. : New eShop! - Mobilní verze - Pandatron.cz - Pandatron.sk - Diskuzní fórum - Zakázkový vývoj : .
 
Referenční návrh UPS s dsPIC
14. prosince 2011 - 8:38 | Pandatron | Referenční návrh UPS s dsPIC | Komentářů: 8  

Referenční návrh UPS s dsPIC

UPS, zálohovaný zdroj napájení, poskytuje alternativní zdroj elektrické energie pro připojená zařízení ve chvíli výpadku primární zdroje. Tedy nejčastěji rozvodné sítě.

Tzv. Offile-UPS, které jsou hlavním předmětem referenčního návrhu, je schopnost zajištění okamžitého proudu do připojeného zařízení, které tím zároveň chrání a umožní jim správné vypnutí bez rizika ztráty dat. Samozřejmě se nejedná o trvalý zdroj proudu a tak jsou všechny UPS obvykle navrženy se schopností zálohování po dobu obvykle v rozmezí od 15 do 20 minut. Samozřejmě použití UPS je prakticky neomezené, ovšem v posledních letech se z nich stal velice populární prostředek ochrany počítačů a telekomunikačních zařízení, a s tím související ochrana před poškozením hardwaru a ztrátou dat.

Typické aplikace UPS
UPS systémy lze dnes ovšem nalézt v celé řadě různých průmyslových aplikací. Nejčastěji se dělí na systémy s malým výkonem pro běžné aplikace nebo osobní počítačové systémy, na systémy se středním výkonem pro zdravotnická zařízení, záchranné systémy, archivace dat a nouzové systémy a na UPS s vysokým výkonem, používané nejčastěji pro zálohování telekomunikačních systémů, průmyslových zařízení a on-line řídicích systémů. Pro každou jednotlivou aplikaci je nutné zvážit základní parametry. Jako příklad zálohování nouzového osvětlení a podpůrné systémy mohou vyžadovat provoz po dobu alespoň 90 až 120 minut. Naproti tomu zálohování většiny počítačů stačí na dobu 15-20 minut, tedy dostatečnou dobu pro uložení rozdělané práce a vypnutí. Pokud během této doby dojde k obnovení dodávek primární energie, je proces zálohy standardně ukončen.

U větších systémů a především různých technologických zařízení bývá nutné použití větší napájecí baterie. Ta obvykle zajistí dostatek času, potřebného pro spuštění druhotného zdroje energie, jako jsou například dieselové generátory.

Základní druhy UPS systémů
Typické UPS pro oblast počítačové techniky tvoří čtyři základní ochranné funkce: schopnost vyrovnání předpětí, vyrovnání podpětí, překlenutí úplného výpadku elektrické energie a zásadní změnu frekvence proudu. Dnes jsou nejčastěji k dispozici tři základní typy UPS systémů, dělených podle toho, jakým způsobem je v nich elektrická energie uložena a jak je distribuována k připojeného zařízení:

  • Offline UPS (známé také jako Stand-by UPS)
  • Line-Interactive (nebo také kontinuální UPS)
  • On-line UPS (obvykle s dvojí konverzí napětí)

OFFLINE UPS
Offline-UPS (viz obr. 1), pracuje n principu přesměrování elektrické energie z AC vstupu do zařízení a v případě výpadku pouze přepne na napájení z baterie. Výhodou je jednoduché a levné provedení. Nevýhodou pak doba, která je pro přepnutí potřeba, která se obvykle pohybuje kolem několika milisekund. V tomto intervalu není na výstupu přítuomné žádné napájecí napětí.


Obr. 1: Blokové schéma Offline-UPS

Line-Interactive UPS
Line-Interactive UPS (viz obr. 2) pomocí relé přepíná elektrickou energie k baterii nebo k zátěži. Pokud je k dispozici primární zdroj energie, je baterie nepřetržitě nabíjena. Schopnost regulace výstupního napětí v klidovém stavu je však prakticky nulová. Jakmile dojde k výpadku napájení, přepínač změní směr toku proudu z akumulátoru do zátěže (s využitím akumulované energie). Díky těmto vlastnostem je však tento typ UPS o něco dražší.


Obr. 2: Blokový diagram Line-Interactive UPS

On-line UPS
On-line UPS (viz obr. 3) kombinuje dvě výše uvedené technologie do jediného systému s tím, že jak vstupní usměrňovač, tak i hlavní měnič systému zde pracuje nepřetržitě. Stejně jako v případě předchozího typu je i zde zajištěno okamžité přepnutí na záložní akumulátor, bez výpadku výstupního proudu. Občas je součástí také tzv. bypass přepínač, který se uplatňuje ve chvíli selhání nebo přetížení výstupu.


Obr. 3: Blokový diagram On-line UPS

Systémová specifikace
Uvedený referenční design vychází z aplikační poznámky společnosti Microchip a představuje návrh Offline UPS s použitím spínaného zdroje (SMPS) a dsPIC® (Digital Signal Controller - DSC).

Celý dokument je rozdělen do tří hlavních kategorií:

  • Push-Pull Konvertor – Zvyšuje nízké napětí DC akumulátoru na konstantní hodnotu vysokého DC napětí
  • Full-Bridge Měnič – Stejnosměrné napětí převádí na sinusové výstupní AC
  • Flyback Switch Mode Charger – Zdroj proudu pro nabíjení zálohovacího akumulátoru

V následující tabulce jsou uvedeny údaje vstupních a výstupních hodnot.


Tab. 1: I/O specifikace

Referenční návrh 1 kVA Off-line UPS
Off-line UPS systém na obr. 4 podporuje dva provozní režimy: v pohotovostní režimu a v režimu UPS. Pokud je na vstupu k dispozici dostatečně velké střídavé napětí, nachází se celý systém v pohotovostním režimu a to až do doby, kdy dojde k výpadku. V pohotovostním režimu dochází zároveň k nabíjení a udržování plně nabitého zálohovacího akumulátoru. Po tuto dobu pracuje měnič jako jednoduchý IGBT usměrňovač, využívající anti-paralelní diody. Flyback regulátor tvoří zdroj proudu pro nabíjení akumulátoru.

Jakmile dojde k výpadku vstupního AC napětí, přepne se celý systém do režimu UPS. V tomto režimu je relé DPDT rozepnuté a zabraňuje tak toku proudu zpět do vedení. Push-pull konvertor převádí napětí baterie na 380 V DC. Takto vysoké stejnosměrné napětí se dále pomocí střídače s LC filtrem převádí na čistý sinusový výstup s nominální hodnotou 220/110 V AC, které se vede k připojené zátěži. Celé přepnutí přitom netrvá déle než 10 ms, tedy polovinu jedné sinusové periody.


Obr. 4: Blokové schéma referenčního návrhu Off-line UPS

Dále si můžeme zhruba představit jednotlivé základní bloky UPS.

Konvertor Push-Pull
Z následujícího obrázku je patrné, že k realizaci řídicího algoritmu je potřeba měřit hodnotu výstupního DC napětí (UDCM). Řídicí signál EPP je výsledkem funkce jak výstupního napětí, tak i teplotního čidla měřícího teplotu chladiče a primárního proudu (IP), chránícího výkonové obvody měniče například v případě poruchy transformátoru. Výstup z DSC dsPIC má podobu PWM signálu s pulsním řízením výkonových spínačů.


Obr. 5: Zjednodušené schéma Push-Pull konvertoru

V následující tabulce je uveden přehled použitých prvků a pinů z obvodu DSC dsPIC v obvodu push-pull převodníku.


Tab. 2: Přehled použitých prvků a pinů z obvodu DSC dsPIC v obvodu push-pull převodníku

Full Bridge Invertor
Blokové schéma Full Bridge invertoru je na následujícím obrázku. Opět je základem algoritmu znalost aktuální hodnoty výstupního AC napětí (ACO). Rovněž se zde pracuje s hodnotou výstupního proudu (I), který zabraňuje přetížení a poškození měniče. Přítomnost napětí rozvodné sítě se zjišťuje měřením (ACI) napětí.

Relé K2 a signál A2 odpojují výstup rovněž v případě poklesu napětí, kdy by mohlo hrozit poškození připojených spotřebičů. Naopak signál A1 a relé K1 zajišťuje funkci plynulého náběhu, který omezuje proud do připojeného usměrňovače a filtračních kondenzátorů.

Signál FLT_CLR slouží k resetu řídicího obvodu ve chvíli, kdy je v systému detekována chyba. FAULT/SD a SYS_FLT umožňují vypnutí řídicího obvodu, případně detekci vzniklé poruchy. Podrobný popis funkce a významu těchto signálů je dostupný v technické dokumentaci uvedených budičů (IR2214).


Obr. 6: Zjednodušené schéma digitálního Full Bridge invertoru

V následující tabulce je uveden přehled použitých prvků a pinů z obvodu DSC dsPIC v obvodu Full Bridge invertoru.


Tab. 3: Přehled použitých prvků a pinů z obvodu DSC dsPIC v obvodu Full Bridge invertoru

Flyback regulátor a nabíječka
Blokové schéma na následujícím obrázku ukazuje jednoduchý analogový obvod, určený pro nabíjení zálohovacího akumulátoru. Zde jsou nutné celkem čtyři signály: EFB pro povolení topswitche, Ib pro měření nabíjecího proudu baterie, Ub pro měření napětí baterie a IREF jako referenční hodnota pro výstup PWM4L.


Obr. 7: Digitální Flyback regulátor pro nabíjení akumulátoru

V následující tabulce je uveden přehled použitých prvků a pinů z obvodu DSC dsPIC v obvodu Flyback regulátoru.


Tab. 4: Přehled použitých prvků a pinů z obvodu DSC dsPIC v obvodu Flyback regulátoru


Obr. 8: Výsledná deska referenčního návrhu Offline UPS

Více informací k tématu referenčního návrhu UPS, včetně podrobné dokumentace uvedených bloků a výpočtu hodnot součástek, je k dispozici v uvedené aplikační poznámce společnosti Microchip.

Odkazy & Download:
Domovská stránka firmy Microchip
Přehled distributorů

Offline UPS Reference Design Using the dsPIC® DSC
Informace o obvodu dsPIC33FJ16GS504
IR2214 - 1200V Half Bridge Driver IC for Power Switching Applications
LM5575 - SIMPLE SWITCHER® 75V, 1.5A Step-Down Switching Regulator







GooglePlus1 FaceBook Twitter del.icio.us DiGG Google StumbleUpon Google Buzz Email RSS PDF Tisk

Komentáře (8):

Zobrazit starší 30 dnů (8)...

host
8. Dne 20. 12. 2011 v 00:04 zaslal host
Bez titulku
pěkný článek...


Název příspěvku: Vaše jméno: host
                 
  Zakázat formátování [Zakáže kódování a nahrazování smajlíky.]
Připojit soubory
reklama:
WiFi moduly WizFi250-H
WiFi moduly WizFi250 přinášejí snadné a rychlé připojení libovolné aplikace do internetu, nebo vytvoření vlastního AP.
Skladem od 640 Kč

Informace uvedené v článcích jsou platné v době jejich vydání a samotné články jsou určeny pouze jako zdroj informací. Autor článku ani správce webu nenesou žádnou zodpovědnost za případné újmy na majetku a zdraví. Názvy společností a výrobků, loga a další multimediální materiál mohou být ochrannými známkami příslušných společností.
RSS kanály: | |
+420 723 846 377
info@pandatron.cz
Všechna práva vyhrazena | mobilní verze | © Copyright 2000 - 2016 ISSN 1803-6007