Семинар "Цифровое и аналого-цифровое управление импульсными преобразователями электроэнергии"

Уважаемые коллеги!

Мы рады пригласить Вас на семинар «Цифровое и аналого-цифровое управление импульсными преобразователями электроэнергии», который пройдет 25-26 ноября в рамках выставки «Силовая электроника» .

Место проведения: КрокусЭкспо, МКАД, 66 км, г. Красногорск, Московская область, станция метро "Мякинино"

Дата проведения: 25-26 ноября 2014

Время проведения:

25 ноября: 10.00 - 18.00 основная часть семинара

26 ноября: 10.00 - 14.00 основная часть семинара, 14.00 - 18.00 осмотр экспозиции выставки

Регистрация участников с 09.00 до 10.00

Докладчик семинара:

Александр Продич (Aleksandar Prodic) - профессор Университета Торонто, кафедра ЕСЕ, Канада.

Краткое описание

На семинаре будут представлены методы построения и реализации цифро-аналоговых систем управления высокочастотными DC-DC и AC-DC преобразователями электроэнергии с новыми свойствами. Будут рассмотрены современные и новые топологии преобразователей, работающих на частотах переключения от нескольких сотен килогерц, которые используются в широком диапазоне мощностей, начиная от долей ватт.

Аннотация

DC-DC и AC-DC импульсные источники питания (switch-mode power supplies – SMPS), вносят большой вклад в общий объем, массу и стоимость практически всех электронных устройств. В коммуникационном оборудовании и цифровых системах управления преобразователи электроэнергии занимают от 20 до 80% от общей массы и объема.

Источники питания традиционно разрабатываются на основе достаточно известных схем понижающего, обратноходового или повышающего преобразователя и аналогового контроллера, который, как правило, выполнен в виде интегральной микросхемы. Другие узлы, такие как драйверы затворов, цепи датчиков и/или силовые ключи часто также интегрируются в микросхему. В приложениях, рассматриваемых на семинаре, до настоящего времени преимущественно использовалось аналоговое управление, главным образом из-за его меньшей стоимости.

Семинар представит появление цифровых и смешанного типа контроллеров более эффективных с точки зрения построения аппаратных средств, которые по сравнению с традиционными решениями, обеспечивают такие свойства, как большую гибкость, оптимизацию КПД, работу «plug and play» и лучшее качество переходного процесса. Будет показано, что эти особенности приведут к значительному снижению объема выходного конденсатора SMPS, повышению его надежности, а также к упрощению построения всей системы. Также будет показано как гибкие свойства и вычислительные возможности новых контроллеров могут быть использованы для создания новых топологий преобразования мощности. Это позволит в дальнейшем увеличить удельную мощность SMPS, одновременно улучшая КПД.

Семинар состоит из пяти основных разделов. В первом будут представлены требования к перспективным преобразователям, обзор современного уровня технологий и анализ проблем, относящихся к эффективному применению высокочастотных цифровых и смешанного типа контроллеров.

Второй раздел показывает принципы разработки цифровых контроллеров, эффективно работающих в составе SMPS. Будут представлены архитектуры функциональных блоков контроллеров, а также современные конструктивные исполнения на одном кристалле.

В третьем разделе представлены перспективные контроллеры для маломощных высокочастотных DC-DC и AC-DC SMPS. Контроллеры обеспечивают оптимальный переходный процесс при возмущениях, а также включают в себя такие функции, как самоподстройка, быстродействующая оптимизация КПД и обеспечивают работу с нечувствительностью к неисправностям. В качестве примеров представлено несколько решений, позволяющих интегрировать разные узлы в одной микросхеме.

В четвертом разделе показано несколько DC-DC и AC-DC топологий преобразователей, обеспечивающих высокий КПД и высокую удельную мощность конструкции. Будут даны как традиционные, так и нетрадиционные принципы построения топологий с высокой удельной мощностью и несколько примеров разработок, опирающихся на использование смешанного принципа управления при новых методах проектирования.

В пятом разделе рассмотрены корректоры коэффициента мощности (ККМ) с высокой удельной мощностью и смешанным управлением. Приведен обзор обычных структур маломощных ККМ, показаны новые типы контроллеров для применений в ККМ. Показаны корректоры с устранением пульсаций и многоуровневые (модульные) решения ККМ.

Содержание семинара

Раздел 1: Введение в описание высокочастотных SMPS малой мощности; их области применения

SMPS в современных электронных устройствах

Архитектура управления силовой частью
Типовые структуры SMPS систем
Требования к SMPS, их объем, размеры и стоимость
Два основных принципа построения контроллеров:

- управление по напряжению

- управление по току

Объем реактивных компонентов

Размеры конденсаторов: запасенная энергия, факторы, влияющие на объем, переменная составляющая напряжения и влияние цепи обратной связи

Работа на высоких частотах переключения

- альтернативный выбор при проектировании (КПД, размеры конструкции)

- перегрузки компонентов по току и напряжению

Соотношение между объемом конденсатора и переходным процессом, зависящим от контроллера, то есть влияние петли обратной связи на изменения напряжения на выходном конденсаторе

- альтернативный выбор при проектировании (размеры входного фильтра)

Изменения выходного напряжения и уменьшение объема конденсатора

- переменная составляющая напряжения

- изменения напряжения при переходных процессах

Влияние уровня номинального напряжения, альтернативный выбор напряжения

Размеры дросселя: запасаемая энергия, минимизация изменения потокосцепления, влияние топологии преобразователя

Вольтсекундный размах
Возможности снижения вольтсекундного размаха
Влияние тока дросселя

Требования к КПД и охлаждению

Размах тока и размах напряжения, их влияние на КПД

Основные факторы, влияющие на объем в обычных топологиях (примеры)

DC-DC преобразователи, располагаемые непосредственно рядом с нагрузкой (DC-DC points of loads converters)
Основные факторы, влияющие на объем в корректорах коэффициента мощности и преобразовательных топологиях, работающих при высоких кратностях повышения/понижения входного напряжения

Раздел 2: Конструкция контроллера в высокочастотных SMPS малой мощности. Методы управления и реализация аналогового принципа.

А. Методы управления

Обзор методов, используемых в контроллерах

ШИМ-управление по напряжению (voltage mode control) при постоянной частоте переключения
Программируемое управление по току (current programmed mode – CPM)

- управление по максимальному току в CPM при использовании аналоговых и смешанных сигналов

- вопросы построения токоизмерительных цепей

-цифровое управление CPM по среднему значению

Гистерезисный контроль
Управление по принципу V²
Методы управления при легких и средних нагрузках

-постоянное время включения (силового ключа)

- управление с использованием режима работы на границе непрерывного тока

Б. Обзор методов и вопросов построения аналогового управления

Проектирование контура управления, работающего в режиме ШИМ по напряжению
Типовые решения при аналоговом управлении
Проектирование замкнутого контура при работе в режиме управления по току
Вопросы построения контроллеров
Вопросы построения контроллеров, работающих в гистерезисном режиме

В. Контроллеры цифрового и смешанного типа для высокочастотных SMPS малой мощности

Вопросы построения и применения цифрового контроллера

Сравнение аналогового и цифрового контроллеров
Современное состояние цифрового управления для SMPS малой мощности
Мощность потребления, сложность реализации, площадь, занимаемая кремнием
Вопросы дискретизации и появления колебаний малой амплитуды (limit cycling)

Принцип цифрового управления при создании эффективного по мощности и площади, занимаемой кремнием, источника

Источники потерь (выделяемая мощность и количество кремния)
Вероятностный режим работы ключей, частота и число цепей управления ключами (число затворов)
Определение минимальных требований к «железу»

- аналого-дискретный преобразователь (ADC)

- дискретный ШИМ (DPWM)

- цепь коррекции

Цифровые контроллеры – реализация в одном кристалле

Обзор построения DPWM
Обзор построения ADC
Обзор построения цепей коррекции

Цифровые функциональные блоки для реализации в одном кристалле

Цифровой контроллер, работающий в режиме по напряжению (voltage mode) на ультравысокой частоте (свыше 100МГц)

Раздел 3: «Продвинутые» контроллеры, использующие смешанные сигналы и обладающие новыми свойствами

Контроллеры “plug and play”

Самонастраивающиеся системы, базирующиеся на получении параметров “on line”

Оптимальное управление источником с высоким КПД (практическая реализация оптимального управления)

Краткий обзор структур обычного построения контроллера
Идеальные ( оптимальные) контроллеры

- оптимальное во временной области управление преобразователями, выполняемыми на основе понижающей топологии

- управление, основанное на основе баланса заряда

- вопросы реализации

Управление по минимуму отклонения

- основные принципы

- преимущества

- реализация на одном кристалле

Высокочастотная интегральная схема (10МГц), выполненная на основе CPM с мгновенной подстройкой КПД

Описание системы
Измерение тока
Изменение уровня сигнала на затворе и сегментация силовой части SMPS

Широкополосный контроллер с управлением по напряжению для применений в корректоре коэффициента мощности (ККМ)

Описание системы
АЦП с применением высокочастотное подавление
Проектирование цепи коррекции

Раздел 4: DC-DC преобразователи с высокой удельной мощностью и использованием смешанного принципа управления – новые топологии

Вольт-секундные изменения в топологиях, основанных на понижающей, повышающей и инвертирующей схемах и методы снижения объема устройств

Гибридные топологии, многоуровневые преобразователи и принципы модульного построения силовой части

Гибридные топологии, основанные на применении дросселя и переключаемых конденсаторов

Основная идея
Принцип работы преобразователей с переключаемыми конденсаторами
Вопросы проектирования
Устранение «летающего конденсатора» из топологии
Примеры устройств

- гибридное построение силовой части в преобразователях для мобильных устройств

- гибридные преобразователи малого объема, устанавливаемые рядом с нагрузкой

Многоуровневые преобразователи

Основные принципы построения
Обзор многоуровневых конверторных топологий

- Трех- и многоуровневые структуры

- Вопросы проектирования

- Несимметричные многоуровневые структуры

Примеры устройств

- многоуровневый выпрямитель-корректор коэффициента мощности малого объема

Силовая часть преобразователей модульного типа

Основная идея построения
Маломощные модульные преобразователи
Различные варианты модульных структур
Пример реализации

- модульный многоуровневый преобразователь с обратноходовым принципом работы

Раздел 5: ККМ с высокой удельной мощностью и смешанным управлением

Обычные структуры ККМ малой мощности

Обратноходовой преобразователь в режиме прерывистого тока дросселя
ККМ, основанные на топологии повышающего преобразователя
Объемы дросселя и конденсатора

- размах напряжения на реактивном элементе

- требования к отводу тепла

Объем выходного конденсатора и полоса пропускания контура по напряжению

Новые требования к универсальным адаптерам

Новые типы контроллеров для применений в ККМ

Расширение полосы контура по напряжению

Решения, основанные на применении адаптивного полосового фильтра
Контроллер с зоной нечувствительности

ККМ с устранением пульсаций

Многоуровневые (модульные) решения ККМ

Многофазные структуры
Многоуровневые топологии ККМ
Несимметричные многоуровневые преобразователи

Стоимость участия в двухдневном семинаре: 14 000 руб.

Скидка для участников прошлых мероприятий Центра Современной Электроники - 20%.

Скидка для участников, заключивших годовой договор - 30%.

Для участия, пожалуйста, заполните бланк заявки и направьте его по адресу seminar@sovel.org.

Задать вопросы можно по телефону (495)280-04-19.