• Разработка buck-преобразователя на STM32F334: принцип работы, расчеты, макетирование

    • Tutorial
    В двух своих последних статьях я рассказал о силовом модуле и плате управления на базе микроконтроллера STM32F334R8T6, которые созданы специально для реализации систем управления силовыми преобразователями и электроприводом. Так же был рассмотрен пример DC/AC преобразователя, который являлся демонстрацией, а не завершенной конструкцией. Теперь пришло время сделать что-то простое, но полезное, а главное завершенное.

    Большинство вопросов, касающихся проекта и силовой электроники, связаны с конкретными топологиями: кому-то интересно узнать алгоритм управления PFC, кому-то хочется научиться строить LLC полумост, но наиболее популярная топология — это несомненно buck. Ведь buck-преобразователь (он же buck converter) является основной для большинства интересных проектов: это и драйвер для LED светильников, и основа MPPT контроллера для солнечных панелей, и зарядные устройства и вообще много чего еще.

    В сети достаточно много информации по buck, в том числе и даташиты, но она разрозненна и мне лично не встречался материал, где подробно описан процесс создания buck-преобразователя с цифровым управлением. Пора это исправить. Математики практически нет, объяснения «на пальцах», поэтому будет интересно всем, кто хоть как-то связан с электроникой.


    Читать дальше →
  • Модуль управления силовым преобразователем: разработка и сборка

      Не для кого не секрет, что сложные современные преобразователи, например, online UPS, работают под управлением DSP/МК или ASIC. Основными поставщиками DSP для силовой электроники являются две компании — Texas Instruments и Infineon, но сегодня речь пойдет о продукции компании STMicroelectronics — серии STM32F334. Данная линейка МК предназначена для управления электроприводом и построения силовых преобразователей: PFC, инверторов, импульсных блоков питания, UPS и прочих.

      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.


      Читать дальше →
    • Инвертор с чистым синусом за 15 минут или «силовая электроника — каждому»

        Что такое силовая электроника? Без сомнения — это целый мир! Современный и полный комфорта. Многие представляют себе силовую электронику как что-то «магическое» и далекое, но посмотрите вокруг — почти все, что нас окружает содержит в себе силовой преобразователь: блок питания для ноутбука, светодиодная лампа, UPS, различные регуляторы, стабилизаторы напряжения, частотники (ПЧ) в вентиляции или лифте и многое другое. Большинство из этого оборудования делает нашу жизнь комфортной и безопасной.

        Разработка силовой электроники по ряду причин является одной из сложнейших областей электроники — цена ошибки тут очень высока, при этом разработка силовых преобразователей всегда привлекала любителей, DIYщиков и не только. Наверняка вам хотелось собрать мощный блок питания для какого-то своего проекта? Или может быть online UPS на пару кВт и не разориться? А может частотник в мастерскую?

        Сегодня я расскажу о своем небольшом открытом проекте, а точнее о его части, который позволит шагнуть в мир разработки силовой электроники любому желающему и при этом остаться в живых. В качестве демонстрации возможностей я покажу как за 15 минут собрать инвертор напряжения из 12В DC в 230В AC с синусом на выходе. Заинтриговал? Поехали!


        Читать дальше →
      • Altium Designer: что делать если проект стал сложным?

        • Tutorial
        Приветствую! Думаю, любой инженер или просто радиолюбитель/DIYщик/мейкер, занимающийся разработкой электроники, старается развивать свои навыки, которые растут вместе со сложностью выполняемых проектов. В какой-то момент человек достигает уровня, когда ему кажется, что проекты стали очень сложными, займут много времени на разработку и надо что-то с этим делать — нужно оптимизировать свою работу. Сегодня я расскажу как в Altium Designer 18 (далее AD или AD18) повысить производительность своего интеллектуального труда и сэкономить время, нервы и деньги.


        Читать дальше →
      • 7 правил проектирования печатных плат

          Приветствую! В процессе обсуждения статьи товарища KSVl была озвучена необходимость небольшого пособия по проектированию печатных плат. Очень часто на хабре я вижу статьи в стиле «5 правил оформления кода» или «5 шагов к успешному проекту», то есть очень удобные собрания тезисов по определенной теме. К сожалению подобных статей по разработке электроники мало и это плохо…

          Я обещал пользователю KSVl и некоторым другим читателям, статью с базовыми принципами проектирования печатных плат (ПП), так же приглашаю к ознакомлению всех любителей попаять за чашечкой кофе!


          Читать дальше →
        • Запускаем дисплей на STM32 через LTDC… на регистрах

            Приветствую! Недавно для проекта потребовалось запустить дисплей, который имел интерфейс LVDS. Для реализации задачи был выбран контроллер STM32F746, т.к. я с ним уже достаточно много работал и у него есть модуль LTDC, который позволяет работать напрямую с дисплеем без контроллера. В данном случае контроллер реализован уже внутри микроконтроллера. Так же не последним доводом было то, что на данном камне есть отладка STM32F746-Disco, которая у меня была под рукой, а значит я мог начинать работу над проектом не дожидаясь пока ко мне приедет плата, компоненты и прочее.

            Сегодня я расскажу как запустить модуль LTDC, работая с регистрами (CMSIS). HAL и прочие библиотеки не люблю и не использую по религиозным убеждениям, но в этом и интерес. Вы увидите, что поднимать сложную периферию на регистрах так же просто, как и обычный SPI. Интересно? Тогда поехали!


            Читать дальше →
          • Реализация аппаратной защиты по току

              Сегодня моя статья будет носить исключительно теоретический характер, вернее в ней не будет «железа» как в предыдущих статьях, но не расстраивайтесь — менее полезной она не стала. Дело в том, что проблема защиты электронных узлов напрямую влияет на надежность устройств, их ресурс, а значит и на ваше важное конкурентное преимущество — возможность давать длительную гарантию на продукцию. Реализация защиты касается не только моей излюбленной силовой электроники, но и любого устройства в принципе, поэтому даже если вы проектируете IoT-поделки и у вас скромные 100 мА — вам все равно нужно понимать как обеспечить безотказную работу своего устройства.

              Защита по току или защита от короткого замыкания (КЗ) — наверное самый распространенный вид защиты потому, что пренебрежение в данном вопросе вызывает разрушительные последствия в прямом смысле. Для примера предлагаю посмотреть на стабилизатор напряжения, которому стало грустно от возникшего КЗ:



              Диагноз тут простой — в стабилизаторе возникла ошибка и в цепи начали протекать сверхвысокие токи, по хорошему защита должна была отключить устройство, но что-то пошло не так. После ознакомления со статьей мне кажется вы и сами сможете предположить в чем могла быть проблема.

              Что касается самой нагрузки… Если у вас электронное устройство размером со спичечный коробок, нет таких токов, то не думайте, что вам не может стать так же грустно, как стабилизатору. Наверняка вам не хочется сжигать пачками микросхемы по 10-1000$? Если так, то приглашаю к ознакомлению с принципами и методами борьбы с короткими замыканиями!
              Читать дальше →
            • PWD13F60 + STM32F4: инвертор на 1 кВт в кармане

                После написания статьи о принципах работы DC/AC преобразователей, достаточно много людей в комментариях просили пример реализации данной идеи в железе. Я обещал по возможности порадовать их чем-то интересным и эта возможность мне выпала. Поэтому данная статья в первую очередь посвящается людям, которые жаждали «железа».

                Несколько недель назад один из моих знакомых, зная, что я люблю силовую электронику, скинул мне сообщение в котором была рекламная ссылка от STMicroelectronics. В данной ссылки расказывалось о новом решение от ST в области силовой электронике — PWD13F60. У меня само понятие «силовая электроника» в первую очередь ассоциируется с TI, Infineon, Linear, но никак не с ST. Мой взгляд на ST, как на «силового» производителя, пал в первый раз, когда вышел великолепный контроллер — STSPIN32F0. Второй раз я посмотрел именно сейчас.

                PWD13F60 — это микросхема, в корпусе на подобии QFN, в которой уже содержится полный мост, то есть 4 высоковольтных Mosfet, а также драйвера к ним. Первая идея, когда у меня появилась при ознакомление с даташитом: «О, да это же киловатт в кармане!», отсюда и название статьи. Я не очень люблю различные отладочные платы и предпочитаю сразу делать какой-то «боевой» проект. На базе героя данной статьи было решено сделать DC/AC инвертор.

                Статью я решил разбить на две части: схемотехника и код. Сегодня я раскажу о схемотехническом решение, поделюсь библиотеками, дизайном и первыми впечатлениями. Во второй части мы реализуем принципы управления, которые были описаны в моей первой статье.


                Читать дальше →
              • Разработка ПО для DSP TMS320F28 motor control

                  В своей первой статье я обмолвился о данном семействе контроллеров, мне в лс написал не один десяток людей с вопросами о нем, хотя это и не являлось темой статьи. В гугл народ категорически не хотел идти, говоря об отсутствии информации. Я немного удивился и решил проверить — действительно на русском языке по семейству C2000 нет практически ничего (на фоне AVR, STM), а главное нет понятных стартовых гайдов. Информацию можно найти на английском языке, но опять же ее мало. Для меня это несколько удивительно, учитывая, что данному семейству лет уже не мало. Поэтому решено было в меру своих возможностей повлиять на ситуацию.

                  Кому эти контроллеры в принципе нужны… Вы хотите собрать себе сварочный инвертор? Источник бесперебойного питания? Выпрямитель для гальванической ванны? Частотник? Инвертор для альтернативной энергетики? Станок с ЧПУ? Если хотя бы один пункт про вас, то статья посвящается именно вам!

                  Остальным читателям тоже будет интересно узнать о «новом-старом» контроллере, зачем он нужен и как с ним работать. Данное семейство очень простое (сильно проще STM, LPC и прочих Cortex-ов), камни легко купить (на Али тоже есть), позволяют реализовать сверхнадежные промышленные решения, на их основе можно построить практически любую промышленную систему управления.

                  Вы уже решили, что данный контроллер ваша мечта и готовы ринуться в бой? Тогда покупаем за 17$ вот такую отладку F28027-LaunchPad:


                  Купили? Вот теперь можно и в бой. Если возник вопрос где купить «получше» и «подешевле», то идем в официальный магазин. Переходим сюда и видим ценник 17$. За эту сумму вы получите оригинальную отладочную плату и доставку курьером до двери. Я заказывал один раз в Китае на сдачу, вышло 16$ и это со скидкой и купоном, так еще и как «бонус» поход на почту. Поэтому рекомендую именно официалов. Поехали!
                  Читать дальше →
                • Планарный трансформатор: технология, расчеты, стоимость

                    Не так давно ко мне обратилась одна компания, которой необходимо было разработать линейку LED-драйверов. Название компании и ТТХ драйверов называть не буду, NDA не подписывал, но этика есть этика. Вроде бы обычный заказ на драйвер, каких десяток за год набирается, но было два взаимоисключающих требования: стоимость и габариты.

                    Задача с точки зрения схемотехники простая, но вот с точки зрения производства и конструирования оказалась очень интересной. И так — требовалось изготовить сетевой драйвер для LED с корректором коэффициента мощности (мощность около 100 Вт), который стоил был в пределах 3$ на серии и имел габариты по высоте не более 11 мм! Многие скажут: «А в чем проблема сделать дешманский драйвер?», вот только дешманский не прокатит, т.к. еще одно требование — возможно давать без опасений 5 лет гарантии. И вот тут начинается самое интересное.

                    Был сделан выбор топологии, схемотехника, все влезало в габариты и стоимость, но столь замечательную картину портил «классический» трансформатор. Он огромный, он дорогой, он технологически сложный в изготовление. Оставалось решить последнюю задачу и после двух дней в раздумьях и расчетах оно было найдено — планарный трансформатор.

                    Если вам интересно между чем и чем делался выбор, на каких аргументах он основывался и как удалось получить стоимость трансформатора меньше 0.5$, то приглашаю вас в подкат. Ну и для улучшения «аппетита» прилагаю вам фото готового трансформатора:


                    Читать дальше →
                  • DC/AC инвертор: принцип работы, схемотехника, встроенное ПО

                    Импульсные преобразователи и силовая электроника в целом, всегда оставались чем-то сакральным для большинства любителей и профессионалов в области разработки электроники. В статье освещается пожалуй самая интересная тема в среде DIY-щиков и фанатов альтернативной энергетики — формирование синусоидального напряжения/тока из постоянного.

                    Думаю многие из вас наверняка видели рекламу, либо читали статьи, где была фраза «чистый синус». Вот именно о нем и пойдет речь, но не о маркетинговой составляющей, а о исключительно технической реализации. Я постараюсь максимально понятно рассказать о самих принципах работы, о стандартных (и не очень) схемотехнических решениях и самое главное — напишем и разберем ПО для микроконтроллера STM32, которое и сформирует нам необходимые сигналы.

                    Почему STM32? Да потому, что сейчас это самый популярный МК в СНГ: по ним много обучающей русскоязычной информации, есть куча примеров, а главное эти МК и средства отладки для них — очень дешевые. Скажу прямо — в коммерческом проекте я бы поставил только TMS320F28035 или подобный DSP из серии Piccolo от TI, но это уже совсем другая история.

                    Важно одно — STM32 позволяет стабильно управлять простыми «бытовыми» силовыми преобразователями от которых не зависит судьба мира работа какой-нибудь АЭС или ЦОДа.



                    Вот такую картину управляющих сигналов необходимо получить, чтобы превратить ток постоянный в переменный. И да — тут именно синус! Как в том фильме: «Видишь суслика? — Нет. — А он есть...»

                    Интересно узнать каким образом формируется синус? Хочется узнать как все-таки качают нефть киловатты энергии? Тогда добро пожаловать под кат!
                    Читать дальше →