Tá dúshláin mhéadaitheacha ag dearthóirí na gcóras uathoibrithe tionsclaíocha. Is féidir le trealamh den sórt sin a bheith mar thoradh ar threalamh den sórt sin a bheith mar thoradh air. I dtimpeallachtaí tionsclaíocha crua, áit a n -éilíonn trealamh leictreonach íogair voltais rialaithe go docht, éilíonn custaiméirí feidhmíocht agus feidhmiúlacht níos airde. I gCuid 1 den tsraith dhá chuid seo, déanfaimid iniúchadh ar na héilimh atá ag teacht salach ar sholáthairtí cumhachta tionsclaíocha agus ar na trádálaithe a bhaineann le réitigh choitianta.
Tabhairt isteach
Tá dúshláin uathúla ag dearadh an chórais uathoibrithe tionsclaíche. Go deimhin, is scéal é faoi éilimh atá ag teacht salach ar a chéile. Cuireann racaí modúlach ar chostas íseal a thabhairt isteach do chomhpháirteanna córais tí amhail rialaitheoirí loighic ríomhchláraithe (PLCanna) agus modúil I/O spás trom agus srianta teirmeacha ar innealtóirí agus ar réitigh. Tá na dúshláin seo níos measa mar gheall ar an ngá atá le hoibriú an -iontaofa a chinntiú i dtimpeallachtaí crua atá so -ghabhálach do shalachar, taise agus creathadh.
Ina theannta sin, tá custaiméirí ag súil le feidhmiúlacht fheabhsaithe sna glúine ina dhiaidh sin de chórais uathoibrithe, iad uile gan tomhaltas cumhachta, méid trealaimh, giniúint teasa agus costas a mhéadú. Is minic a bhíonn feabhsuithe den sórt sin bunaithe ar dhul chun cinn i leictreonaic, ach is minic a thagann siad ar phraghas: lamháltais agus borradh cumhachta níos déine i leibhéil voltais a chaithfidh a bheith seasmhach agus iad ag teacht ó sholáthairtí cumhachta nach bhfuil chomh foirfe.
Mar sin féin, níl innealtóirí ag iarraidh am luachmhar tionscadail a chaitheamh ag dearadh soláthar cumhachta nach dtugann custaiméirí faoi deara é agus is minic a mheastar gur dramhaíl luachmhar é. Ina áit sin, is fearr leis an innealtóir díriú ar rudaí a dhéanann idirdhealú soiléir idir a chóras uathoibrithe ón gcomórtas.
Tá soláthraithe leathsheoltóra tar éis freagra a thabhairt ar riachtanais chontrártha dearthóirí córais uathoibrithe tionsclaíocha trí mhodúil a thabhairt isteach a chomhtháthaíonn go leor de phríomhfheidhmeanna soláthair cumhachta i ngléas amháin. Mar sin féin, ní mór modúil atá deartha le bheith faoi thiomáint ag na soláthairtí 12, 24, nó 48VDC a úsáideann córais uathoibrithe tionsclaíocha a chosaint trí chlampaí voltais nó trí theicnící lasctha asynchronous a úsáid chun na spíceanna voltais a phléann an soláthar príomhlíonra a sheasamh. Mar thoradh ar an dá réiteach tá córais cumhachta níos mó, níos costasaí agus níos lú éifeachtúla - go díreach cad iad na hinnealtóirí córais atá ag iarraidh a sheachaint.
Is é an nóta iarratais seo Cuid 1 dár sraith dhá chuid ar rialtóirí rialaithe tionsclaíocha. Anseo, déanaimid plé ar ailtireachtaí rialaithe tionsclaíocha agus ar na hailtireachtaí soláthair cumhachta a fhágann go bhfuil siad uathúil, dúshlán dearaidh. I gCuid 2 den tsraith seo, pléifimid an chéad ghlúin eile de ghléasanna cumhachta a úsáideann na teicnící monaraithe sileacain is déanaí in éineacht le dearaí sliseanna nuálacha.
Ailtireacht rialaithe tionsclaíoch
Cé gurbh é 24VDC an voltas de facto don chuid is mó d'iarratais ar rialú tionsclaíoch (go háirithe iad siúd a úsáideann PLCanna), tá 12VDC coitianta freisin agus is minic a úsáidtear é mar voltas cúltaca ceallraí nó a sholáthraíonn foinsí fuinnimh malartacha amhail painéil fhótavoltacha (PV). Spreagtar isteach le déanaí ar chumhacht thar Ethernet (POE) monaróirí uathoibrithe tionsclaíocha freisin chun trealamh a dhearadh faoi thiomáint ag an soláthar 48VDC atá sonraithe sa chaighdeán. Léirítear i bhFíor 1 córas tipiciúil rialaithe tionsclaíoch ag baint úsáide as soláthar cumhachta 24VDC.
Figiúr 1. Córas rialaithe tionsclaíoch tipiciúil.
Is éard atá sa chóras ná modúil I/O chun faisnéis a fháil ó bhraiteoirí nó chun orduithe a sheoladh chuig actuators, ionchuir dhigiteacha ilchainéil, ionchuir agus aschuir aschuir ilchainéil, feidhmeanna cumarsáide, agus próiseálaí (LAP) atá nasctha trí bhus digiteach. Soláthraítear an chumhacht ón bhfóntas, stoptar síos go 24VDC, agus scaiptear é tríd an gcúlphláta.
Léiríonn cuma níos dlúithe ar sholáthar cumhachta an chórais castacht níos mó mar gheall ar na leibhéil éagsúla voltais agus reatha a éilíonn na comhpháirteanna éagsúla córais. Taispeánann Figiúr 2 cuid bheag den ailtireacht cumhachta. Déantar an príomhsholáthar cumhachta 120VAC/230VAC a mhéadú ar dtús go dtí soláthar cumhachta cúltaca caighdeánach 12VDC nó 24VDC ag baint úsáide as modúl cumhachta tionsclaíoch. Ag leibhéal an chórais, cuirtear an voltas cúl -phléadála seo síos go dtí na leibhéil voltais íochtaracha a éilíonn na comhpháirteanna aonair.
Figiúr nó cuid den ailtireacht chumhachta i gcóras uathoibrithe tionsclaíoch.
Mar shampla, is féidir le PLC micreaphróiseálaí, próiseálaí comhartha digiteach (DSP), agus eagar geata in-ríomhchláraithe (FPGA) a chuimsiú. Éilíonn na gléasanna seo raon voltais de 5V go 1V. Mar sin féin, d'fhéadfadh go mbeadh suas le 3.5A de shruth de dhíth ar an PLC ar fad. Ar an gcaoi chéanna, teastaíonn soláthairtí ± 15V agus 5V as aimplitheoirí éagsúla, tiontairí aschur-go-digiteach (ADCanna), agus ilphléacs (muxs) le sruthanna suas le 500mA.
Chun cúrsaí a casta, ní mór do dhearthóirí machnamh a dhéanamh ar spící voltais neamhbhuan ("overvoltages") a théann i bhfeidhm ar sholáthairtí cumhachta trí imeachtaí ar nós stailceanna tintrí ar an líonra dáilte nó trí ualaí troma a athrú go tapa a roinneann na ciorcaid chumhachta chéanna leis an gcóras uathoibrithe tionsclaíoch. Is féidir le spící voltais tarlú freisin san ailtireacht soláthair cumhachta féin, mar shampla, nuair a théann modúl soláthair cumhachta síos an voltas soláthair go 12VDC nó 24VDC, go háirithe nuair a bhíonn feistí cineál lasc-mhodha á úsáid.
Tá na himeachtaí iomaíochta seo chomh coitianta sin go molann eagraíochtaí ar nós an Choimisiúin Leictriceimiceach Idirnáisiúnta (IEC) go ndéanfaidh innealtóirí a gcórais a dhearadh chun iad a sheasamh. Mar shampla, deir IEC 60664, a dhéileálann le comhordú inslithe i gcórais ísealvoltais (1KVAC agus 1.5KVDC), gur chóir trealamh "Aicme II" (lena n-áirítear cineálacha trealaimh a úsáidtear i uathoibriú tionsclaíoch) atá á gcumhachtú ag soláthairtí 24VDC a dhíorthaítear ó fhóntas a sheasamh chun seasamh le hovervoltages suas go dtí 60V.
Buneolas Rialacháin Voltais DC-DC
Is gnó mór é comhshó voltais DC-DC (nó "rialachán"), agus d'infheistigh soláthraithe leathsheoltóra go mór i bhforbairt raon leathan táirgí do gach feidhmchlár. Roinntear feistí ina dhá ghrúpa: rialtóirí íseal -scaoilte (LDOanna), ar a dtugtar rialtóirí líneacha freisin; agus rialtóirí a athrú.
Nuair a dhéantar iad a mheaitseáil go cúramach le saintréithe oibriúcháin an iarratais, is iondúil go mbíonn rialtóirí lasctha níos éifeachtaí thar raon leathan voltais ionchuir i gcomparáid le LDOanna. Ina theannta sin, is féidir le rialtóirí lasctha céim suas go héasca ("Boost"), céim síos ("buck"), agus voltais inbhéartaithe. .
Tá míbhuntáiste amháin ag rialtóirí lasctha thar LDOanna atá éasca le húsáid: tá dearadh an rialtóra níos casta. Tá sé seo toisc go bhfuil gá le scagadh aschuir chun an voltas agus na cuilithíní reatha a ghintear trí oibríochtaí lasctha ardmhinicíochta a mhaolú. Fágann sé seo go bhfuil fadhbanna le haghaidh sliseanna íogaire agus go gcruthaíonn sé cur isteach leictreamaighnéadach (EMI). In ainneoin seo, tá níos mó agus níos mó ag baint le hinnealtóirí a dhearann go leor iarratas comhaimseartha rialtóirí a athrú.
Is é an rud is tábhachtaí maidir le hoibriú rialtóirí lasctha ná trasraitheoirí éifeacht leathsheoltóra ocsaíd miotail (MOSFETanna) a úsáid mar ghléasanna lasctha. Nuair a bhíonn an MOSFET ar siúl, sreabhann an sruth chuig an ualach agus chuig ionduchtóir seachtrach a stórálann an fuinneamh. Nuair a chasann an MOSFET as, soláthraíonn an t -ionduchtóir a fhuinneamh stóráilte don ualach.
Is iondúil go n -úsáidtear modhnú leithead cuisle (PWM) chun an voltas aschuir a rialú. Coinnítear an mhinicíocht tairiseach agus déantar an leithead cuisle ("ar am") a choigeartú chun an voltas inmhianaithe a sholáthar. Cuireann an t-athrú ardmhinicíochta den rialtóir teorainn le caillteanais sa chóras agus ag an am céanna aschur voltais réasúnta seasmhach a choinneáil thar raon ionchur agus ualaí.
I rialtóir lasctha topology asynchronous (Figiúr 3), ní shreabhann an fuinneamh atá stóráilte san ionduchtóir agus ansin aistríodh é go dtí an t -ualach le linn an timthrialla MOSFET go díreach chuig an ualach. Ina áit sin, déantar é a fhorleathadh trí dé -óid Schottky seachtrach. Má roghnaítear an t -ionduchtóir bunaithe ar an ualach a bhfuiltear ag súil leis, oibreoidh an rialtóir lasctha i mód seolta leanúnach, rud a chuirfidh voltas rialaithe cobhsaí ar fáil.
Figiúr 3. Ciorcad rialtóra buck neamhghnách.
Cinntear éifeachtúlacht dheiridh na rialtóirí lasctha seo le dhá phríomhfhachtóir: an titim voltais ar aghaidh den dé -óid Schottky seachtrach agus na tréithe reatha sceite droim ar ais. I bhfeistí nua -aimseartha, tá an titim voltais ar aghaidh ag druidim le teorainn de thart ar 0. 3v. Ní hionann é seo agus go leor, ach bíonn tomhaltas gléas leanúnach mar thoradh air agus laghdaítear éifeachtúlacht.
Feabhsaíonn an éifeachtúlacht in ionad an dé-óid Schottky le MOSFET toisc gur féidir an fhriotaíocht (ar R) den trasraitheoir a ísliú ag baint úsáide as ardteicnící monaraithe chun an voltas (agus na caillteanais) a choinneáil níos ísle ná an dé-óid bhunaidh. Ní mór oibriú an dá MOSFET sa chiorcad seo a shioncronú ionas go ndéanfaidh duine agus go n -éireoidh an ceann eile as.
Figiúr 4. Ciorcad rialtóra buck sioncronach.
Is féidir an dara MOSFET den rialtóir sioncronach mar a thugtar air a chomhtháthú leis an modúl. Chomh maith le deireadh a chur leis an dé -óid Schottky seachtrach, déanann sé seo simpliú air seoan dearadh ciorcaidagus laghdaíonn sé bille na n -ábhar (BOM).
Is é an fo -iarmhairt atá ag dearadh an rialtóra sioncronaigh ná go n -aistríonn sruth sa dá threo sa ionduchtóir mar gheall ar oibriú an dá MOSFET (ie, dúbailt caillteanais ionduchtacha). Cuirtear é seo i gcomparáid leis an sreabhadh Aontreoch sa chineál neamhghnách. I rialtóirí sioncronacha, is iondúil go mbíonn na caillteanais beag, ach éiríonn siad níos mó ag ualaí níos ísle nuair a d'fhéadfadh éifeachtúlacht na feiste a bheith níos ísle ná an cineál comhionann asynchronous.
Tá mór -sholáthraithe leathsheoltóra tar éis aghaidh a thabhairt ar an easnamh seo ag baint úsáide as teicnící éagsúla. Mar shampla,UasmhéidComhtháitetá sraith deardvoltaisRialtóirí sioncronacha, amhail an MAX17503, le feidhm mód is féidir a úsáid chun an gléas a oibriú i dtrí mhodh oibríochta roghnaithe: PWM, modhnú minicíochta cuisle (PFM) agus modh seolta neamhleanúnach (DCM). Cuireann DCM deireadh freisin le sruth srutha droim ar ais chun éifeachtúlacht ag ualaí níos ísle a fheabhsú, ach ní scipeann sé bíoga. Fágann sé seo go bhfuil DCM oiriúnach d'iarratais íogaire minicíochta.
Achoimre
Comhlíonann rialtóirí ardvoltais, ard-aschuir sioncronach riachtanais uathoibrithe tionsclaíocha do mhodúil chumhachta dhlúth, éifeachtúla agus éasca le dearadh. Chuidigh roinnt fachtóirí leis an aincheist chumhachta tionsclaíoch, ach tá ailtireachtaí rialtóirí sioncronacha ardvoltais a fhreastalaíonn ar gach riachtanas ar fáil anois. Cé go bhfuil an rogha reatha de chomhpháirteanna oiriúnacha teoranta, leanann an raon ag leathnú chun gach riachtanas comhshó voltais DC-DC de ghnáthchóras a chomhlíonadh, le haschuir chumhachta ag dul ó chúpla céad milliamps go roinnt amps. I gCuid 2, pléifimid an chaoi a bhfuil nuálaíochtaí nua i rialtóirí sioncronacha ag cuidiú leis an dúshlán tomhaltais cumhachta a réiteach.