Средства и методы разработки

Размышлизма о построении программно-управляемых блоков питания с предельными параметрами. Навеяно постом General о дешевых мелких трансформаторах -> http://caxapa.ru/590309.html
Исходные данные: * входное напряжение 6:1 * мощность - 10..50Вт (дизайн рассчитан на определенную мощность из диапазона) * емкость вход - выход 10-20 пф (чтобы помехи сети мало лезли на выход) * напряжение развязки вход-выход - 3 КВ * махонькое и недорогое. Применения: * сетевой блок питания со сходным напряжением 90-400 V AC с коррекцией к. мощности (пусть не до 0.9, но некоторой коррекцией) * питание бортовой электроники от бортового аккумулятора всегда и везде - от "убитый аккумуллятор УАЗика на морозе" (6-8В) до "регулятор напряжения на КАМАЗе оборвался" (под 50В на полувыкипевшем аккуме) Основные элементы дизайна. Трансформатор - две неперекрывающиеся обмотки на кольце. Даст и гарантию зазора, и малую емкость. Но даст и приличную индуктивность рассеяния. Транс двухтактный для повышения удельной мощности. Лично мне известно ровно две схемы, который могут утилизировать эту индуктивнось рассеяния с пользой * прямоходовик ZVS * Мост ZVS с фазовым управлением и выпрямителем с удвоением тока на выходе (можно и без удвоения) [желающие курят материалы семинаров Unitrode на сайте TI]. Обе схемы достигают КПД 90% и выше. Обычный ZVS - это, в целом, шаманское устройство. В котором слишком дофига предположений о свойствах моточных элементов, чтобы все работало как надо - это если мы хотим иметь всегда высокий КПД и всегда быть в ZVS. Хорошо бы иметь программное управление ZVS, которое бы четко отслеживало все параметры схемы, и подстраивало режимы работы под нагрузку, разброс параметров элементов и проч. Выбор компонентов. Топик, на который есть ссылка в начале, подарил чудный набор маленьких и дешевых трансформаторов для управления полевиками. Так что эта часть вопроса закрыта. Хорошо бы управление построить на ПЛИСке - чтобы сформировать идеальные управляющие сигналы для всех элементов схемы. К счастью, у нас есть хороший выбор ПЛИСок с невысокой ценой, малым потреблением и приличными ресурсами. ПЛИС семейства iCE40 от Lattice (чтоб им в аду гореть за такие корпуса !!!) ICE40UL1K-CM36AI - 100 : 1.74, IC FPGA ULTRA 1.2V 36UCBGA 0.4mm - самая зачетная ПЛИСка для рассматриваемых целей. Если забыть про корпус. ICE5LP1K-SWG36ITR50 - 50 : $3.00, IC FPGA 26 I/O 36WLCSP 0.35mm 16 x 16 Multiply & 32 bit Accumulator Blocks 2 - крутая ПЛИСка, даже MAC & ALU в ней есть, но корпус "чтоб ты здох" ICE40HX1K-TQ144 - 100 : $4.57 IC FPGA 96 I/O 144TQFP - тренировочная плиска, удобный корпус, но нет встроенного генератора и жрет заметно больше первых двух. ICE40LP1K-CM81 - 100 3.83 IC FPGA 63 I/O 81CBGA (4 x 4mm, 0.4mm) - маложручая ПЛИС предыдущего поколения ICE40LP1K-CB121 - 100 4.37 IC FPGA 95 I/O 121CSBGA (6 x 6mm, 0.5mm) - наименее стремный BGA корпус из описанных в этом разделе. Выбрано именно это семейство, т.к. от ПЛИС ничего сверхъестественного не требуется, нужны дешевизна и маложручесть. Приятным бонусом всех вариантов, кроме ICE40UL1K, является наличие LVDS входов, что позволяет использовать их как компараторы для отслеживания процессов в силовой части (с дополнительными аналоговыми цепями, конечно же). Теперь рассмотрим процессор. CF вне конкуренции по соотношению цены, наличию внешней щины и фич, но похоже, что Фрискалики, особоенно после продажи-слияния, начинают терять к ним интерес. Цены выросли, не все виды можно курить прямо с сайта. Абыдно - с учетом того, что семейство и так экзотическое. MCF51QU32VHS 10000 : $1.37, 44-pin QFN 5x5, 32 FLASH, 8 SRAM, 16 FlexNVM (типа EEPROM), FlexRAM 1 (доп. ОЗУ на шине), без крипто, 12 бит АЦП, 12 бит ЦАП, внешняя шина 8 бит, Vref, 2 компаратора MCF51QU64VHS 10000 : $1.53, 44-pin QFN 5x5, 64 FLASH, 16 SRAM, 32 FlexNVM (типа EEPROM), FlexRAM 2 (доп. ОЗУ на шине), остальное так же MCF51QU128VHS 10000 : 1.73, 44-pin QFN 5x5, 128 FLASH, 32 SRAM, 32 FlexNVM (типа EEPROM), FlexRAM 2 (доп. ОЗУ на шине), остальное так же MCF51JU128VHS 100 : $2.39 (при покупке напрямую на сайте) 44-pin QFN 5x5, 128 FLASH, 32 SRAM, 32 FlexNVM (типа EEPROM), FlexRAM 2 (доп. ОЗУ на шине), остальное так же + USB + I2S NUC100, NUC120 Nuvoton Technology Corporation в корпусах 64LQFP, в цену от $2 можно получить на 1000 партии. SiLabs (Energy Micro) тут как тут EFM32G280F32-QFP100 1000 : $2.26 EFM32G280F64-QFP100 1000 : $2.30 EFM32G280F128-QFP100 1000 : $2.78 LQFP100 Cortex-M3 32 MHz, 128 FLASH, 16 SRAM , 12-bit 1 Msps ADC, 12 bit DAC 500 Ksps, еррата есть. Еще много интересных проциков и компонентов для них описано в постах http://caxapa.ru/502865.html http://caxapa.ru/504754.html http://caxapa.ru/505078.html http://caxapa.ru/504719.html - дешевые PICи в мелких корпусах http://caxapa.ru/504754.html - аналогично Датчик тока - непревзойденные Si85XX UNIDIRECTIONAL AC CURRENT SENSORS Грубо - 1$ в опте. Сдвоенный драйвер полевика MIC4427YMM TR 2500 : $0.49 как раз для управления трансформатором, который, в свою очередь, управляет затворами. На выходе, после вторички, стоит step-down для получения точного выходного напряжения. Вообще говоря, оптрон обратной связи можно и не ставить. Ну или поставить такой оптрон на выход UART мелкого пика - чтобы он передавал 8 бит выходного напряжения, скажем. Подводим итоги - сколько будет стоить блок управления такого чуда. * мелкий PIC для общего управления по питанию блока управления - начальный пускач и все такое - $0.5 * мелкий PIC для передачи данных о выходном напряжении - $0.5 * трансформаторы для затворов - 2*$1 = $2 * драйверы для трансформаторов - 2*$0.5 = 1$ * Датчик тока первичной обмотки трансформатора - 1$ * MCU - $2.5 * ПЛИС - $4 * АЦП для измерения тока первички (3 бит 3 MSPS - есть такие!) - $1 * оптрон цифровой TLP2200(TP1,F) 2 мбита теоретически, - $1 с запасом Итого имеем 0.5+0.5+2+1+1+2.5+4+1+1= $13.5 за очень и очень навороченный блок управления, для которого главное - создать алгоритмы. Хорошие микрухи для фазового управления от TI стоят $10 :)