ПИМ - Повторитель импульсов.


Опубликовано: 03/11/19

Повторитель импульсов.

Областью применения проектируемой схемы является построение помехоустойчивых резонансных низкочастотных силовых установок индукционного нагрева. В моменты срабатывания силовых ключей в резонансных LC цепях возникают энергетические импульсы малой длительности фильтрация которых невозможна. Данные импульсы вносят помехи в схемы обратной связи, такие как детекторы нуля либо амплитуды сигнала. В результате ложных срабатываний схем управления, происходят сбои в работе схемы, способствующие выходу из строя силовых ключей, в том числе.

Проект ПИМ в формате diptrace со схемой и разводкой печатной платы доступен по данной ссылке. Эмуляцию работы схемы в LTSpice Вы так же можете скопировать к себе на компьютер.

Проектируемая схема повторителя импульсов получает на входе прямоугольный импульс, определяет его длительность и на выходе формирует аналогичный по длительности сигнал. Для преобразования гармонических сигналов, в схеме присутствует компаратор.

При отключенной подаче энергии от источника питания ПИМ формирует временной шаблон длительности импульса резонансной частоты. Затем включаются ключ, осуществляющий подачу энергии в колебательный контур от источника питания в течении сформированного временного шаблона. При этом работа детекторов в цепях обратной связи игнорируется, ложные срабатывания схем управления происходить не будут. Данный режим продемонстрирован в эмуляции LTSpice.

Алгоритм определения длительности импульса основан на подсчёте количества коротких, эталонных импульсов заданной длительности. В видеоролике показан фрагмент демонстрирующий подсчёт эталонных импульсов. Жёлтый луч - сигнал с генератораю, который преобразуется компаратором в меандр - синий луч. В конце видеоролика добавлены короткие импульсы (бордовый луч), подсчёт которых производится счётчиками импульсов.



Можно предположить, что по спаду фронта исходного сигнала (синий луч осциллографа) включается счётчик импульсов, по переднему фронту сигнала он отключается. Это не так. Отличительной особенностью алгоритма является то, что для определения длительности используется только один фронт исходного сигнала, что дополнительно убирает индуктивные помехи при выключения ключей.

Наглядно демонстрирует алгоритм работы ПИМ игра пинг-понг. Ударом ракетки направляем мячик по направлению к стене. Пока мячик движется к стене, счётчик импульсов увеличивает своё значение. В момент соприкосновения со стеной счётчик импульсов содержит значение количества эталонных импульсов определяющих время движении мячика от ракетки до стены.

Электронным аналогом стены о которую ударяется и отскакивает мяч является передний фронт фронт исходного сигнала. Как только мячик достиг стены происходит его отскок и мяч начинает своё движение в обратном направлении. В это время игнорируются все сигналы обратной связи детектора нуля, счётчик в автономном режиме уменьшает своё значение при поступлении эталонных импульсов с генератора. Пока илдёт уменьшение значение счётчика до нуля, электронный ключ включен, в контур подаётся энергия от источника питания.

В итоге, по достижению нуля будет сформирован импульс длительностью аналогичной исходному сигналу. Мячик на той же скорости и за то же время вернётся к ракетке. Триггер вновь изменяет своё значение и схема переходит в режим подсчёта количества импульсов. При этом нет необходимости обрабатывать передний фронт входного сигнала, аналогом которого является удар ракетки.

Ознакомительный видеоролик работы схема представлен ниже. Данный алгоритм адаптивный и происходит перестройка частоты. Из описание работы алгоритма явно не следует, но схема допускает изменение фазы формируемого сигнала перестройкой компаратором границы срабатывания. В результате возможно определение пика гармонического сигнала.



В конце видеоролика показаны колебания фронта формируемого сигнала. Колебания это разрядностью счётчика и частотой генератора формирующего импульсы. Произведём расчет.

В практической реализации схемы использовано три четырёхразрядных счётчика. Максимальное число импульсов которое может быть сохранено 2^12 = 4096 импульсов. Полное заполнение счётчиков за одну секунду возможно при частоте 4096 импульсов в секунду. Если работа ПИМ будет осуществляться на частоте электрической сети, 50 герц, генератор эталонных импульсов должен быть настроен на минимальную частоту 50*4096=204800 герц.



Длительность временных импульсов устанавливается генератора эталонных импульсов LTC1799. Но колебания переднего фронта, показанные на осциллографе сформированного сигнала показывает недостаточность использования трёх счётчиков для частот в сотни герц.

В качестве генератора эталонных импульсов использован LTC1799, допустима установка и более быстрого генератора LTC6905. Для подсчёта количества импульсов использован счётчик 74f193.

  • Для частоты 50 герц, разрешения трёх счётчиков недостаточно, требуется добавить в схему ещё один счётчик.

  • Установлено, что cчётчик не считает пока в него не завершена запись. Необходимо добавить ещё один одновибратор на логических элементах для формирования сигналов записи ~PL. Это значительно уменьшит время сброса счётчика в ноль и повысит точность формируемого импульса.

  • Для упрощения настроек добавить в схему индикацию переполнения счётчиков.

Повторитель импульсов с автогенерацией.

В предыдущей схеме при определении длительности сигнала резонансной частоты половину периода ключи отключены, энергия источника в контур не подаётся. Это значительно снижает общую энергетическую ценность индуктивной системы в обмен на относительную простоту реализации.

Разрабатывается схема, в которую вводится два режима два режима работы. Первый - режим измерений. В этом режиме определяется длительность импульса резонансной частоты и запоминается в первой группе счётчиков. В режиме генерации резонансной частоты запомненное значение перезаписывается во вторую группу счётчиков и начинается их уменьшение до нуля. По достижению нуля происходит восстановление значения записанного ранее значения в рервую группу счётчиков, цикл генерации импульсов резонансной частоты повторяется.

Проект ПИМ c генерацией частоты в LTSpice Вы можете скопировать по данной ссылке.

Чередование режимов генерации и измерений позволит уточнять и после генерировать непрерывно сигналы резонансной частоты.

Мищук Андрей.
Сбербанк: 5469 3800 8271 1366
energy4all@inbox.ru
Буду признателен за поддержку!
Микроконтроллеры.