Н.В. Клиначев

Комплект разработчика DC-DC преобразователя с микропроцессорной
системой управления для обучения студентов вузов

Рабочие файлы: [DCDC-KIT-30V-2A.pdf] [DCDC-KIT-30V-2A.zip] [DCDC-KIT.zip]
[DCDC-KIT-30V-2A.jpg] [Terminal Modbus RS-485] [MCKIT-50V-5A]

Описан DC-DC преобразователь с микропроцессорной системой управления: электрическая принципиальная схема, печатная плата, gerber-файлы, перечень элементов, проекты пошаговой разработки программного кода. Комплект рекомендуется учебным заведениям и инженерам предприятий, где разрабатываются цифровые системы управления для технических объектов. Аппаратная часть комплекта адаптирована для демонстрационных целей (защищенные от замыканий контрольные клеммы, наглядное расположение и подписи элементов, интерфейс инкрементного энкодера, связь с компьютером).

Ключевые слова: dc-dc, buck converter, преобразователь, реверсивный, синхронный, импульсный, микроконтроллер, система управления, учебный комплект.

Введение

Высшее техническое образование предполагает наличие у выпускника вуза навыка разработки цифровых управляющих систем. Но организовать соответствующий учебный процесс достаточно сложно. Устройства преобразования энергии (электрической, магнитной, гидравлической, тепловой, механической, и пр.) сложны сами по себе и могут быть опасными, а требуется еще и цифровую систему управления научиться делать за четыре часа лабораторного практикума. Описываемый ниже по тексту учебный DC-DC преобразователь разработан для подготовки специалистов в области электропривода. Движение координат DC-DC преобразователя качественно совпадает с движением координат привода постоянного тока с двухтактным импульсным управлением. Программный код цифровой управляющей системы отличается лишь текстом комментариев. И в приводе, и в источнике есть подчинённый контур регулирования тока, управляющее воздействие на который формирует либо контур регулирования скорости, либо контур регулирования напряжения. Регуляторы одинаковые. Настраиваются по одной методике. Но DC-DC преобразователь – это компактное, простое, характеризующееся низким уровнем шума и не имеющее подвижных деталей устройство – безусловно, лучше подходящее для учебного процесса. И даже инкрементный энкодер, как датчик положения вала, в комплекте имеется.

                                                        Таблица 1
+---------------------------------------------------------------+
|           Паспорт комплекта (DC-DC преобразователя)           |
+---------------------------------------------------------------+
|  Схемотехника преобразователя          синхронный понижающий  |
|                                                  реверсивный  |
|  Частота преобразования (ШИМ)                         50 кГц  |
|  Максимальное   входное напряжение                      30 В  |
|  Минимальное    входное напряжение                      10 В  |
|  Диапазон регулирования напряжения                   1..20 В  |
|  Максимальный ток  преобразователя                    +/-2 А  |
|  Длительность режима КЗ                        не ограничена  |
|  Система регулирования                         двухконтурная  |
|                                                 астатическая  |
|  Расчёт управляющего воздействия                       8 мкс  |
|  Микроконтроллер                       STM32F030F4 (младший)  |
|                                        TSSOP20  (6.4x4.4 mm)  |
|                                        48 МГц   (без кварца)  |
|  Регулятор                             механический  энкодер  |
|  Разъем UART                           Bluetooth  UART Board  |
+---------------------------------------------------------------+

Данные паспорта комплекта приведены в таблице 1. Фотография – доступна по ссылке, см. выше по тексту рабочие файлы. Комплект – это одноплатная конструкция в бескорпусном исполнении. На лекции, для объяснений и демонстраций, кроме комплекта, по минимуму, можно обойтись: стандартным блоком питания ноутбука и цифровым осциллографом, подключенным к лекционному компьютеру / проектору. Для подробной версии изложения материала нужны: программатор (ST-LINK/V2-1), переменный резистор (нагрузка), трансформатор с диодным мостом и защитным стабилитроном.

Электрическая принципиальная схема DC-DC преобразователя

Электрическая принципиальная схема комплекта представлена ниже по тексту на рис. 1. На первый взгляд она сложна, но учебный комплект – это не серийный источник питания, а изделие, которое должно демонстрировать ряд стандартных схемотехнических решений (защита схемы от переполюсовки, согласование и нормализация аналоговых сигналов, блокировка импульсных помех по питанию аналоговой части, способ питания микроконтроллера, управление стойкой силовых ключей и пр.).

Электрическая принципиальная схема реверсивного понижающего DC-DC преобразователя с микропроцессорной системой управления
Рис. 1. Электрическая принципиальная схема реверсивного синхронного понижающего
DC-DC преобразователя с микропроцессорной системой управления

Для решения задачи цифрового управления был выбран самый младший микроконтроллер (STM32F030F4) во всем 32-х разрядном семействе (ядро Cortex-M0). На схеме, вместе с кнопкой сброса (S1) и разъемом для программирования (P1 / SWD), он представлен в правой верхней части чертежа. Выбор микроконтроллера был определен тремя критериями. Для цифровых управляющих систем достаточно 32-х разрядного целочисленного АЛУ, математический сопроцессор не нужен, так же как стабилизация тактового генератора внешним кварцем. Отметим, что отладка сложных систем управления без ЦАП-а может быть затруднена. Но в данном случае – это лишь пожелание производителям микроконтроллеров и подсказка студентам / разработчикам.

В верхней части чертежа, слева на право, представлены включенные последовательно линейный и импульсный стабилизаторы понижающие входное напряжение до 12 В и до 3.3 В (MC78L12 / TPS560200). Напряжение 12 В используется для питания драйвера силовых ключей (FAN7842). От 3.3 В запитаны цифровые и аналоговые цепи микроконтроллера. Обратим внимание, что помехи от импульсных источников "насквозь" проходят любые цепи с полупроводниками. Поэтому питание аналоговой части (АЦП микроконтроллера и операционного усилителя AD8542) осуществляется через блокирующий фильтр (L2, R1, C5). Можно отметить, что драйвер силовых ключей (FAN7842) допустимо питать более низким напряжением. Поэтому входное напряжение может снижаться до 10..12 В.

Защита от переполюсовки реализована на обратном диоде транзистора Q5 (AO4407A). При штатном включении, транзистор может быть либо открыт, либо закрыт. Состояние транзистора определяет программа микроконтроллера (порт PA0). Если необходимо понизить тепловые потери в диоде, то программным способом транзистор открывается. Если в учебных целях необходимо продемонстрировать реверс энергии при разряде выходного конденсатора (C15, C16, C17), то транзистор должен быть закрыт, поскольку блоки питания ноутбуков не поддерживают реверс энергии и отключаются. Энергия реверса заряжает конденсатор (C9, C10). А конденсатор C12, существенно большей емкости, распаивается лишь случае, если комплект будет запитан от трансформатора с диодным мостом. Реверс энергии возникает при периодическом программном изменении задания для выходного напряжения. Это ключевой эксперимент, который позволяет выполнить точную настройку регуляторов цифровой управляющей системы и оценить качество и быстродействие переходных процессов.

Ниже описанного защитного каскада (транзисторы Q5, Q9) и стойки силовых ключей (транзисторы Q8, Q10) изображены кнопка пользователя (S2) и контакты механического энкодера. Кнопка пользователя (S2) дублирует кнопку, встроенную в энкодер. Поскольку не все энкодеры, которые можно запаять в плату (с базовым размером конструктива 12 мм) её имеют. Резисторы R28, R29, R35, так же как резисторы R36 .. R43 выполняют защитную функцию. По периметру платы расположены контрольные клеммы для подключения щупов осциллографа (P2 .. P12). Подключая два щупа, студенты могут создать короткое замыкание. Упомянутые резисторы предотвращают нежелательные последствия. Функциональность энкодера и кнопки поддерживает микроконтроллер. Порты PA6, PA7, PA9 сконфигурированы как входы с pull-up-резистором, который подтягивает потенциал к положительной шине питания.

В центре схемы, на источнике опорного тока (U5 / LM334) и трех токовых зеркалах собрана схема измерения тока индуктора. Операционный усилитель U6.1 (AD8542) окончательно нормирует сигнал, приводя его к шкале АЦП (0 .. 3.3 В). В каждом токовом зеркале напряжение на транзисторах (между коллектором и эмиттером) существенно отличается. 0.6 В на транзисторе с закороченными коллектором и базой. И до 30 В на транзисторе дополняющем токовое зеркало. В максимальной степени эффект Эрли (модуляция ширины базы / изменение падения напряжения на переходе база-эмиттер) проявляется в транзисторе Q7. В результате, при регулировании выходного напряжения (от 0 до 20 В), в пределах 10 % шкалы АЦП меняется смещение нуля схемы (датчика тока). Эта характеристика статическая и её можно компенсировать программным способом. На динамические свойства преобразователя (т.е. на устойчивость и форму переходных процессов) она не влияет. Схема пугает, но она дешевле, проще и чувствительней микросхем ACS712, CSA-1V, в которых используется эффект Холла для измерения тока. В ней нет измерительного усилителя с лазерной подгонкой элементов (INA148, INA240, AD629). И, в отличие от большинства токовых мониторов для шины положительного потенциала (INA139, MAX4069, ZXCT1008), работоспособна при КЗ в цепи нагрузки. Семейство спаренных токовых мониторов – INA193 .. INA198 – дороже. Диод D1 защищает переходы база-эмиттер токовых зеркал от пробоя обратным напряжением при отключении входного напряжения. Токовое зеркало на транзисторах Q11, Q12, разряжает выходной конденсатор (C15, C16, C17) при выключении источника.

Операционный усилитель U6.2 (AD8542), в дифференциальном включении, используется для приведения измеряемого выходного напряжения (от 0 до 20 В) к шкале АЦП (от 3.3 до 0В). Результат оцифровки инвертируется программным способом.

Собственное потребление схемы от источника 24 В с выключенной силовой стойкой – 11.5 мА. С переключающейся силовой стойкой в режиме холостого хода (ШИМ 50 кГц) – 16 мА. Токовые зеркала датчика тока – 4 мА.

Для прошивки флешь-памяти процессора и отладки программного кода, инженеру необходимо иметь любую из оценочных плат с ARM-процессором и SWD-разъемом от фирмы ST Microelectronics, например, STM32F3DISCOVERY или фирменный программатор с гальванической развязкой.

Импульсная динамическая модель реверсивного DC-DC преобразователя

Рабочие файлы: [ПИ и ПИД без насыщения] [ЦСУ 4 ЛЭМД Модель]

Дискретно-импульсная модель описываемого DC-DC преобразователя представлена ниже по тексту на чертеже 1. Такие модели (дискретно-импульсные) лучше ни когда не использовать, но уровень абстракции линейных непрерывных моделей выше и у неподготовленных пользователей остается много вопросов. Система управления приведена к относительным единицам – и входные и выходные координаты регуляторов принадлежат диапазону от -1 до +1. Приведенная таким образом система управления без настройки будет корректно функционировать, если регуляторы представить безынерционными звеньями с коэффициентом усиления 5 для контура напряжения и 3 – для контура тока. Два сдвига, два сложения, два умножения на константу и ограничение – это весь программный код цифровой управляющей системы – такую задачу студент решить может.

Дискретно-импульсная модель реверсивного,
полумостового, понижающего DC-DC преобразователя
с системой управления (Buck converter 0..20 В x 2 A)

Запустите расчёт модели. Сравните осциллограммы вычислительного эксперимента с теми, что получены с реальной схемы (см. рис. 2, ниже по тексту). Убедитесь в качественном совпадении результатов.

Удалите в чертеже модели PI-регуляторы. Замените их блоками масштабирования сигнала (gain). Установите коэффициенты передачи 5 и 3 для контура напряжения и тока соответственно. Запустите вычислительный эксперимент. Убедитесь в том, что система управления решает свою задачу. Приведите модель к исходному состоянию (обновите веб-страницу).

Осциллограммы тока и напряжения DC-DC преобразователя при периодическом программном изменении задания для контура напряжения
Рис. 2. Осциллограммы тока и напряжения DC-DC преобразователя
в режиме периодической смены уставки для контура напряжения

Ознакомьтесь с фотографией преобразователя, которая доступна по ссылке ниже названия статьи. Обратите внимание, объём конденсатора выходного фильтра (C15 + С16 + С17), существенно меньше объёма его индуктивности (L5 + L6 + L7 + L8). И более того, номинал распаянной ёмкости в два раза выше требуемого (с учетом старения и высыхания электролитов за 25 лет эксплуатации). Амплитуда пульсаций тока в таком индукторе составляет лишь 10 % от номинальной величины. Режим работы электролитов – мягкий (ток почти не пульсирует). В этой реверсивной / синхронной схеме ни когда не наблюдается режим прерывистого тока. Т.е. не меняется структурная схема системы. Но все же, обычно, с такими параметрами фильтра DC-DC преобразователи не делают – большой расход меди и неоптимальные габариты. В данном случае – это необходимость. Именно такая амплитуда пульсаций тока характерна для электропривода (для электрических машин).

Любой источник / электропривод предназначен для подключения нагрузки. Следовательно, емкость конденсатора фильтра (за счет нагрузки) может увеличиваться, в 2, в 3, в 10 раз. Увеличьте в модели номинал емкости в 10 раз. Время моделирования – в 10 раз. Частоту генератора сигнала пилообразной формы в субмодели задатчика сигнала (gUн) уменьшите в 10 раз. Запустите вычислительный эксперимент. Убедитесь в том, что показатели запаса устойчивости не изменились. Приведите модель к исходному состоянию (обновите веб-страницу).

Примечание. В источнике ЭДС, от которого запитан преобразователь, инкапсулирована модель трехфазного выпрямителя с емкостным фильтром. Для модели с исходными параметрами емкость на выходе диодного моста достаточна. Но в эксперименте, который описан выше, емкость выходного фильтра увеличена в 10 раз – большее количество энергии реверсируется в первичную цепь. В результате напряжение на выходе диодного моста увеличивается более чем в два раза. Следует принять во внимание, что транзисторы реальной схемы на такое перенапряжение не рассчитаны. Именно по такому сценарию горят все лабораторные источники питания, которыми пользуются разработчики электропривода в процессе отладки своих изделий. В стране нет лабораторных источников допускающих реверс энергии.

Осциллограмма годографа динамической внешней характеристики DC-DC преобразователя
Рис. 3. Осциллограмма годографа динамической внешней характеристики
DC-DC преобразователя (ток – по горизонтали)

В типовом случае, если САР имеет несколько обратных связей, то задающий сигнал на подчиненный контур имеет предустановленные пределы (максимальный ток дросселя). Если соответствующая координата достигает предела, то классический PI-регулятор внешнего контура (контура напряжения) уходит в интегральное насыщение, и, впоследствии, не может быстро и адекватно сформировать управляющее воздействие при смене режима работы. Если такие режимы возможны, то в контуре напряжения требуется особый PI-регулятор (с PD-I структурой), интегральный канал которого может быть быстро выведен из насыщения [#].

Предположим, программируемый источник питания работает в режиме периодического изменения выходного напряжения. Именно такой режим демонстрирует описываемая модель. Уставка для выходного напряжения принимает значения либо 5, либо 15 В. Предположим, что в качестве нагрузки будет подключен стабилитрон на 10 В. Очевидно, что при величине задания 15 В, подчиненный контур ограничит ток. Напряжение не поднимется выше 10 В. Интегратор регулятора напряжения уйдет в насыщение. При смене задания на 5 В, насыщенный интегратор PI-регулятора определит наличие статической ошибки. Модифицированный PD-I-регулятор несравненно быстрее компенсирует её. У разработчиков остается опасение, что дифференцирующий канал PD-I-регулятора станет причиной повышенного уровня шума в контуре. Но, как показывает практика [#], при правильной настройке, эти опасения ложные. Осциллограммы, представленные на рисунках 2 и 3, сняты для схемы с PD-I-регулятором.

Проекты пошаговой разработки программного кода цифровой системы управления

Архив комплекта проектов для пошаговой разработки программного кода цифровой управляющей системы DC-DC преобразователя доступен по гиперссылке ниже заголовка данной статьи. Архив включает "стандартную библиотеку драйверов периферии процессора STM32F0xx". Поэтому после распаковки и открытия файла рабочего пространства интегрированной среды разработки IAR, любой из проектов успешно транслируется без каких либо дополнительных действий. В каждом из проектов имеются 4 важных файла: main.c, mcu_conf.c, mcu_conf.h, IQ_DCDC.h. От проекта к проекту их содержимое дополняется. В частности, это код системы управления, база данных DC-DC преобразователей и библиотека IQ-арифметики с определениями программного кода регуляторов. Проекты составлены таким образом, чтобы инженер мог быстро найти и изучить добавляемые на каждом шаге фрагменты кода. Для чего рекомендуется использовать инструменты файлового менеджера Total Commander "Синхронизация каталогов" и "Сравнение содержимого файлов". В программном коде системы управления (main.c) все обращения к функциям библиотеки периферии микроконтроллера выполнены с помощью макросов-оберток (см. mcu_conf.h). Если возникнет необходимость адаптировать программу для другого микроконтроллера, то потребуется лишь макросы переопределить. Перечислим наименования проектов с краткими описаниями.

00_Tmplate – После распайки микроконтроллера в новой схеме, первая задача, которую нужно решить программисту – это настройка тактового генератора. Обычно для этого используются программные инструменты предоставляемые изготовителем микроконтроллера, генерирующие соответствующий с-файл подключаемый к проекту. Для проверки результата настройки запускается системный таймер, декрементирующий в своем прерывании (SysTick_Handler) переменную пользователя каждую миллисекунду. Через каждые 500 тиков (Delay(500)) инвертируется порт, к которому подключен светодиод. При правильной настройке тактового генератора микроконтроллера за 60 секунд светодиод должен минуть 60 раз.

01_TIM – Это скелет программы цифровой системы управления. Включает функции конфигурирования и запуска периферии процессора (MCU_Init, MCU_Start). А так же функцию обработки прерывания таймера. Счётчик таймера настраивается так, чтобы период счёта соответствовал периоду коммутации ключей. А счетчик реверсов – кратно увеличивает период между прерываниями, задавая тем самым требуемый период дискретизации цифровой системы управления. Контроль периода дискретизации осуществляется по периоду мигания светодиода.

02_Enc – Для обслуживания энкодера задействован еще один таймер и два порта. Последние сконфигурированы как входы с pull-up-резистором. Таймер настроен для счета и вверх и вниз. Число в счетчике таймера используется для контроля программного ШИ-модулятора. Поворачиваем вал энкодера – меняется яркость светодиода.

03_EXTI – Предыдущая программа доработана. Добавлен код конфигурации аппаратной части микроконтроллера для обработки внешнего прерывания, вызываемого нажатием на кнопку пользователя. Выставив, с помощью энкодера, желаемую яркость светодиода, можно нажать на кнопку. Прерывание будет вызвано. Счетчик таймера, который обслуживает энкодер, будет сброшен. Светодиод погаснет.

04_PWM – В проекте задействованы: кнопка пользователя, светодиод, энкодер и ШИ-модулятор. Кнопка пользователя включает и выключает ШИ-модулятор. Что индицирует светодиод. Подсчёт импульсов энкодера выполняет один из таймеров. Накопленное числовое значение в счетчике используется для обновления регистра сравнения таймера ШИ-модулятора. Первый канал осциллографа можно подключить к силовой стойке. Второй – к выходному напряжению источника. После включения ШИ-модулятора нужно поворачивать вал энкодера. Должно меняться выходное напряжение и ширина импульсов формируемых силовой стойкой. Перед каждым включением ШИ-модулятора значение в счетчике таймера обслуживающего энкодер обнуляется. Период ШИМ-а можно проконтролировать до первого включения. Следует подключить осциллограф к светодиоду – соответствующий порт переворачивается при входе и выходе из прерывания таймера.

05_ADC – Мышка за кошку, Кошка за Жучку, Жучка за внучку, Внучка за бабку, Бабка за дедку, Дедка за репку – так и работает аппаратная машина состояний необходимая для построения цифровой управляющей системы. Таймер, отсчитав период ШИМ, запускает АЦП. АЦП, выполнив преобразование, запрашивает обслуживание у контроллера ПДП. Контроллер, заполнив выборками буфер в ОЗУ, формирует прерывание. Для решаемой задачи, аппаратная машина состояний в этом проекте сконфигурирована полностью. После включения ШИ-модулятора, поворачивая вал энкодера можно менять напряжение на выходе источника. В прерывании контроллера ПДП можно устанавливать и снимать точку остановки. Цель – проконтролировать изменение результата оцифровки выходного напряжения.

06_Kp – Системы управления с безынерционными регуляторами, приведенные к относительным единицам, настройки не требуют. Двухконтурная система управления будет корректно контролировать движение координат DC-DC преобразователя с любыми паспортными данными, если регуляторы представить безынерционными звеньями с коэффициентом усиления 5 для контура напряжения и 3 – для контура тока. В этом проекте добавлены заветные 9 строк кода. И выполнен тюнинг пропорциональных коэффициентов.

07_KpKi – Для повышения точности статической системы автоматического регулирования (06_Kp), нужно добавить интегрирующие каналы в регуляторы и настроить их коэффициенты усиления (Ki). Цель проекта – настройка двух параметров и переоформление / документирование 9-ти строк кода, которые были добавлены в предыдущем проекте.

08_Anti – DC-DC преобразователи редко работают на нагрузку типа "упор", но, все же, PI-регулятор без интегрального насыщения быстрее выбирает статическую ошибку контура напряжения и определяет лучшую форму переходного процесса. В проекте добавлен соответствующий макрос.

09_FSM – Добавлен код программной "Машины Состояний" для низкоприоритетных операций. DC-DC преобразователь может находиться в разных состояниях: "ВКЛ" (светодиод светиться), "ВЫКЛ" (светодиод погашен), "РЕГ.Uн" (светодиод мигает) и пр. Задача перевода преобразователя из одного состояния в другое решается "Машиной Состояний" для низкоприоритетных операций (она же – "Автомат конечных состояний"). Краткие нажатия на кнопку пользователя инициируют переходы между состояниями "ВКЛ" / "ВЫКЛ" (см. рис. 4). В этих состояниях реакции на вращение вала энкодера нет. Длительное нажатие переводит DC-DC преобразователь в состояние "РЕГ.Uн" (для контроля напряжения нужно использовать отдельный прибор). Последующее краткое нажатие – переводит преобразователь в состояние "ВКЛ".

Автомат конечных состояний DC-DC преобразователя. Критерии переходов
Рис. 4. Автомат конечных состояний DC-DC
преобразователя с энкодером и кнопкой

Показанный на рис. 4 автомат конечных состояний можно дополнить состоянием "РЕГ.Iн". В которое можно перейти из состояния "РЕГ.Uн" по событию длительного нажатия на кнопку. И выйти в состояние "ВКЛ" – по краткому нажатию. Регулировку тока можно выполнить, закоротив источник с помощью вспомогательного амперметра. Энергия, запасаемая конденсатором фильтра, мала. Любой амперметр с пределом 2 или 5 А выдержит разряд конденсатора. А в установившемся режиме – система управления ограничит ток.

Ошибки в схеме

  1. Из-за эффекта Эрли, классическое токовое зеркало на транзисторах Q6 и Q7 вносит наибольшую составляющую погрешности в смещение нуля датчика тока. В данной схеме предпочтительно применение токового зеркала Уилсона или каскодного токового зеркала.
  2. Стабилитрон BZV55C10 оказался очень хорошим для данного схемотехнического решения (мал начальный ток стабилизации). Его следует заменить резистором 20 кОм. Номинал резистора R12 изменить на 20 кОм (при 60 °C и нулевом напряжении на затворе, ток стока транзистора BSS123 составил величину 42 мкА).
  3. При быстром вращении вала энкодера контакты всплывают в смазке, и, их дребезг сбивает счетчик таймера. Контакты энкодера следовало зашунтировать конденсаторами от 10 до 100 нФ. Но, впрочем, цифровой фильтр на входах захвата таймера успешно устраняет последствия дребезга.
  4. Без Bluetooth модуля микроконтроллер потребляет ток менее 10 мА. В результате, преобразователь TPS560200 работает в перемежающемся режиме (периодически отключается) – неприятно шипит и выдает импульсы по питанию до 350 мВ в широкой полосе частот.
  5. Единственный греющийся элемент в схеме (60 градусов при токе 1.4 А) – это индуктор (4 x (82uH 1.9A 0.145Om), B82477G4823M) – велико активное сопротивление провода обмотки. Печатная плата предусматривает распайку: либо четырех упомянутых индукторов, либо одного индуктора 2100LL-331-H-RC / 2100LL-271-H-RC / 2100LL-221-H-RC, либо индуктора на кольце МП140 намотанного проводом 0.71 мм. Второй и третий варианты дороже – либо заказ партиями, либо ручная работа.

Схема измерения тока индуктора DC-DC преобразователя на LM334 (0.1 .. 10 А)
Рис. 5. Схема измерения тока индуктора
DC-DC преобразователя (0.1 .. 10 А)

Схему измерения тока можно упростить и уменьшить зависимость смещения нуля от выходного напряжения в 3..4 раза. Соответствующее схемотехническое решение представлено на рис. 5. В этом варианте схемы номинальное падение напряжение на шунте в два раза меньше (+/-32 мВ). К сожалению, смещение нуля будет меняться и при изменении температуры. Согласно документации на микросхему LM334 – до 7 % от 32 мВ на 10 градусов. Резистор 15 кОм можно заменить стабилизатором тока – специализированным полевым транзистором с каналом n-типа К1351ЕТ1ЕП или J505 (JFET Vishay). В целом идея хорошая, но безупречной она будет в интегральном исполнении (по дифференциальной схеме, с температурной компенсацией).

Литература

  1. Tim Regan, Jon Munson, Greg Zimmer, Michael Stokowski. Current sense circuit collection: Making sense of current / Application note 105, December 2005 // Linear Technology Corporation. – URL: http://www.analog.com/media/en/technical-documentation/application-notes/an105fa.pdf (дата обращения: 08.06.2018).
  2. Михаил Пушкарев. Микросхемы для измерения тока // Компоненты и технологии №10, 2006. – URL: https://www.kit-e.ru/assets/files/pdf/2006_10_116.pdf (дата обращения: 08.06.2018).
  3. Thomas Kugelstadt. Low-cost current-shunt monitor IC revives moving-coil meter design // Analog Applications Journal, 2Q 2006. – URL: http://www.ti.com/lit/an/slyt242/slyt242.pdf (дата обращения: 08.06.2018).
  4. Клиначёв Н.В., Маргацкая Е.А. Прецизионный электромагнитный привод для малых линейных перемещений рабочего органа // Моделирующая программа Jigrein: Теория, программа, руководство, модели. – 2006-2018 гг. – URL: http://model.exponenta.ru/k2/Jigrein/JS/fwlink.htm#F4E3 (дата обращения: 08.06.2018).

20.05.2018