Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Proszę, dodaj wyjątek www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Urządzenie do pomiaru sprawności przetwornic DC/DC oraz pomiaru warunków

czareqpl 16 Lis 2017 09:46 5106 7
  • Urządzenie do pomiaru sprawności przetwornic DC/DC oraz pomiaru warunków
    Witam serdecznie.

    Chciałbym zaprezentować narzędzie, który wykonałem kilka miesięcy temu na potrzeby badań nad sprawnością nieizolowanych przetwornic DC/DC oraz do pomiaru warunków środowiskowych (temperatura, wilgotność, ciśnienie).

    Urządzenie składa się z płytki ewaluacyjnej HY-MINI z mikrokontrolerem STM32F103VG oraz wyswietlaczem LCD 3.2''.

    Zasadniczo projekt polega na używaniu HY-MINI jako bazy i dokładaniu do niego odpowiedniego rozszerzenia w postaci wpinanych płytek PCB.

    Jako pierwsze urządzenie powstał zestaw do pomiaru sprawności przetwornic.
    Zasada działania jest banalna. Za pomocą wbudowanych przetworników A/C mierzymy wartość napięcia wejściowego, natężenie prądu wejściowego (przez ACS711), wartość napięcia wyjściowego oraz natężenie prądu wyjściowego (ACS711). Mierzone wartości są wartościami średnimi. Uśrednianie polega na pomiarze po 16 próbek z każdego kanału, następnie ich uśrednienie i wykonanie obliczeń na wartościach uśrednionych. Akwizycja próbek wykorzystuje DMA.

    Cała matematyka zamyka się w poniższych obliczeniach:
    Pi = Ui * Ii (Moc wejściowa)
    Po = Uo * Io (Moc wyjściowa)
    Q = (Po/Pi) * 100 (Sprawność obliczona na podstawie stosunku obliczonych mocy. )
    Ploss = Pi - Po (moc strat)

    Parametry techniczne:
    -Zakres pomiaru napięcia: 7-36V (poprzez dzielnik napięcia i wewnętrzny ADC)
    -Zakres pomiaru prądu: 100mA – 30A (Poprzez układ ACS711 i wewnętrzny ADC)
    -Dokładność pomiaru napięcia: 1-2% (w odniesieniu do pomiarów miernikiem SANWA PC5000a)
    -Dokładność pomiaru prądu -2-3% (w odniesieniu do pomiaru napięcia miernikiem SANWA PC5000a oraz cęgami CP 30)

    Poniżej kilka fotografii oraz schemat:
    Urządzenie do pomiaru sprawności przetwornic DC/DC oraz pomiaru warunków Urządzenie do pomiaru sprawności przetwornic DC/DC oraz pomiaru warunków Urządzenie do pomiaru sprawności przetwornic DC/DC oraz pomiaru warunków Urządzenie do pomiaru sprawności przetwornic DC/DC oraz pomiaru warunków Urządzenie do pomiaru sprawności przetwornic DC/DC oraz pomiaru warunków





    Drugim zastosowaniem jest zestaw do pomiaru warunków środowiskowych. Potrzeba wykonania urządzenia została podyktowana koniecznością pomiarów i logowania warunków środowiskowych w obudowach urządzeń mających spełniać normę szczelności IP68. Urządzenie pozwala na podłączenie do 4 czujników jednocześnie dzięki hub'owi I2C.
    Badanie polega na włożeniu małych płytek z czujnikami do urządzenia, wyprowadzenia sygnałów (VCC, SDA, SCL, GND) na zewnątrz, umieszczenia badanego urządzenia w komorze klimatycznej, podłączenie okablowania przez przepust i rozpoczęciu logowania danych. Komorę klimatyczną ustawia się na szereg cykli zmiany wilgotności na zewnątrz badanego urządzenia. Po kilku dniach, można odczytać dane w postaci pliku CSV zapisanego na karcie pamięci SD. Jeżeli zmiany wilgotności w urządzeniu pokrywają się z cyklami zaprogramowanymi w komorze klimatycznej, oznacza to, ze urządzenie prawdopodobnie nie będzie spełniało normy IP68 a już w szczególności nie będzie zachowywało całkowitej szczelności w trudnych warunkach środowiskowych (lasy tropikalne itp).
    W urządzeniu na przyciskach po lewej stronie można wybrać interwał logowania pomiarów.
    Poniżej kilka zdjęć oraz schemat i opracowane wyniki w excellu:
    Urządzenie do pomiaru sprawności przetwornic DC/DC oraz pomiaru warunków Urządzenie do pomiaru sprawności przetwornic DC/DC oraz pomiaru warunków Urządzenie do pomiaru sprawności przetwornic DC/DC oraz pomiaru warunków Urządzenie do pomiaru sprawności przetwornic DC/DC oraz pomiaru warunków Urządzenie do pomiaru sprawności przetwornic DC/DC oraz pomiaru warunków Urządzenie do pomiaru sprawności przetwornic DC/DC oraz pomiaru warunków Urządzenie do pomiaru sprawności przetwornic DC/DC oraz pomiaru warunków


    Fajne! Ranking DIY
    Potrafisz napisać podobny artykuł? Wyślij do mnie a otrzymasz pendrive 32GB.
  • #2 17 Lis 2017 08:53
    _lazor_
    Moderator Projektowanie

    A co z mocą bierną?

    Co z błędami pomiarowymi? 100nF na dzielnik napięcia nie za bardzo zakłamuję wyników pomiarów? W takim układzie może dojść do sytuacji że urządzenie będzie miało sprawność powyżej 100%, gdy odłączy się zasilanie prztwornicy a na kondensatorze 100nF pozostanie jednak trochę dłuzej napiecie.

    Polecam nie uśredniać próbki a zaimplementowac porządny filtr FIR, który filtruje próbki i nie zakłamuje wyników pomiarów tak jak średnia z N próbek.

  • #3 17 Lis 2017 09:08
    czareqpl
    Poziom 29  

    _lazor_ napisał:
    A co z mocą bierną?


    Moc bierna nie interesuje mnie w tym przypadku. Narzędzie służy głównie to dostrajania przetwornicy (czestotliwość pracy, opóźnienie pojemnościowe FB).
    Po dostrojeniu wydajności, przetwornica idzie do komory EMC i tam jest dostrajana pod kątem emisji.
    Później znów trafia na pomiar średniej sprawności w celu oszacowania w jaki sposób będzie od niej odbierana moc strat.

    Taką metodą zaprojektowałem jakiś czas temu urządzenie zasilające o mocy wejściowej 160W w którym mikromoduły przetwornic nie wymagają radiatora. Całą moc strat (15W) odprowadzają przez laminat do obudowy.

    Błędy pomiarowe opisałem. Pomiar przez ADC trwa dosyć długo, bo około 100 taktów zegara. Mi się nie spieszy. Kondensator zapobiega przed odczytem niepożądanych chwilowych szpilek prądowych.

  • #4 17 Lis 2017 11:37
    _lazor_
    Moderator Projektowanie

    Dziwne podejście, ale z takim podejściem mozna od razu wystawiać CE bo urzadzenie docelowe i tak nie będzie przebadane (dostrojenie pod wydajność).

    Ogólnie zabawka, myślę że wpinając 4 multimetry można osiągnąć podobne wyniki pomiarowe, bo dynamika pomiarów nie jest oszałamiająca.

    Cóż długo trwa coś pomiar, ja na wewnetrznym ADC w STM32f334 mam gwarantowane 1.5 taktu zegara, co już uwazam za porzadny wynik.

    STM32f1 to niestety cortex m3 i jest trochę gorszy do takich zastosowań niż stm32f3 czy stm32f4 gdzie na pokładzie jest już cortex m4 a co za tym idzie trochę inny zestaw instrukcji (np. m4 ma instrukcje mnożenia i akumulacji w jednym cyklu zegara co zwiększa wydajność obliczeń).

  • #5 17 Lis 2017 12:16
    czareqpl
    Poziom 29  

    _lazor_ napisał:
    Dziwne podejście, ale z takim podejściem mozna od razu wystawiać CE bo urzadzenie docelowe i tak nie będzie przebadane (dostrojenie pod wydajność).


    Projektowane przeze mnie urządzenia zwolnione są z deklaracji CE :P
    Druga sprawa jest taka, że strojenie pod wydajność/sprawność nie jest najwyższym priorytetem. Najwyższym priorytetem jest praca w ujemnych temperaturach, odporność na wibracje i EMC/EMI

    Wpinając 4 multimetry musisz sobie sprawność liczyć na kalkulatorze... Zmień 10 razy obciążenie i przebadaj na 8 różnych napięciach zasilania to odechce Ci się kalkulatora. Sam mierzyłem to wcześniej cęgami i woltomierzami... Nawet mając jeden wynik na sekundę to i tak o wiele szybciej niż na piechotę a dane mogę jeszcze logować na karcie SD i później opracować.

    Pomiar trwa długo, bo tak go ustawiłem. Mi się nie spieszy.

    Może i zabawka ale dla założeń projektowych robi robotę.

  • #6 17 Lis 2017 12:29
    Janusz_kk
    Poziom 17  

    Autorze a może byś tak więcej coś napisał na temat programu, źródła pokazał, cos napisał jak programowałeś tego stm-a czy wykorzystałeś panel dotykowy.

  • #7 17 Lis 2017 12:41
    czareqpl
    Poziom 29  

    Źródła nie są specjalnie atrakcyjne do chwalenia. Projekt jako devboard rozwijałem w 2014 roku kiedy obowiązywała bibliotego STDperiph i biblioteki FAT od Chińczyka zwanego Chan. Całość służyła mi do nauki programowania w C.

    Załączam bibliotekę do obsługi LCD i dotyku, którą w większości sam dawno temu przepisałem. Mam tam też procedury pozwalające na budowę filmików poklatkowych i ich odtwarzanie na tym wyświetlaczu. Rozmiar 100x100 pikseli odtwarza się całkiem płynnie. Film na pełnym ekranie trochę się tnie ale nie ma żadnej kompresji.


    Dorzucam jeszcze spakowaną bibliotekę obsługi karty SD. Trochę tam trzeba było pogmerać aby sensownie ruszyło więc może ktoś będzie chciał wykorzystać.

  • #8 25 Lut 2018 13:47
    pgkr1
    Poziom 10  

    Wita Jan Sawicki

    Oferta wykonania generatora impulsu.

    Do napędu silników prądu zmiennego trzy fazowe wykorzystuje impulsy prądu stałego

    Jest uzasadnione mniejszym zużyciem prądu

    Poszukuje konstruktora i wykonawcę generatora impulsów . Działać ma w ten sposób. Impuls prądu stałego ma być podany na wyjście każdej cewki silnika trzy fazowego, przesunięty o 120 stopni. Impuls powinien być podany na wyjście cewki z silnika pierwszej następnie druga, trzecia. I tak w rotacji. Przeciwne końce cewek połączone w gwiazdę. Czyli zwarte. Do tego połączenia w gwiazdę będzie połączony jeden biegun prądu stałego. Obojętnie który, przeciwny biegun będzie pulsował do każdego wyjścia cewek. Napięcie i natężenie regulowane płynie. Zasilanie generatora 12 V prądu stałego Generator ma sterować pracą tranzystorów mocy zasilanych napięciem od 24 V do 100 V prądu stałego. I natężenia do 70 A Tranzystory powinny być zabezpieczone przed strzałką napięciową która osiąga wartości napięcia powyżej 1000 V. Generator powinien podawać impulsy z częstotliwością od zera do kilku tysięcy na sek.
    Czas podawania impulsu i przerwy między i pulsami. Impuls pierwszy sekunda trwania, przerwa sekundę, na drugą fazę czas trwania impulsu sekunda, przerwa między impulsami sek.i na trzecią sek.,Czyli czas trwania impulsu na każdej fazie sek. i przerwa między impulsami sek,


    Z poważaniem Jan Sawicki