Микропроцессоры в системах управления электроприводами

Применяемые в электроприводе статические преобразователи с микроконтроллерным управлением можно рассматривать как разновидность системы электропитания электрических машин. Существует множество реализаций подобных систем, что связано с различными типами электродвигателей и требованиями к качеству их функционирования. Однако суть остается одна – схема главного тока строится на основе выпрямителей и силовых инверторов, управляемых контроллерами, как показано на рис. 54.

В отличие от схемы на рис. 50 данная схема содержит дополнительный модуль, обеспечивающий "сброс" электроэнергии при отключении питания электродвигателя и необходимый в моменты принудительного торможения. Электроэнергия, вырабатываемая двигателем до тех пор, пока не израсходуется кинетическая энергия вращающихся масс ротора и присоединенных механизмов, гасится на специальном резисторе. При этом управлять режимом торможения можно путем коммутации последовательно включенного ключа, управляемого микроконтроллером.

Более полное представление о работе микроконтроллера можно получить из структурной схемы системы управления электроприводом на рис. 41.

Реализация системы управления возможна на специализированных микроконтроллерах «Motorola» (MC68HCXX), «Intel» (MCS-196), «Siemens» (MCS-166), «AnalogDevices» (ADSP2181), «TexasInstruments» (TMS-320XX).

Вторичные блоки питания с применением микроконтроллеров

Вторичными блоками питания называют устройства, устанавливаемые вблизи потребителей и обеспечивающие их электроэнергией за счет преобразования напряжения сети в напряжение питания с повышенными требованиями к качеству. Как и в других системах, обеспечение требуемого качества выходных параметров осуществляется путем измерений и оценки этих параметров, на основании чего принимается решение о выдаче соответствующих управляющих воздействий. Сегодня эти задачи успешно решаются с помощью микроконтроллеров, причем наилучшим образом с помощью специализированных микросхем.

В качестве примера рассмотрим интегральный ШИМ-контроллер и МОП-транзистор в одном корпусе с тремя выводами (рис. 56), включающий все компоненты, необходимые для работы автономного импульсного преобразователя:

• мощный МОП-транзистор с управляемым временем включения,

• ШИМ-контроллер со встроенным генератором 100 кГц,

• высоковольтные пусковые цепи питания,

• источник опорного напряжения,

• параллельный стабилизатор/усилитель сигнала ошибки и схему защиты от повреждений.

По сравнению с другими вариантами схемы, например с дискретным МОП-транзистором и контроллером или автоколебательным ключевым преобразователем, интегральная схема TOP-switchможет уменьшить общую стоимость преобразователя, число деталей в нем, вес и одновременно увеличить надежность системы и ее КПД. Эти приборы предназначены для автономных систем питания с входным переменным напряжением 100/110/230 В и мощностью 0…100 Вт (0…50 Вт при универсальном питании) и автономных систем коррекции коэффициента мощности с входным напряжением 230/277 В и мощностью 0…150 Вт.

Высокая эффективность достигнута с помощью КМОП-технологии и интеграции на одном кристалле максимального числа возможных функций. КМОП-технология по сравнению с биполярными или дискретными приборами значительно уменьшает потребляемый ток. Высокая степень интеграции позволяет отказаться от внешних мощных резисторов, используемых для датчика тока и для обеспечения питания цепей первоначального запуска.

Достаточно сложная внутренняя структура прибора позволяет выполнять следующие функции:

• линейное преобразование значения входного тока в длительность импульсов рабочего цикла и передачу сигналов управления на выходной МОП-транзистор;

• обеспечение питанием встроенных устройств контроллера и управления затвором выходного ключа;

• формирование уровней опорных напряжений;

• работу встроенного генератора пилообразного напряжения и ШИМ-регулятора;

• регулирование тока открывания ключа с целью уменьшения электромагнитных помех;

• усиление сигнала ошибки регулирования выходного напряжения;

• ограничение пиковых токов выходного ключа путем измерений протекающего тока и отключение выходного транзистора до окончания рабочего цикла;

• защиту от перегрузки стабилизатора путем отключения и периодического перезапуска до устранения перегрузки;

• защиту от перенапряжений путем отключения выходного транзистора с автоматическим восстановлением после нормализации;

• тепловую защиту с отключением выходного транзистора при достижении температуры 145 °С;

• автоматический перезапуск контроллера при срабатывании защит.

Типовые схемы применения – это разнообразные маломощные стабилизированные источники питания с небольшими габаритами, часто используемые в компьютерной технике, источниках бесперебойного питания, контроллерах электродвигателей, счетчиках электроэнергии и контроллерах различных приборов. Данное решение является хорошей альтернативой по сравнению с использованием схем с сетевыми трансформаторами и линейными стабилизаторами или импульсными источниками питания с блокинг-генератором, когда требуется обеспечить широкий диапазон входных напряжений, высокий КПД, коррекцию коэффициента мощности и/или небольшой размер.

Одна из рекомендованных типовых схем применения приведена на рис..57 и представляет собой обратноходовой источник питания с регулированием по первичной цепи трансформатора с использованием дополнительной обмотки для получения обратной связи по напряжению. Для улучшения параметров стабилизации используются схемы с оптронной развязкой от вторичных цепей источника.

Дополнительным преимуществом данных приборов является возможность их использования в схемах улучшения коэффициента мощности и снижения коэффициента гармоник в первичных сетях, при работе импульсных источников питания, статических преобразователей и электронных балластов.