epc9148 power 3level buck acmc
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Conversor Buck Síncrono de 3 níveis com controle médio de modo de corrente com balanceamento de tensão do capacitor voador adaptativo
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Este exemplo de código demonstra uma implementação de controle médio de modo de corrente de circuito fechado para DSPIC33CK. Ele foi desenvolvido especificamente para o design de referência de conversor de buck de 3 níveis EPC9148.
A placa inicia o conversor Buck automaticamente quando a energia é aplicada à placa, fornecendo uma tensão de saída regulada de 12 V na saída do conversor. O procedimento de inicialização é controlado e executado pela máquina de estado do controlador de energia e inclui um procedimento de inicialização configurável com atraso de potência, período de aumento e bom atraso antes de entrar no modo de regulamentação constante. Uma rotina adicional de manipulador de falhas monitora continuamente os dados do ADC recebido e os bits de status periférico e desligará a fonte de alimentação se a tensão de entrada estiver fora do intervalo definido ou se a tensão de saída for superior a +/- 0,5 V fora da regulação por mais de 10 milissegundos.
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O módulo Conversor Síncrono de Buck de 3 níveis EPC9148 fornece todas as interfaces necessárias para programar e depurar o DSPIC33CK32MP102 DSC, bem como pontos de teste e conectores de tomada de banana para manuseio fácil e seguro do kit durante os testes de bancada. O EPC9148 QSG fornece instruções detalhadas do procedimento operacional.
A placa vem programada e pronta para ser usada quando descompactada. Nenhuma reprogramação do dispositivo de destino é necessária para operar a placa, a menos que os recursos ou configurações, como a tensão de saída nominal ou o tempo de inicialização, precisem ser modificados.
Caso os recursos baseados em firmware precisam ser alterados, o controlador Microchip DSPIC33CK pode ser reprogramado usando a porta de programação serial (ICSP) disponível na interface de programação RJ-11, bem como o cabeçalho de 5 pinos. É necessário um cabo de fita para conectar o kit de programação e o EPC9148. Essas interfaces suportam todos os programadores/depuradores de circuitos do Microchip, como MPLAB® ICD4, MPLAB® Real Ice ou MPLAB® Pickit4 e derivativos anteriores. Consulte EPC9148 Guia de início rápido para obter detalhes.
O conversor está iniciando automaticamente quando mais de 16,6 V DC são aplicados nos terminais de entrada do EPC9148. Leia o guia de início rápido EPC9148 para obter informações detalhadas sobre os requisitos para configuração e operação desse design de referência.
A máquina de estado passa pelas seguintes etapas em ordem cronológica:
a) inicialização
Nesta etapa, os parâmetros do loop de controle são redefinidos para seus padrões, as saídas do PWM são desligadas, mas o PWM ainda está em execução, acionando continuamente o ADC para manter a tensão de entrada e saída, bem como a temperatura da placa.
b) Redefinir este é o estado de 'capa de outono' a partir do qual o conversor BUCK será reiniciado assim que for iniciado com sucesso e for fechado devido a uma condição de falha (por exemplo, entrada sob/acima da tensão ou condição de temperatura)
c) em espera após a redefinição, a máquina de estado aguarda que todos os sinalizadores de falha sejam limpos e os bits de habilitação e vão para serem definidos.
d) Atraso de potência (POD) Uma vez que o conversor buck for limpo, a máquina de estado executará o procedimento de inicialização, começando com a energia no atraso. Este é apenas um atraso simples durante o qual o conversor permanecerá inativo, mas o manipulador de falhas observará os valores gerados pelo ADC para ocorrer condições de falha.
e) Lançar a rampa de tensão após o atraso de potência expirado, a tensão de entrada e saída será medida. Caso a saída do conversor seja pré-tendenciosa (tensão = diferente de zero), o controlador de energia será "pré-carregado" com um histórico de controle artificial e saída de PWM para aumentar suavemente a tensão de saída de seu nível mais recente.
f) Ramp-up de tensão agora o loop de feedback digital e o PWM estão ativados e o valor de referência do sistema de loop fechado é incrementado com todas as execuções da máquina de estado (intervalo de 100 µs). O loop de controle foi ajustado para operar com uma frequência transversal de> 10 kHz correspondendo à frequência máxima de perturbação permitida para manter o sistema de controle estável.
g) Bom atraso de energia após a tensão de referência ter sido aumentada para o nível nominal predefinido, a máquina de estado muda para o período de bom atraso de potência. Esse é outro atraso simples, onde o loop de controle está em estado estacionário, aguardando o expiração do período de atraso.
h) Online após o expedido de bom atraso, o conversor cai em operação nominal. Nesta condição, observa continuamente o valor de referência para alterações. Se qualquer outra parte do firmware alterar a referência do controlador, a máquina de estado sintonizará suavemente o novo nível, em vez de trocar-se com a referência.
i) Suspenda/erro Se o controlador de energia for desligado e redefinido por comandos externos (por exemplo, manipulador de falhas detectando uma condição de falha ou através da interação do usuário), a máquina de estado está mudando para o estado de suspensão, que desativa as saídas do PWM e a execução do loop de controle, limpa os históricos de controle e redefine a máquina de estado de volta para reastar
Este firmware usa dois controladores digitais do tipo II para fechar o loop de feedback no controle médio do modo atual. O controlador é composto por dois loops em cascata. O loop de feedback de tensão externa determina o erro de tensão de saída e calcula a referência necessária para o loop de feedback atual médio interno. O loop atual médio interno determina o desvio mais recente entre a nova referência e o sinal de feedback mais recente e ajusta o ciclo de trabalho da PWM para atender à demanda de energia e corrigir o erro de tensão de saída. A saída numérica de cada loop é verificada com os mínimos e os limiares máximos definidos e, quando necessário, fixados nesses limites definidos pelo usuário para proteger o hardware e impedir a saturação do loop.
Além da implementação básica do controle de modo atual médio, é introduzido um terceiro loop, monitorando e equilibrando a tensão do capacitor voador. Esse loop rastreia o pico de tensão e o vale do capacitor voador oscilante e sintoniza o tempo do PWM para compensar os desvios sobre tolerâncias, carga e temperatura de componentes. O filtro de compensação é baseado em um filtro passa-baixo simples, limitando a taxa de mudança do fator de compensação de erro de balanceamento para evitar oscilações internas durante respostas transitórias rápidas. O fator de correção é então incorporado na saída de loop atual em todos os ciclos de comutação.
Este sistema de controle pode ser ativado/desativado usando o bit de ativação na palavra de status da estrutura de dados do controlador CNPNZ_T.
O código -fonte do Loop de controle é configurado e gerado pelo software PowerSmart ™ - Digital Control Control Library Designer (DCLD).
Este software de design adicional está disponível para download nas páginas do Github:
Depois de instalado, a configuração do controlador pode ser modificada. A configuração mais recente pode ser aberta no MPLAB X® IDE clicando com o botão direito do mouse no respectivo arquivo de configuração de loop de controle 'xxx_loop.dcld' localizado na pasta de arquivos importantes do gerenciador de projetos. Cada loop de controle é configurado em seu arquivo de configuração individual chamado 'v_loop.dcld' para loops de tensão e 'i_loop.dcld' para loops atuais. Ao clicar com o botão direito do mouse, selecione 'Open in System' para abrir a configuração no PowerSmart ™ DCLD.
Consulte o Guia do Usuário do PowerSmart ™ DCLD, incluído no software e pode ser aberto no menu de ajuda do aplicativo.
Nenhuma interface de controle de usuário foi adicionada ao firmware. Qualquer alteração no firmware e a operação fundamental do design de referência, incluindo a reprogramação da tensão de saída nominal, pode ser feita editando os valores específicos de hardware no arquivo de cabeçalho da descrição do hardware 'EPC9148_R10_HWDESCR.H' localizado em 'Project Manager => Cabeçalho/Config'
As configurações do conversor neste arquivo são definidas como valores físicos como Volt, Ampere, Ohm, etc. Cada valor definido é convertido em números binários pelas chamadas macros, no momento da compilação. Assim, os usuários não precisam converter valores manualmente.
Para programar o conversor para fornecer uma tensão de saída nominal diferente do conjunto de 20 V DC por padrão, siga estas etapas:
A configuração para a tensão de saída nominal é definida usando essas define
#define BUCK_VOUT_NOMINAL (float)12.000 // Nominal output voltage
#define BUCK_VOUT_TOLERANCE_MAX (float)0.500 // Output voltage tolerance [+/-]
#define BUCK_VOUT_TOLERANCE_MIN (float)0.100 // Output voltage tolerance [+/-]
As configurações de tolerância acima incluem a resposta transitória em uma etapa máxima de carga. O valor para a tolerância máxima à tensão de saída 'buck_vout_tolerance_max' é observada pelo manipulador de falhas. Se a tensão de saída desviar do valor de tensão de referência mais recente por mais do que o intervalo especificado, o conversor será desligado e um erro de regulamentação será indicado. A fonte de alimentação se recuperará automaticamente assim que a condição de falha for limpa e o período de atraso de recuperação especificado por buck_regerr_recovery_delay, declarado no arquivo de cabeçalho do hardware EPC9148, expirou. A sensibilidade à viagem de falha pode ser ajustada alterando a declaração buck_regerr_trip_delay.
(Os números de linha fornecidos podem estar sujeitos a alterações)
Esses exemplos de código incluem um loop de controle proporcional alternativo, que é comumente usado durante as medições da resposta de frequência da usina. Quando o seguinte define é definido como true, o loop de controle principal comum é substituído pelo controlador proporcional.
app_power_control.c: #define PLANT_MEASUREMENT false
Os controladores proporcionais são, por padrão, instáveis e não são adequados para regular a saída de uma fonte de alimentação em condições operacionais normais. Durante uma medição da planta, é obrigatório que a tensão e a carga de entrada permaneçam estáveis e não mudem.
Para obter mais informações sobre como realizar uma medição da usina de energia, consulte a Seção 6.1 do Guia do Usuário do PowerSmart ™ DCLD.
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