Конечно, серия F334 не может противостоять «мощи» таких популярных решений как TMS320F28335 и прочим, но у нее есть одно важное преимущество — стоимость. Старший камень STM32F334R8T6 стоит 5$, имеет на борту необходимый набор периферии (HRPWM, ADC, компараторы) и производительность для построения достаточно мощных преобразователей (десятки кВт) с хорошей надежностью и устойчивостью к отказу.
Для разработчика электроники важна экосистема вокруг того DSP/МК с которым он работает: документация, отладочные средства, примеры кода и железа. У TI все это имеется, да — дорого, да — сложно купить, но есть и именно поэтому в большинстве современных решений в области электропривода и энергетики стоят TMS320. Компания ST же почему-то обошла вниманием серию F334, хотя документация хорошего качество как и на любой STM32 имеется, а вот примеры железа с полноценным кодом и отладочные платы отсутствуют (игрушка F3348-Disco не считается). Что же — будем исправлять этот недостаток.
В своей прошлой статье я рассказал о своем проекте «комплекта разработчика» и даже продемонстрировал один из компонентов — силовой модуль. Сегодня я расскажу о 2-м (всего их будет 3) модуле, который позволяет реализовать любую топологию преобразователя и при этом стоит в разы дешевле конкурентов. Проект разумеется открыт и все исходники можно посмотреть в конце данной статьи.
Идея
Я далеко не первый, кто задумался об использовании некоего универсального модуля на базе которого можно строить различные преобразователи с разными вариантами топологии. Такой подход позволяет иметь одну плату на все случаи жизни и главное — уменьшить количество кода, ведь модуль один и тот же, один раз настроил и забыл.
Давайте теперь посмотрим парочку примеров того, как данную идею уже реализовали другие люди/компании. Приведу всего два примера:
- TMS320F28379D Control card — стоимость 160$. Экосистема отличная, есть отладочные комплексы под нее, но цена… Она небольшая, если вы работаете в зажиточном R&D-центре, а если вы решили собрать UPS для себя или работаете в компании по проще? Да и модуль за 160$ спалить, мне кажется, всем жалко будет;
- VectorCARD К1921ВК01Т — отличное решение, да еще и на отечественном камне
народ в НИИ и ВПКшники ликуют, есть отладочный комплекс в виде частотника, аналог (pin-to-pin) с модулем от ti, но цена — 19 000 руб. Для сурового отечественного индастриала и ВПК дешево, а остальным не очень.
И так, что же хотелось сделать в итоге… Модуль, который можно использовать и как отладочное средство и как компонент в мелкой серии. От сюда ряд требований, которые у меня набрались:
- Наличие HRPWM и быстрого АЦП
- RS-485 на борту
- UART с выходом на разъем для подключения дисплея (совместим с Nextion)
- Реализация аппаратной защиты на логике
- Питание 12В, чтобы использовать один AC/DC на 12В модуль и для «мозга» и для драйверов силовой части
- Стоимость хотя бы в 3 раза ниже стоимости TMS320F28379D Control card, то есть 50$ максимум
- Вход датчика температуры для радиатора
- Парочка GPIO, например, реле дернуть
- Вход и выход сигналов синхронизации, чтобы можно было параллелить работу нескольких устройств
В итоге получилась вот такая структурная схема:
Стоит сразу отметить, что мне удалось еще и значительно снизить стоимость модуля. Заказывал я комплектующие на 5 плат, где компоненты обошли в ~70$, то есть 14$/модуль. Тут правда хитрость — это стоимость всех компонентов, но без печатной платы. Арифметика простая: заказать 5 плат в 4 слоя стоит 80-100$, то есть еще 14-20$ на каждый модуль, согласитесь не гуманно? При количество 100 штук, стоимость платы уже составляет 1,5$/шт, поэтому в обозримом будущем я планирую заказать 100-200 плат (посмотрю как дешевле выйдет) и у желающих будет возможность купить платы в разы дешевле, чем 14$. Те, кому надо 20-30 плат или 100$ вас не смущают, смогут уже сами заказать, благо гербера подготовленные так же будут.
Разработка
В схемотехнике модуля нет ничего сложного и непонятного, для начала предлагаю вам открыть принципиальную схему, чтобы вы понимали о чем речь и я расскажу о том, как структурная схема выше превратилась в готовое решение. Скачать схему можно тут — PDF.
- У модуля есть 1 «основной разъем», где на 12 пинов выведены питание 12В, парочка GPIO, дополнительный UART (вдруг захотите ESP прикрутить), RS-485 и вход/выход для синхронизации устройств;
- Имеется 5 каналов, все они абсолютно одинаковые. На каждый канал выведена комплементарная пара High result PWM (HRPWM), которая позволяет управлять полумостом. Так же 2 канала АЦП для реализации обратной связи по току и напряжению и вишенка на торте — вход ошибки (fault). Например, у вас КЗ в силовой части, компаратор засек превышение тока и выдал лог. 1 в знак аварии, так вот подача «1» на данный вход прерывает работу устройства;
- Сигнал ошибки с входа fault поступает в 2 места: на вход BKIN у микроконтроллера и через инвертор на вход логического элемента AND. Вход BKIN тоже является аппаратной защитой и выключит генерацию ШИМ даже если МК завис, но я захотел перестраховаться и добавил еще логику чтобы она точно разорвала подачу сигнала;
- На модуле в отдельный разъем CWF-4 выведен интерфейс SWD для удобной отладки, а так же на второй разъем выведен UART и питание для подключения дисплея или связи с другими модулями. Сейчас популярны дисплеи Nextion, поэтому разъем под них рассчитан и еще я делаю свою HMI панель с аналогичным способом связи (UART, +5D, GND);
- Плата содержит PHY для интерфейса RS485 с терминирующим резистором и ESD защитой. Выбор на данный интерфейс пал по причине, что он есть где угодно, ибо является промышленным стандартом. Например, вы захотите объединить свой инвертор напряжения с дизелем и будет удобно отправлять/получать команды. Да и в любом ПЛК так же есть RS485;
- Еще установил небольшую энергонезависимую память для хранения настроек или еще чего полезного.
Данная принципиальная схема в итоге превратилась в 4-х слойную печатную плату размером 115х40 мм. В принципе вы можете развести свой вариант в 2 слоя, но габариты вырастут. Мне важно было получить ширину не более 40 мм, чтобы после установки в разъемы PBD общая высота была 47-50 мм — по размеру электролитических конденсаторов 35х50 мм. Выглядит плата следующим образом:
К сожалению когда я заказывал платы, то вместо черной маски указал зеленую — главное фиаско этой ревизии)) Кто не понял как вставляется модуль, то предлагаю посмотреть вот сюда:
На первой картинке так же можно заметить некую плату с кучей разъемов и особо без компонентов. Это что-то вроде «материнской платы» для более удобного прототипирования. Разъемы BH-10 (IDC-10) раздают те самые 5 каналов управления + на клеммники выведены интерфейсы общения и установлен разъем питания. Все это позволяет не колхозить кучу проводов. «Материнские платы» заказывались отдельно, поэтому придут чуть позже и после проверки будут доступные исходники.
Сборка
Как и для прошлого модуля печатные платы были заказаны в PCBway, ребят предоставили бесплатные платы и еще трафарет. Последний существенно облегчил мне жизнь и сэкономил время, 5 плат с 200+ компонентами на каждой были собраны за 1 час. Через 2 недели после заказа мне курьеры принесли вот такую прелесть:
Да, маску я не изменил в бланке заказа, но видимо чувствуя это мне
Трафарет был заказан с рамкой из алюминиевого профиля, т.к. трафаретный принтер у меня имеется, а без рамки его туда не закрепить. Если принтера у вас нет, то заказывайте без рамки: вы сможете нанести пасту (на пару минут дольше провозитесь) и при этом еще сэкономите деньги, т.к. трафарет без рамки весит примерно 400 гр, а с рамкой 1,8 кг. Из-за такого веса вы сразу попадаете на доставку курьером, т.к. почта больше 2 кг не возит, только EMS и платить вам придется на 30-40$ больше, так что учтите. Сам трафарет выглядит вот так:
Теперь необходимо установить плату в принтер и нанести пасту. Тут пара советов. Во-первых, если берете пасту на алиэкспресс, то только 500 гр банки, она в них лучшего качества (видимо хранят ее правильно). Во-вторых, пасту храните в холодильнике. В-третьих, после использования трафарет обязательно вымойте от пасты, обычная губка и капелька моющего (фэри лучше всего) творят чудеса, затем высушите трафарет и после высыхания обмотайте в пищевую пленку, если не будете его использовать больше недели. Наносим пасту на плату:
После нанесения получаем вот такую заготовку:
На данном этапе я перестрахуюсь: удалю пасту для корпуса LQFP-64 под микроконтроллер STM32F334R8T6. Дело в том, что я мог накосячить где-то системе питания и есть вероятность, что +12В попадут на МК и спалят его, а мне не хотелось бы истреблять камни по 5$. Поэтому я запаяю на этом этапе все, кроме микроконтроллера, разъемов и зуммера. Их я установлю уже в ручную после проверки напряжений +3.3В и +5В. Теперь самый скучный этап — устанавливать компоненты, но ничего скоро и домой планирую прикупить себе pick place станок, буду только пить кофе))
Компоненты установлены и теперь отправляем их в печь:
Теперь остается проверить уровни напряжения на выходе dc/dc и если все в норме, то запаиваем оставшиеся компоненты паяльником/феном, идем отмываем плату от остатков флюса и получаем вот такой результат:
Подключаем программатор, например, китайский свисток st-link, но я вам настоятельно советую приобрести фирмовый st-link v.2-ISOL с гальванической развязкой. Тут все как у админов с бекапами: «Одни уже спалили ноутбук и начали использовать изоляторы, другие пока не начали использовать изоляторы». Если ценник на родной st-link вас пугает, то есть вариант вместе с китайским свистком приобрести и модуль изолятора на Али, они обычно реализованы на ADuM-ах. Чтобы не мучиться с цоколевкой при подключении отладчика я сделал шнур для подключения именно этих модулей, теперь точно ошибку при подключение не допустить:
Остается проверить готов ли модуль к работе, читается ли МК, чтобы уже спокойно приступить к написанию кода. Для этого можно установить утилиту STM32CubeProgrammer. Открываем ее, у вас должен определиться ваш отладчик, если вы увидели в правом верхнем углу его id, то нажимаем Connect и если все смонтировано правильно, то увидим id микроконтроллера, ядро, серию самого МК (у меня F334):
Вот и все! Модуль готов к работе и разработке различных преобразователей.
Исходники
- Принципиальная схема — PDF
- Список компонентов (BOM) — Excel
- Gerber-файлы для заказа печатных плат — RAR
- Проект с pinout для STM32CubeMX — IOC
Заключение
Теперь есть 2 модуля для разработки, этого уже достаточно чтобы собрать преобразователь. Конечно будет и 3-й модуль, но без HMI можно жить, а желающие могут приобрести nextion по своему карману. В следующей статье уже можно будет и собрать полноценный преобразователь, реализовать П- и ПИ-регуляторы о которых так усердно просили в комментариях. Для очевидности результатов последующие статьи будут по конкретным топологиям: их разбор, расчеты, прототипирование, код и начну скорее всего с топологии buck и boost, как самых простых и часто встречающихся.
Хотелось бы еще поблагодарить ребят из PCBway, которые помогают с платами любой сложности отличного качества. Благодаря им проект двигается достаточно активно и за пару месяцев мне удалось сделать то, что было лень реализовать предыдущие пару лет.
Надеюсь статья была вам интересна, если у вас заранее есть каике-то вопросы по топологии buck, то вы можете озвучить их в комментариях или ЛС, а я при написании следующей статьи постараюсь на них ответить и тем самым сделать материал полезнее.
Комментарии (91)
oam2oam
24.11.2018 14:58+1Как всегда, интересно. Только одно удивило — почему бы не вывести все 10 каналов управления от HRTIM? Иногда ведь 5 каналов становится мало, а число контроллеров увеличивать не всегда удается (проблемы синхронизации)…
NordicEnergy Автор
24.11.2018 15:10Благодарю) Все 10 каналов выведены, там просто наименование идет HRPWM-CH1A и HRPWM-CH1B, то есть это 2 канала, хотя идут под одной цифрой. Они образуют между собой комплементарную пару (если настроить) и можно задать dead-time, например. Получается, что с данного контроллера можно управлять 10-ю «плечами» или 5 полумостами, при этом независимо каждым ключом тоже можно.
oam2oam
24.11.2018 15:14а, я прочитал Имеется 5 каналов и понял так, что именно 5… тогда все понятно. Мне приходилось и с разных таймеров брать выводы — можно и так, правда уже не хард, а софт, что конечно, хуже.
dernuss
24.11.2018 15:02+1Для этого можно установить утилиту STM32CubeProgrammer.
Ух ты 148 мбайт, не знал о такой утилите.
А чем она лучше STM32 ST-LINK utility ??
NordicEnergy Автор
24.11.2018 15:12+2Новее, умеет прошивать несколько плат разом по jtag и ряд мелочей, более удобная работа с прочитанной памятью, поддерживает stlink v3. Минус один — не поддерживает stlink v1, например, отладку STM32VL-Disco, не критично, но я немного расстроен))
dernuss
24.11.2018 15:14поддерживает stlink v3
опять новость, не знал о существовании stlink v3…
отстал от жизни…
интересно на чем он сделан? нашёл, на STM32F723. Дорогой значит.NordicEnergy Автор
24.11.2018 15:18А он недавно только появился, сам буквально месяц назад увидел. Что внутри не знаю, но выглядит он круто + добавились разные плюшки для отладки. Обещают сделать еще и изолированную версию, тогда возможно куплю, хотя мои задачи и v2-ISOL прекрасно покрывает.
truebest
24.11.2018 15:12Спасибо за хорошую статью. Вопросов по процессу у меня нет. Отличная плата с хорошей расстановкой компонентов для автоматического монтажа получилась.
Меня заинтересовала другая модель, большой платы, с трансформаторами, силовыми ключами, снабберами, фильтрацией, топологией. Расскажите про нее побольше в след статье, буду очень признателен.NordicEnergy Автор
24.11.2018 15:16Всегда пожалуйста) По силовому модулю еще будет статья отдельно. Я в прошлой статье собрал советы и пожелания, многие из них реализовал во 2-й ревизии + поменял разъем на ВН-10, чтобы совместить с модулем управления. Сейчас жду 50 плат с Китая, планирую раздать нескольким тестерам, чтобы получить отзывы по опыту использования.
truebest
24.11.2018 21:16А можно вас расспросить по разводке печатной платы.
Для четырех слойки почему именно так разводили, а не по стандарту внутренние слои под VDD и VCC соответственно?
Ну и почему объединяете аналоговые и цифровые земли, вроде как-бы логично, шим формируется по цифре, а АЦП забирается через оптоинтерфейс или пт?NordicEnergy Автор
24.11.2018 22:241) У меня один внутренний слой (MID2) под землю почти весь выделен, нижний слой под питание, компоненты на верхнем слое — получается, что верхний слой и MID1 экранированы от слоя питания земляным полигоном. Хотя тут можно было как угодно сделать, частоты низкие.
2) Делить землю на аналоговую и цифровую смысла не вижу, у меня не стоит задачи получить на выходе стабилизацию напряжения +-0.1%, а для стандартных +-3% минимальные шумы от цифры погоды не сделают.
3) Силовая часть полностью отвязывается от цифры. Драйвера у меня развязанные (1ED от Infineon), датчики тока я использую развязанные (трансформатор тока или LEM-ы типа LTS25-NP), обратная связь по напряжению развязывается с помощью AMC1301 (или подешевле AMC1100).
DenisHW
25.11.2018 10:50Интересная статья и проект, спасибо.
По поводу печатной платы. Выходит основной земляной полигон для микропроцессора — это верхний слой, а в нем возвратные пути токов для блокировочных конденсаторов не совсем оптимальны (могу ошибаться). Сам я все -таки стараюсь использовать внутренний (второй) слой для земли (неразрывной) и переходными обеспечивать минимальную индуктивность по питанию.
"NordicEnergy Автор
25.11.2018 10:53В других слоях тоже есть земля, которая соединена через via с верхним слоем, так что страшного ничего нет)) Внутренний слой под землю это прекрасно, но где нибудь в цифре, тут же в первую очередь надо минимизировать влияние источников излучения на сигнальные цепи, то есть GND полигон на верхнем слое экранирует, например, от стоящего неподалеку дросселя размером с кулак, которых гадит так гадит.
alex323
24.11.2018 15:13Прочитал вашу предыдущую статью. Шим вы генерите таймером по прерыванию от другого таймера. В подобных вещах настойчиво просится применение связки TIM+DMA. А если включить circular mode, то генерация ШИМ вообще не будет потреблять программных ресурсов, кроме начальной инициализации. Таблицу ШИМ можно править на ходу при необходимости регулировки амплитуды выходного сигнала.
NordicEnergy Автор
24.11.2018 15:22Разумеется! Это обсуждалось в статье самой первой. Моя задача была показать сам принцип работы на пальцах, а дальше уже сами)) Хотя в ближайшее время будет использоваться DMA burst, надо будет отдельно на нем остановиться, а то у многих вопросы с DMA связаны как смотрю.
alex323
24.11.2018 15:42Да-да, по DMA burst было бы очень интересно услышать, мне с ним не все понятно. Я крайне неспешно конструирую частотник на STM32F103C8T6 + FSBB30CH60. У меня как раз связка TIM+DMA. Circular mode не использую, так как необходимо периодически пересчитывать таблицу синуса при изменении частоты.
alex323
24.11.2018 18:20Еще есть момент, который мне непонятен в вашем проекте. У вас на транзисторы VT3 и VT4 подается сигнал половины периода синуса с таймера TIM1. На транзисторы VT1 и VT2 вы подаете ШИМ с отдельных каналов TIM2. В итоге задействованы два таймера, плюс непонятно, как такую конструкцию с DMA подружить.
Почему бы не использовать два канала TIM1 на всю конструкцию? На VT1,VT2 соответственно канал 1 и 1N, на VT2,VT4 канал 2 и 2N. Все гораздо проще получается. В том числе и при переходе на трехфазный выход.NordicEnergy Автор
24.11.2018 18:53Все это колхоз на самом деле. Правильный путь — dc/dc с двухполярным выходом +-400В, потом просто по одному ключу на полуволну. Так и потери динамические ниже, и нет меандра 50 Гц на одном из проводов относительно земли. Это кстати и трехфазного выхода касается. В обоих случаях нейтрально — это средняя точка конденсаторов, она же отвод от середины обмотки трансформатора.
alex323
24.11.2018 19:51Думаю, в трехфазном выходе нейтраль не нужна. Для электропривода даже вредна. Для остальных включений нагрузки можно выбрать треугольник или звезду без нейтрали.
Ashton141
24.11.2018 15:18Добрый день! Здоровская задумка!=) А платки получается можно будет приобрести у вас?
NordicEnergy Автор
24.11.2018 15:20Ага, сейчас обкатаю на этих 5 все компоненты, сделаю 2ю ревизию и закажу штук 100-200. Про возможность купить напишу отдельно, но думаю, что это будет «себестоимость + 50%», то есть 3-4$ ориентировочно.
dernuss
24.11.2018 15:29Хотелось бы еще поблагодарить ребят из PCBway, которые помогают с платами любой сложности отличного качества.
А можно спросить в чем конкретно они помогают или могут помочь?
Просто сам у них заказываю часто. Но помощь пока не потребовалась.
П.С. И ещё, ссылки на gerber файлы можно делать прям на сайте pcbway. Для примераNordicEnergy Автор
24.11.2018 15:45Мне бесплатные платы и трафареты делают для проектов, которые с открытыми исходниками. Я правда только прототипы так получаю, а все что больше 5 плат уже за свои кровные, а то наглеть тоже плохо.
Да, про сию возможность знаю, но туда заливаю только уже обкатанные варианты без ошибок, то есть обычно 2-3ю ревизию. Там вроде даже 10% автору отчисляют, если через его ссылку/страницу проекта заказывают.
AlexanderS
24.11.2018 15:43скоро и домой планирую прикупить себе pick place станок, буду только пить кофе))
Вот живут же люди, а! Люто завидую)NordicEnergy Автор
24.11.2018 15:48Ипотека давно оплачена — можно и с жиру теперь беситься)) А вообще все, что дорогое по оборудованию купил, окупалось за 6 месяцев-1 год. Тепловизор TiS40 вообще за 2 месяца отбился)
x893
24.11.2018 19:04Полностью согласен. Иногда на Indiegogo попадаются очень интересные (и недорогие) устройства. Жду за 16 баксов
www.indiegogo.com/projects/sipeed-maix-the-world-first-risc-v-64-ai-module
Денеги с собой не заберешь в последний путь, а желание потренировать мозг ещё есть.
:)NordicEnergy Автор
24.11.2018 19:56О, выглядит круто)) Надо будет подробнее почитать и может даже приобрести, ценник гуманный прям.
x893
25.11.2018 13:33Да, рассылать уже начали по 15$. Посмотрю.
Хочу на миску для кошачей еды сделать.
Собака съедает и свою и её еду.
Поставлю заслонку и если кошка, то моторчиком открывает.NordicEnergy Автор
25.11.2018 13:52Как пощупаете, может напишите статью?) Буду вам лично благодарен, да и другим наверняка будет интересно. Невольно вспоминается, что человека на Луну отправили на 8-битных железках, а сейчас вон в кормушках для домашних животных производительности в десятки раз больше))
x893
25.11.2018 14:50Меня и заинтересовало, что процессор новый. Вроде как для ИИ специально. Напишу как попробую.
lelik363
25.11.2018 07:12Каким образом тепловизор отбился?
NordicEnergy Автор
25.11.2018 09:16На авито и юле разместил объявление, научился в программке у fluke делать отчеты/заключения. 1 поездка исследовать дом на теплопотери + найти косяки строительства = 10 тыс., тоже самое в производственном помещение 15-40 тыс. Это я не говорю о том, что в моей непосредственно работе (разработка) выросла производительность.
lelik363
25.11.2018 09:34А применительно к непосредственной работе? Можете ли, например, посмотреть распределения тепла по плате?
NordicEnergy Автор
25.11.2018 10:31Конечно, разрешения вполне хватает чтобы измерить температуру отдельного компонента 0603. Для оценки распределения тепла/плотности токов в меди достаточно даже младшей модельки TiS10, там просто отдельно разглядеть можно только 1206, мельче уже разрешения не хватит.
lelik363
25.11.2018 11:02а как боретесь с тем, что отражающая способность различных поверхностей платы разная и плюс к этому внешная засветка, которая влияет на точность показаний?
NordicEnergy Автор
25.11.2018 11:07Так а смысл с этим бороться? Точности +-1 градус (сравнение с термопарой и поверенным вольтметром) более чем достаточно для моих силовушных задач, цифры после запятой это уже скорее для лабораторий, но там и оборудование уже другое.
lelik363
25.11.2018 11:36Это если в конкретной точке смотреть?
NordicEnergy Автор
25.11.2018 11:42Это по всему полю. Единственное условие — фон, на котором производятся измерения, должен быть из одного материала и желательно изначально иметь равномерный нагрев, например, быть комнатной температуры по всему объему. Как я понимаю (могу ошибаться), когда fluke производит автокалибровку и сканирует поле, то он ориентируется на крайние пиксели матрицы (то есть контур у него за «0» берется).
Я для измерений использую пластину 300х200 мм из белой керамики, она для контура отлично подходит: светлая и высокая теплопроводность, а значит температура у нее будет примерно одинаковая во всем объеме, даже если устройство начнет ее нагревать.
x893
24.11.2018 16:23+1Отличная статья и процесс вызывает только положительные эмоции.
Удачи!
Многие боятся выкладывать исходники (я не из них).
Видимо не понимают основ маркетинга :)
Как будут продаваться — обязательно возьму себе для домика в деревне.NordicEnergy Автор
24.11.2018 16:50А чего бояться, кому надо — украдут)) Так же хоть люди посмотрят, может чего полезного найду или заинтересуются темой. Про маркетинг верное замечание, вон Qt открыт и отлично продается.
AVI-crak
24.11.2018 16:34Не, управлять силовыми транзисторами через мк — плохая идея, убыточная. Дело в том что уже есть готовые «аналоговые» чипы для этого дела, и характеристики у них многократно превосходят изделия на мк. Мощность преобразователя — тут самый последний в важности параметр. Главное — режим работы.
Управление через мк ограничено в 60-100кГц частотах переключения силовых каскадов.
А для чипов специально разработанных для блоков питания — доступны частоты 500кГц и выше.
Высокая частота — это прежде всего уменьшение габаритов, и цены.
Далее — более мягкое переключение транзисторов, с длительной поддержкой режима переключения на аппаратном уровне.
Ну и как бонус — снижение порога минимального запаса прочности для всей системы. Экономия в чистом виде.
Где мк можно и даже нужно применять — вторая ступень преобразования электрической энергии. Например выхлоп на трёхфазные двигатели, управляемые силовые линии питания, рекуперация, сбор, распределение и хранение энергии.
Всё это — вяло текущие процессы. Однако сложность алгоритма управления этим процессом — не позволяет задействовать аппаратное решение, слишком много переменных. Вот тут девайс на мк будет очень кстати.NordicEnergy Автор
24.11.2018 16:49готовые «аналоговые» чипы для этого дела
Можно пример готового решения для формирования 3-х фазного синуса? А пример 4-х фазного PFC? А может MPPT контроллер покажите на без МК на 50А или 600В?
Управление через мк ограничено в 60-100кГц
50 кВт на SiC, например, дергают на частотах 70-80 кГц и это считается быстро, а IGBT 1200В обычно 3-20 кГц. Забудь о цифрах 500 кГц в индастриал решениях большой мощности и хоть какой-то надежностью.maybe_im_a_leo
25.11.2018 06:45Зачем вы так голословны про частоты :)
И вообще какая связь между частотами переключения и надёжностью? Может вы имели в виду с эффективностью или EMI. У нас преобразователи вполне на частотах больше 500кгц работают :)NordicEnergy Автор
25.11.2018 09:18Можно ссылочку то на решение готовое на несколько кВт и чтобы 500 кГц?
maybe_im_a_leo
25.11.2018 10:31NordicEnergy Автор
25.11.2018 10:37О частоте там ни слова. 500 кГц если и есть там, то в резонанснике, а это те еще попугаи.
maybe_im_a_leo
25.11.2018 10:47+1Что значит «те еще попугаи»?
Это частота напряжения прикладываемого к трансформатору, т.е. частота переключения транзисторов
Dima_Sharihin
24.11.2018 16:55+1К примеру Totem Pole PFC есть только цифровые, а это самая эффективная из существующих топологий.
Свыше 100 КГц ШИМ бывает — ради этого и используется HRPWM, у Техаса есть рефдизайн корректора от 400КГц до 1МГц на нитриде галлия
maybe_im_a_leo
25.11.2018 10:26+1Там где МК не справляется — надо ставить ПЛИС :)
Не на все есть аналоговые чипы, хотя они да — дешевле и проще для стандартных топопологий. Но если хитрая топология или очень массовый продукт — то путь к ASIC (через FPGA), и цифровое управление оказывается намного проще с точки зрения наладки и поддержки чем аналоговые компенсаторы. (По своему опыту)
Costic
24.11.2018 20:29У вас динамик — электромагнитный с катушкой индуктивности и механическим прерывателем, судя по даташиту. Резисторы у вас R32 и R35 неоптимально выбраны. 100 Ом на базу полностью откроет транзистор, получим ток примерно 200 мА = (3.3 — 0.6)В / 15 Ом, а нужно 80мА. Я б выбрал 2к и 100к + диод обратный. Зря вы диод не ставите параллельно динамику.
Я проводил с подобными динамиками эксперименты. Без диода всплески -18В получал при питании 3В. Кстати, в такую пищалку удобно с внутренней стороны припаять диод 1205 или 0805.NordicEnergy Автор
24.11.2018 22:28Использую сей зуммер достаточно давно и никаких проблем не видел. 200 мА — это при заполнение ШИМа 100%, у меня же с таймера обычно больше 20-30% не выходит, ток RMS соответственно уже около 40-50 мА — по громкости достаточно даже чтобы сквозь корпус слышно было.
На обратной стороне принципиально нет компонентов, чтобы монтаж был дешевле: 1 трафарет, а не 2 + не надо 2 раза в печь загонять + не нужен компаунд чтобы приклеивать компоненты. Сплошная экономия))Costic
25.11.2018 14:23Какая разница какое заполнение. В пике при старте и простое ток 200 мА. Если порт не сконфигурирован, Z состояние, то транзистор открыт, 200 мА течет. Причём транзистор ВС847 рассчитан на 100 мА. И индуктивные всплески добавят «жару». Достаточно посмотреть осциллографом.
Паять диод я советую внутрь корпуса пищалки снизу, там платка удобно стоит.holomen
25.11.2018 15:41+1В пике при старте и простое ток 200 мА. Если порт не сконфигурирован, Z состояние, то транзистор открыт, 200 мА течет.
R35 зачем там стоит? Неужели он настолько маленьким нарисован? ;)
Max-812
24.11.2018 23:43+2Очень странное решение с пайкой прямых PLD по нижней стороне, imho. Разве пайка в отверстия не была бы более надежной, используя те же PLD-R?
NordicEnergy Автор
25.11.2018 15:51С разъемом на самом деле все сложно) Угловые PLD менее жесткие, то есть 100% нужно еще винтов крепить или впаивать намертво в плату, что для макета не лучшая идея. Варианта у ti и использованием DIMM-100 мне нравится, но их не так легко купить, а PLS любой желающий точно найдет даже в деревне. Можно повернуть плату и горизонтально на плату ставить, но мне так меньше нравится.
Буду очень рад, если кто-то посоветует толковый и легко покупаемый разъем, чтобы достаточно надежно в плату вертикально втыкать модуль.Dima_Sharihin
25.11.2018 18:10Видел в одной железке обычную гребенку с шагом 2.0 миллиметра. Главное, что разъем занимает всю длину платы, да и плата невысокая (порядка 2.5 сантиметров шириной и 5-6 длиной), поэтому эффекта рычага не получается. В продакшене запаивается не сокет, а этот разъем сразу в отверстия
Ну и сами TI уже похоронили DIMM-100, теперь у них не менее фееричный HSEC120, который монтируется планарно, а не в отверстия.
maybe_im_a_leo
25.11.2018 06:40Да, STM32F334 — прикольный чип для силовой электроники. Только иногда по ресурсам (память и флешка) его бывает маловато. Но у них на подходе новое семейство — STM32G4, тоже с hi-res PWM, но с начинкой помощнее. Лежит на столе инженерный семпл, никак руки не дотягиваются покрутить)
NordicEnergy Автор
25.11.2018 09:20Есть STM32H743, его хватит всем)) Правда по цене уже больше 10$ выходит.
dernuss
25.11.2018 11:37О, на h743 у меня был проект один, но он дорогой, 23$ вроде и либы ещё сыроваты
NordicEnergy Автор
25.11.2018 11:45Ага, там и либы с косяками и сам МК сыроват в плане железа (а может фича?). Особо удивило, что если используется DMA с обращением к ядру, то надо кэш отключать, а то скорость доступа к ядру и ОЗУ внутреннее какая-то мизерная становится. В итоге не решился ставить пока их в проект, хотя мелкую платку-отладку себе сделал для тренировки.
dernuss
25.11.2018 11:53Да с кешем там что то намудрили. Я долго разбирался, и кажется ещё не до конца понял. Но проект уже закончен)
Fleischmann
25.11.2018 09:21Не рассматривали вариант с STM32L432Kx? Собирал на ней источник тока для гальваники: 3 фазы на первом таймере и реверс на 15-м.
NordicEnergy Автор
25.11.2018 09:22Я L-серию никогда не рассматривал, если честно думал, что там все для портативки с минимизацией энергопотребления. Чуть позже гляну, посмотрю чего интересного туда поставили)
CybSys
25.11.2018 11:01Здравствуйте, друзья, коллеги.
Хочу вас предостеречь от доверия к автору поста, может он и разбирается в электронике, но вот как человек, совсем никакой.
Не так давно я сделал ему заказ на разработку и изготовление одной платы для импульсного источника питания, после получения двух частей проплаты (из трех), он просто пропал, и не готового устройства, не денег… Да, сам виноват, доверился… Вот из за таких перестаёшь доверять людям…segment
25.11.2018 12:31Так у вас договор то был? Да даже если нет, то, если деньги переводили на карту ему лично, то пишите заявление.
CybSys
25.11.2018 12:41Договор заключать не стали, доверился. Деньги можно было вернуть в течении суток после перевода, а прошло несколько недель между переводами.
Так как этот ресурс очень хороший и имеет большую проходимость, автор поста ищет таким образом себе потенциальных клиентов, которые по незнанию могут к нему обратиться и так же как и я обжечься.
QuaziKing
25.11.2018 20:48Отличная статья. Ждем третью часть.
Просьба: эта статья читается не только спецми, но и начинающими вроде меня. Некоторые абревиатуры не знакомы. Скажите пожалуста, что такое:
HRPWM, ESP («вдруг захотите ESP прикрутить»), вход BKIN у микроконтроллера, HMI (без которого можно жить, но не понятно насколько хорошо :) ).
Для таких как я, это направления для дальнейшего изучения.
Спасибо.holomen
25.11.2018 21:09Для таких как я, это направления для дальнейшего изучения.
А это для саморазвития домашнее задание если непонятно что это такое. )))
А то тругим будет непонятна бОльшая часть слов в предложении
online UPS, работают под управлением DSP/МК или ASIC.
тоже подробно расписывать то это такое? ;)
Dima_Sharihin
25.11.2018 21:23HRPWM — High Resolution Pulse Width Modulator.
ESP — ESPressif ESP8266 или ESP32
BKIN — Break Input, иногда его называют Trip Zone
HMI — Human-Machine Interface
NordicEnergy Автор
25.11.2018 21:38Понял, в следующих статьях учту))
1) HRPWM — это High result PWM или ШИМ повышенной разрядности. Если по простому, то это обычный ШИМ, только на мельдонии. Например, обычный ШИМ может обеспечить 100 шагов регулирования, то есть значение коэффициента заполнения изменять с шагом 1%, а при прочих равных условиях HRPWM позволит получить шаг 0,2%. Получим более плавный шаг регулирования, а значит меньшие пульсации тока и напряжения на выходе.
2) ESP8266 — модуль Wi-Fi, думаю вы про него слышали
3) BKIN — break input, что он делает описал в статье — выключает генерацию управляющих ШИМ сигналов независимо от ядра микроконтроллера.
4) HMI — human machine interface, то есть кнопки, дисплей, крутилки и прочее что позволяет человеку управлять машиной.QuaziKing
26.11.2018 03:42Спасибо за исчерпывающий ответ. :) Собственно расшифровки было бы достаточно (я уже прочитал reference guide по ссылке ребят. понял что это такое). Про HMI стало все ясно из расшифровки. Про BKIN тоже почитал — все понятно стало. Про модуль — теперь услышал.
Спасибо еще раз.
P.S. Моя я специализация по жизни — программист. Хороший, востребованный, но электронникой увлекающийся в качестве хобби. Образования специального по теме нет. Все самоучкой :) Такие статьи — на вес золота, как отправная точка для дальнейшего копания «чисто для себя».NordicEnergy Автор
26.11.2018 12:19Я такой же веб-программист)) Ни образования, ни опыта нормального, но задачи мелкие решать надо да и интересно, поэтому прекрасно понимаю ценность статей базовых и стараюсь писать почаще.
Dima_Sharihin
Ну это уже порядком старый процессор, если уж на то пошло. Если сравнивать современные решения, то обратите внимание на TMS320F280049: два ядра (C2000(FPU+TMU) + CLA), пять компараторов, три S/H 12bit 3MSPS, навороченнейший HRPWM модуль, входы для дельта-сигма модуляторов, куча eCAP-модулей, PGA и все за 5.85$ в корпусе LQFP-64.
А тут вы позарились на самый дорогой процессор в семействе (который сравнивать с STM32 банально некорректно). Не удивительно, что отладка стоит дорого. Вообще все эти controlCARD хороши только тем, что позволяют их напрямую втыкать в отладку от TI. В реальности же ни набортный JTAG, ни тонны переключателей в железке не нужны. Схема для подобного МК рисуется за один день тупо передирая блоки из той же controlCARD и почитывая даташит на микросхему.
NordicEnergy Автор
Да я привел в качестве примера что первое в голову пришло. На 28335 тоже есть control card, ценник так не сильно меньше, помню что больше 80$ точно, тоже не бюджетно.
На сайте ti при партии 1000 штук, в розницу уже 9,5$, а stm стоит 5$ в розницу. Разница в 2 раза существенна. Да и 28049 не купить, на digikey нет, а на всяких LCSC и подавно. Значит покупать человеку придется в каком нибудь Компэле или Электронщики за х2 цену.А я про это писал, что по «мощи» это разные уровни.
Можно, но если ты понимаешь, что вообще делаешь. Если не до конца понимаешь и опыта мало, то эта «перерисовка» из reference design с выкидыванием лишнего приведет к проблемам и бабахам.
gosha-z
Отвечу тут, чтобы далеко от дельфинариума не уходить: есть же Launchpad на том же 379D, причем c изолированным 100v2 на борту и по вполне приемлемой цене $33.79.
Dima_Sharihin
Да, ланчпады реально стоят дешевле, но у них формфактор не предполагает, чтобы их втыкали в большую плату.
Хотя есть комплекты именно ради них, вроде boostxl-3phganinv.
Ну и да, xds100v2 — это тормоза, тот же xds110 куда веселее
NordicEnergy Автор
Тут можно биться вечно в попытках понять что лучше)) Я не ради выяснений задумал проект. Экосистема у ti хороша, хочется сделать что-то аналогичное для st, все таки для большинства они более «родные» и порог вхождения ниже.
P.S. интересно на хабре, когда писал про 28027 в комментах рассказывали, что ti шлак — надо st, теперь написав про st говорят надо в ti)) Это так, просто замечание интересное.
Dima_Sharihin
Ну 28027 — это такое "дешево и сердито". Процессор без FPU 2018 году — это грусть. ePWM модуль там тоже простоват, многих плюшек не реализуешь аппаратно (чего стоил кошмар из реф.дизайна HVPSFB с десятком NOP и простыней на ассемблере). Между F28027 и STM32 я бы тоже выбрал второй (наверное, я не читал доку не STшный ШИМ-модуль, если он там такой же, как у F4 — то это слезы и боль).
NordicEnergy Автор
F334 (и с недавних пор H743) — это единственные камни с адекватным блоком ШИМ, мне лично только аппаратного сдвига фазы не хватает. 28027 сравнивали с F334 — ибо по цене они одноклассники, а так да — сравнивать F334 в плане функционала хотя бы со средней линейкой типа F28069 уже смысла нет.
gosha-z
Для апологетов ARM есть NXP с их KV5x серией :)
NordicEnergy Автор
Ага, обсуждали их и меня даже подбили купить самый старший KV5)) В принципе камень отличный и документация шикарная, но за такую цену (стоит как H743 около 20-25$) лучше уже брать TMS. Плюс у NXP/Freescale слишком уже адовая среда разработки, просто мутант громоздкий!
gosha-z
Это про MCUXpresso?
voted
Ухты, узнал о поставщике компонентов LSCS, который шлёт в Украину, и не как DigiKey (заказ на 18$ для хобби поделки, и доставка в $250 сверху), а адекватно.
Спасибо!
NordicEnergy Автор
Пожалуйста) Еще многие производители вполне охотно раздают семплы или прямо у себя на сайте продают, например, TI store. Цены как на digikey или дешевле, а доставка 7$ и едет 4-7 дней. На Украину тоже отправляют, знакомые без проблем выписывают оттуда микросхемки.