコンで柔軟なアナログ設定を完了でき、その背後でいくつかの作業を完了するための pwm チップがあると思います。 CPLD plus マイコンを制御に使用している記事を見たことがあります。
CPLDの価格や開発の難易度がシングルチップマイコンの比ではないことは誰もが知っているのに、なぜこのようなことをするのでしょうか。 理由は著者のおっしゃるとおり、ワンチップマイコンのPWM幅が狭いため精度が低く、システムの要求を満たせないためです。 著者はまた、このような場合には、オフチップ PWM 回路の適用が間違いなく理想的な選択であるとも述べています。 彼はPWMを実現するためにCPLDチップを選択しました。 私は、スイッチング電源のオリジナルの制御チップを使用して実現することをお勧めします。 価格が安いだけでなく、1サイクル電流検出などの保護機能の実装も容易です。 デジタル制御のためのデジタル制御は必要ありません。 上記はインテリジェント制御スイッチの設計です。友人が議論に参加して私を修正してください。
