2803芯片

VIENNA整流器PFC控制的设计与实现

张勇;张晓丽;王卓琳;古韶辉;吴昊

【摘 要】伴随着电力电子技术不断发展,电力电子装置的应用日益广泛,随之也给电网带来了谐波污染.具有功率因数高,输入电流谐波小,开关损耗低、稳定性强等优势的VIENNA整流器拓扑电路应运而生.本文基于VIENNA整流器拓扑电路可以工作在较高的开关频率下,采用DSP实现PFC控制,合理的设计了主回路参数和PFC环路.最后通过试验表明,在双闭环控制策略下,VIENNA整流器PFC控制系统具有谐波含量低、功率因数高、动态性能良好的特性.

【期刊名称】《电子世界》

【年(卷),期】2016(000)021

【总页数】3页(P76-77,79)

【关键词】电力电子;谐波污染;VIENNA整流器;PFC控制;DSP

【作 者】张勇;张晓丽;王卓琳;古韶辉;吴昊

【作者单位】许继电源有限公司;许继电源有限公司;许继电源有限公司;许继电源有限公司;许继电源有限公司

【正文语种】中 文

VIENNA整流器拓扑电路由Kolar J。W等学者提出,此电路使用得功率器件少,功率开关管承受一半的母线电压,减小了功率器件耐压值,提高产品输出效率[1]。VIENNA整流器拓扑电路可以应用在不间断电源、航空电源、风力发电、光伏发电、电动汽车充换电站、工业变频器等领域。本文在VIENNA整流器拓扑结构的基础上完成了功率主回路和DSP数字芯片控制算法的实现,制作一台6KW试验样机。

VIENNA整流器拓扑电路原理图如图1所示,其中Va、Vb、Vc是三相交流输入,

La、Lb、Lc是升压电感,L1、L2、L3是滤波电感,快速恢复二极管(D1～D6)构成不控整流桥,有源滤波部分由三个双向功率开关管(Qa1～Qa2、Qb1～Qb2、Qc1～Qc2)星形连接实现三电平输出,同时还有两个正负母线电容C1、C2及RL电阻组成[2]。

PFC主拓扑控制结构框图如图2所示:Va、Vb、Vc三相输入经过EMI滤波然后经过升压电感,由DSP芯片的模数转换接口采样到芯片内核中,然后通过电压反馈补偿器,输出反馈电压信号 ,随后通过乘法器将反馈电压信号与输入电压的全波波形相乘,得到整流之后的电流参考值。在PFC电流合成器中还同时完成了电压全波整流值的平方电路与除法功能,以便提高输入电压动态响应速率,适应宽输入电压范围及电压浮动较大的应用场所。在PFC控制环路中采用的是德州仪器公司的32位片内闪存的TMS320F2803DSP芯片,此芯片具备双核CPU,符合本文所需的控制逻辑,一个CPU负责保护及快速采样计算和电压环路,另外一个负责电流环和EPWM功能[3]。

WS2803 内建256级PWM 18通道恒流LED驱动器 1 /8 WS-Preliminary-V0.1 特征 应用范围 ● 18位恒定电流输出。 ● LED护栏灯管 ● 输出电流不随驱动级输出电压改变而改变。 ● 室内/外LED显示屏/走字屏 ● 芯片工作电压3.3~5.5V。 ● 具有能承受高达40V输出电压的输出驱动级。 ● 8位 PWM灰度控制，单通道能独立显示256级灰度。 ● 2.5KHz灰度数据刷新频率。 ● 极为精确的输出电流精度： 在同一芯片内通道与通道之间的精度为: ±1 %； 输出电流在不同芯片之间精度为: ±2%； ● 最高输入数据时钟频率高达 25MHz。 ● 具备free run 能力，在灰度数据写后芯片能根据灰度。 ● 数据而自动调整输出，而不需再做其它的控制。 ● 输出通道间的交错时间延迟。 ● 斯密特触发器输入。 ● 具有过温保护。 描述 WS2803是一个恒定电流输出的LED驱动器，主要用于室内外LED显示屏，走字屏和LED装饰照明系统。它非常适合应用于需要级联的场合，比如显示屏，走字屏和LED护栏灯管等应用。WS2803具有18个输出通道，每个通道均能输出高达30mA恒定电流。芯片内部包含144位串行移位寄存器，数据锁存器，带隙基准源，内部振荡器和高压可编程恒定电流输出驱动级。 输入的串行数据在时钟信号CKI的上升沿打入芯片内的移位寄存器，当数据输入完成后，芯片自动根据输入的灰度数据来输出PWM恒定电流。数据和时钟输出缓冲器被设计来用于串接其它的WS2803芯片。WS2803的恒定输出电流可以通过在IREF引脚接一个到地的电阻来设定。 WS2803内建过温保护功能，当芯片内部温度达到150℃时候，芯片能够自动关断输出，此后芯片温度会下降，当温度降至125℃时候，WS2803的输出会使能。 WS2803提供SOP-28和DIP-28两种封装，其使用温度范围为-40~85℃ 极限参数 参数 代码 范围 单位 电源电压 VCC -0.3 to 6V V 输入电压 VIN-0.3 to 6V V 输出电压 VOUT-0.4 to 40V V VXOUT-0.3 to 30V，IOUT off V 驱动输出脚电压 VXOUT-0.3 to 7V，IOUT=20mA V 输出电流 IOUTCC5 to 30 mA 输出电流偏差 同一芯片内各通道之间 不同芯片之间 DIOIDIOE ±1.5 ±3 % 最高输入时钟信号频率 FCLK25 MHz 最大消耗功率 PD2600 mW 工作结温 Topr -40 to + 150 保存温度范围 Tstg -55 to + 150 ℃ ESD 防护（HBM） 2000 V 注意: 如果芯片各引脚的电压或电流超过其极限值可能对芯片造成永久损坏 支持免费上传，创造良好化境。Edited by Foxit ReaderCopyright(C) by Foxit Software Company,2005-2008For Evaluation Only. WS2803 内建256级PWM 18通道恒流LED驱动器 2 /8 WS-Preliminary-V0.1 电气特性 (VCC=5V, TA= 25, ℃除非有另外规定.) 参数 代码 条件 最小值 典型值 最大值单位电源电压范围 VCC 4 -- 5.5 V 输出电压 VOUT IOUT=1uA -0.3 -- 30 V IoutH恒定电流输出 5 -- 30 mA IoutL输出级关断, VOUT=40V -- 0.1 1 uA ISOURCE其它输出 -- 1 -- mA 输出电流 ISINK其它输出 -- -1 -- mA 静态电流 ISTBIREF 悬空 -- 2 3 mA 最低恒定电流输出时间 IOHVIN＝VIH or VIL, IOUT=20mA -- 14 -- uS 输入电流 IIN引脚：CKI，SDI VIN＝VDD or GND -- -- ±1 uA VIH0.8*VDD -- VDD V 输入电压电平 VILTA＝-40～125℃ GND -- 0.2*VDDV 输出电流电压调整率 %dVOUTIREF=1.26KΩ, @22mA -- ±0.1 -- %/V 输出电流线性调整率 %dVCCVCC＝4～5.5V,VOUT between 1.0V and 3.0V -- ±0.1 -- %/V 拉低电阻 RINLOWRLIN, -- 30 -- KΩ 开关特性 (VCC=5V, TA=25℃) 参数 代码 条件 最小值典型值 最大值 单位 传导延迟 (‘L’ to ‘H’) CKI-to-CKO TpLH-- 12 -- ns 传导延迟 (‘L’ to ‘H’) CKI-to-CKO TpHL-- 13.2 -- ns 输出电流上升时间 Tor-- 50 -- ns 输出电流最大开启和关断时间 Tof-- 50 -- ns 输出电流延迟时间 ①TOPVIH=VCC VIL=GND RIREF=1.25K -- -- 3.3 mS 开关特性(VCC=3.3V, TA=25℃) 参数 代码 条件 最小值典型值 最大值单位传导延迟 (‘L’ to ‘H’) CKI-to-CKO TpLH-- 24 -- ns 传导延迟 (‘L’ to ‘H’) CKI-to-CKO TpHL-- 28 -- ns 输出电流上升时间 Tor-- 50 -- 输出电流最大开启和关断时间 Tof-- 50 -- ns 输出电流延迟时间 ①TOPVIH=VCC VIL=GND RIREF=1.25K -- -- 3.3 mS WS2803 内建256级PWM 18通道恒流LED驱动器 3 /8 典型内部框图 图1. WS2803内部模块框图 芯片引脚设置 图2.a SOP-28 图2.b DIP-28 WS-Preliminary-V0.1 WS2803 内建256级PWM 18通道恒流LED驱动器 4 /8 引脚功能描述 SOP-28 引脚号 名称 功能描述 1 GND 地 2 NC 空 3 IREF 输出电流调整，在该引脚加一个到地的电阻能调整输出电流 4 CKI 数据时钟输入信号 5 SDI 串行灰度数据输出 6~23 OUT0~17 恒定电流驱动引脚 24 SDO 无连接 25 CKO 无连接 26 NC 空 27 NC 空 28 VCC VCC电源 DIP-28 引脚号 名称 功能描述 1 GND 地 2 IREF 输出电流调整，在该引脚加一个到地的电阻能调整输出电流 3 NC 空 4 CKI 数据时钟输入信号 5 SDI 串行灰度数据输出 6~23 OUT0~17 恒定电流驱动引脚 24 NC 空 25 NC 空 26 SDO 经过缓冲整形的串行数据信号输出 27 CKO 经过缓冲整形的时钟信号输出 28 VCC VCC电源 应用信息: 恒定电流输出 在LED显示屏和装饰照明应用中，WS2803能够提供一个几乎不随输出电压改变而改变的输出电流，这主要得益于以下几个原因： 1) 采用先进的电路结构，使得输出电流的匹配精度高，片内最大电流偏差为2%，而片间最大电流偏差为4%。 2) 输出级电路结构先进，当输出电压高于内部电路的饱和电压时，WS2803的输出电流与输出电压的关系，几乎是一条平整的直线，具有非常好的线性调整率，使得输出电流几乎与输出电压无关。 调整输出电流 WS2803中每一个通道的恒流输出电流都可以由一个外接的电阻, REXT,来设定，可以根据下列公式计算输出电流： 22×=EXTREXTOUTRVI 其中, REXT 为从REXT接到地的电阻阻值, VREXT是REXT pin 脚的电压，VREXT=1.26V. 在REXT 引脚接一个1.26KohmWS-Preliminary-V0.1 WS2803 内建256级PWM 18通道恒流LED驱动器 5 /8 到地的电阻就可以将WS2803的恒定电流输出设定在22mA。REXT=1.5K时，IOUT=18.6mA WS2803芯片的消耗功率 (PD) WS2803芯片所消耗的最大功率由PD(max)=(Tj-Ta)/Rth(j-a)决定，当所有18个输出通道均开启的时候，芯片中实际消耗的功率为。因此，为了保证PD(act)≤PD(MAX)，最大驱动电流与占空比的关系为)×××(+)×(=)(18DSOUTDDDDDVDutyIVIactP18///)×(=)(DutyVVIRTTIDSCCCCajthajOUT。当使用环境温度上升时，芯片消耗的最大功率为PD(MAX)=(Tj-Ta)/Rth(j-a)，当使用环境温度上升时，芯片所允许消耗的最大功率将降低。 负载供电电压 (VLED) WS2803所设计的VDS操作范围为0.8~5V，考虑到芯片封装的散热效率的显示，VDS可以升高，但是必须要保证PD(ACT)>PD(MAX),，当VLED=24V时 and VDS=VLED-VF,，VLED为负载供电电压，在实际应用中最好将VLED设定在满足输出驱动要求的最低电压。在有必要时，需要在芯片的外部添加一个分压器，产生一个压降VDROP来避免过多的功率消耗在芯片上，该分压器应该满足VDS=(VLED-VF)-VDROP如下图所示，电阻和齐纳二极管都可以用来降低WS2803的功耗。 图3. WS2803分压电路设计 WS2803的驱动及级联应用 WS2803集成了具有强驱动能力的推挽输出级，通过级联能将信号传输很长的距离，在实验室测试中，在2MHz的时钟频率下，WS2803的信号传送能力可达8米。此时，为了防止信号的反射，有必要在数据的输入输出端串接一个50Ω左右的电阻，以保证传输线的阻抗匹配，避免信号反射。 WS2803灰度控制数据格式 WS2803灰度控制数据帧由18个灰度数据字构成，每个数据字由8bit灰度数据位组成，总共144bit。8bit的灰度数据以很轻松的实现256级的LED灰度控制。 在数据的传输过程中，首先被读入到芯片的是数据帧信号位，然后是OUT0通道的MSB，最后读取的数据是OUT17通道的LSB。 各输出通道的LED驱动电流占空比可由下式计算得到： [][][][][][][][]25602*12*22*32*42*52*62*71234567LLLLLLLLDXOUT+++++++=----- (7) 其中 L[x]=”0” or “1”, 是灰度数据控制字中的 OUTN[x], x=0,1,2……7 。. 灰度数据“0000 0000”用于产生最低为0的驱动电流占空比，“1111 1111”用于产生255/256最大输出占空比。 WS-Preliminary-V0.1 WS2803 内建256级PWM 18通道恒流LED驱动器 6 /8 图4. WS2803通信协议 WS-Preliminary-V0.1 WS2803 内建256级PWM 18通道恒流LED驱动器 7 /8 封装信息 WS2803-SOP28 图5.a WS2803-SOP28封装尺寸 WS-Preliminary-V0.1

广数系统常见故障维修手册

目录

一、刀架类故障

故障现象一:电动刀架的每个刀位都转动不停

故障原因处理方法:

①系统无 +24V; COM输出用万用表量系统出线端,看这两点输出电压是否正常或存在,若电压不存在,则为系统故障,需更换主板或送厂维修

②系统有 +24V; COM输出,但与刀架发信盘连线断路;或是+24V对COM地短路用万用表检查刀架上的 +24V,COM地与系统的接线是否存在断路;检查 +24V是否对COM地短路,将+24V电压拉低

③系统有 +24V; COM输出,连线正常,发信盘的发信电路板上 +24V和COM地回路有断路发信盘长期处于潮湿环境造成线路氧化断路,用焊锡或导线重新连接

④刀位上+24V电压偏低,线路上的上拉电阻开路用万用表测量每个刀位上的电压是否正常,如果偏低,检查上拉电阻,若是开路,则更换1/4W2K上拉电阻

⑤系统的反转控制信号TL-无输出

用万用表量系统出线端,看这一点的输出电压是否正常或存在,若电压不存在,则为系统故障,需更换主板或送厂维修

⑥系统有反转控制信号TL- 输出,但与刀架电机之间的回路存在问题检查各中间连线是否存在断路,检查各触点是否接触不良,检查强电柜内直流继电器和交流接触器是否损坏

⑦刀位电平信号参数未设置好检查系统参数刀位高低电平检测参数是否正常,修改参数

⑧霍尔元件损坏在对应刀位无断路的情况下,若所对应的刀位线有低电平输出,则霍尔元件无损坏,否则需更换刀架发信盘或其上的霍尔元件.一般四个霍尔元件同时损坏的机率很小⑨磁块故障,磁块无磁性或磁性不强更换磁块或增强磁性,若磁块

在刀架抬起时位置太高,则需调整磁块的位置,使磁块对正霍尔元件

故障现象二:电动刀架不转

故障原因处理方法:

①刀架电机三相反相或缺相,将刀架电机线中两条互调或检查外部供电

②系统的正转控制信号TL+无输出用万用表量系统出线端,量度+24V和TL+两触点,同时手动换刀,看这两点的输出电压是否有+24V,若电压不存在,则为系统故障,需送厂维修或更换相关IC元器件

机弹载离散量输出接口设计与技术

作者：惠晓强 秦冲 董凯

来源：《电脑知识与技术》2021年第02期

摘 要：文章针对机弹载领域离散量输出接口电路的设计和未来的技术发展，介绍了离散量输出电路的基本原理及实现方法，对离散量输出接口处理电路的各种处理电路的实现及优缺点进行对比分析，以HKA2330芯片为例论证了国内外各种集成电路处理离散量信号的芯片架构、功能及其优点，对未来离散量输出接口电路的发展方向提出了思路。

关键词：离散量输出;信号处理;HKA2330;雷电防护;过流保护;过压保护;继电器;FPGA

中图分类号： TP311 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2021）02-0192-02

机弹载设备等电子系统中，存在大量的负载需要通过离散量信号输出驱动，比如起落架的收放、故障告警指示灯、舱门开关以及自动灭火等。离散量输出电路具有简单、可靠、价格低廉等特点，所以现在的飞机上仍在大量使用。传统上，离散量电路可以通过模拟电路搭建或者直接手动机械操作，随着航空机载计算机和微电子技术的发展，机上所有的控制作动几乎都离不开计算机，通过计算机硬件电路搭建，软件控制实现既定的动作、显示、告警、声音等。因此，安全可靠的离散量输出电路的设计显得越来越重要[1]。

1 机弹载离散量输出接口电路基本原理

机弹载离散量输出类型分为28V/开和地/开，其特点是：直接使用机载28V电源，驱动电路不需要专门回线，对于28V/开信号，负载就近直接使用电源地线或者机体做回线;对于地/开信号，负载就近直接使用电源线;机上的28V电源不是一个稳定的直流电源，需要做相应的抗尖峰浪涌设计。

离散量输出电路主要包括主处理器CPU、I/O接口、隔离驱动、功率驱动、回绕监控、异常保护和雷电防护等，其框架原理图见图1[2]。