Les séquenceurs d'alimentation sont couramment utilisés dans les conceptions de cartes au niveau du système où plusieurs alimentations doivent être appelées séquentiellement. Cependant, les ingénieurs peuvent facilement mettre en œuvre une conception de séquenceur de puissance avec un petit microcontrôleur, et le microcontrôleur peut être modifié pour contrôler un nombre varié de modules de tension dans différentes conceptions. En règle générale, les systèmes utilisant un séquenceur de puissance intègrent différents composants qui nécessitent des tensions et des niveaux de puissance différents. La séquence d'activation des différentes tensions garantirait qu'il n'y a pas de conflit entre les composants sous tension et que toutes les unités sont correctement alimentées. Lorsque le système s'arrête, il peut également y avoir une séquence.
Les séquences de mise sous tension et hors tension sont programmables et basées sur le temps. Prenons par exemple un séquenceur de puissance à quatre canaux dans lequel les quatre tensions sont de 5,0 ; 3,3 ; 2,5 et 1,8 V. Chacune de ces tensions est alimentée par un module de puissance (module de puissance, PM). Ces PM ont généralement cinq broches : alimentation d'entrée et de sortie, masse, activation et ajustement.
Les utilisateurs ne sont pas limités à quatre MP, car un format modulaire pourrait prendre en charge jusqu'à dix MP qui peuvent être ajoutés ou supprimés pour répondre à tous les besoins. Pour l'application ci-dessus, le dispositif PIC16F1509 de Microchip avec noyau amélioré a été sélectionné. Les périphériques utilisés étaient GPIO, timer 1, convertisseur A/N, I2C et PWM. Les PM peuvent être des blocs d'alimentation standard, commercialisés avec des courants et des puissances spécifiques. Le PM utilisé dans cette conception est le modèle VRAE-10E1A0 fabriqué par BEL Power Products. Chaque PM a cinq broches : entrée de tension (VIN), sortie de tension (VOUT), masse, entrée d'activation et trim de sortie. Le signal d'activation est activé à un niveau haut et une fois activé, la tension de sortie du PM apparaît sur la broche de tension de sortie. La broche de trim avec la résistance associée Rtrim permet d'ajuster la tension de sortie à volonté. La tension au niveau de la broche de réglage est généralement d'environ 0,591 V.
Une tension continue sur la broche de trim permet également au système de fournir une certaine régulation de charge de tension de VOUT. Dans cette conception, la tension continue est fournie par le circuit de filtre RC contrôlé par PWM qui fournit une sortie de conversion N/A à la broche de compensation. Une alternative consiste à fournir cette tension continue via des résistances fixes de la broche de compensation à GND sans tension de conversion N/A de compensation avec PWM. Avec cette option, le PWM, avec son matériel et son micrologiciel associés, serait éliminé dans le microcontrôleur.
Sur
Pour contrôler la séquence d'allumage, le PIC16F1509 a été utilisé, fonctionnant à 5,0 V et 4 MIPS, avec une horloge RC interne. La séquence de mise sous tension est lancée avec une instruction série via l'interface I2C et en appuyant sur un bouton.
Chaque PM suit une séquence avec un intervalle de temps défini entre 1 et 16.393 16,4 ms (1 s) avec une précision de 1 ms. Par exemple, PM10 peut s'allumer 2 ms après la commande de mise sous tension, suivi de PM25 après 4 ms, PM200 après 3 ms et PM1000 après 14 ms. Chaque PM a une valeur de temps de connexion correspondante, qui est une valeur entière non affectée de 2 bits dans le micrologiciel. Cette valeur est comparée à une valeur de temporisateur incrémentée toutes les millisecondes. S'il y a correspondance entre la valeur du temporisateur et la valeur du temps de connexion du PM, le PM correspondant est activé. Les temps d'activation et de désactivation peuvent être sélectionnés par l'utilisateur et enregistrés dans la mémoire flash du microcontrôleur. La séquence de mise sous/hors tension peut être démarrée et arrêtée via l'interface utilisateur graphique série IXNUMXC (GUI). Lorsqu'un PM est connecté, la sortie PWM correspondante est activée et VOUT est surveillé par le convertisseur A/N du microcontrôleur.
Le rapport cyclique PWM correspond à la valeur du convertisseur N/A 8 bits pour le PM. Cette valeur de convertisseur N/A peut être modifiée par l'utilisateur dans l'interface graphique ou dans le micrologiciel. La tension d'ajustement est générée par une combinaison de Rtrim et de la sortie PWM du microcontrôleur. Cette sortie PWM est envoyée au filtre RC pour générer une tension de convertisseur N/A qui, avec la résistance Rtrim, est appliquée à la broche de compensation PM. La sortie du PM est supervisée par un convertisseur A/N 10 bits sur le microcontrôleur. Chaque tension PM est moyennée sur 16 lectures pour donner une valeur de 14 bits. Seuls les huit bits de poids fort de cette valeur servent de référence pour la valeur de tension VOUT de chaque PM.
La référence de tension du convertisseur A/N est VDD ou 5,0 V. Par exemple, si la tension de sortie du PM est de 2,5 V, la précision de mesure serait (2,5 V / 5,0 V) /256 = 1,95 mV. Toutes les tensions de sortie sont surveillées en permanence pour voir si elles se situent dans les limites de surtension spécifiées. Si la tension PM est respectivement supérieure ou inférieure aux limites de sous-tension ou de surtension, un défaut est indiqué et le système s'arrête automatiquement.
Off
Le microcontrôleur contrôle également la séquence d'arrêt programmable des quatre alimentations. La séquence d'arrêt est initiée par une instruction série de l'I2C, toute défaillance du PM ou de la tension d'entrée et l'appui sur le bouton. Chaque PM suit une séquence d'arrêt avec un intervalle de temps fixé entre 1 et 16.393 16,4 ms (1 s) avec une précision de 4 ms. Par exemple, PM200 peut s'arrêter après 2 ms à partir de l'instruction d'arrêt, suivi de PM25 après 3 ms, PM200 après 1 ms et PM1000 après 14 ms. Chaque PM a une valeur de temporisation correspondante qui est un entier non affecté (valeur de 16 bits). Cette valeur est indépendante de la valeur du temps de connexion et est comparée à une valeur de compteur XNUMX bits qui s'incrémente toutes les millisecondes. Si les deux sont identiques, le PM correspondant est déconnecté. Les heures d'arrêt sont sélectionnables par l'utilisateur et sont stockées dans la mémoire flash. En cas d'échec de mise hors tension, une nouvelle séquence de mise sous tension démarrera automatiquement en fonction du nombre de tentatives sélectionnées par l'utilisateur. En règle générale, un utilisateur peut faire deux ou trois tentatives.
Si après toutes les tentatives, le système échoue à nouveau, il sera déconnecté et l'échec sera signalé. À l'aide de l'interface graphique I2C, l'utilisateur peut déterminer quel état du PM ou de la tension d'entrée a causé le défaut. L'utilisateur doit apporter les corrections appropriées pour effacer le défaut et redémarrer le système via une instruction série I2C ou l'interface graphique, puis réessayer la séquence de mise sous tension.
Microcontrôleur
Étant donné que quatre canaux PM sont utilisés dans cette conception, un minimum de quatre lignes d'E/S est nécessaire pour activer et désactiver la fonction. Quatre canaux de conversion A/N, quatre sorties PWM et deux lignes pour I2C sont également nécessaires. Un canal de conversion A/N supplémentaire a été utilisé pour échantillonner la tension d'entrée, MCLR, VDD, VSS et les broches de programmation : 20 broches en tout. La figure 1 montre le schéma fonctionnel du système.
Le microcontrôleur est alimenté à 5,0 V via un régulateur de 5 V. L'horloge RC interne de 16 MHz est utilisée pour faire fonctionner le CPU à 4 MIPS. Le matériel et le micrologiciel peuvent être modifiés pour prendre en charge jusqu'à 10 heures. Si plus de PM sont nécessaires, le nombre d'E/S augmentera et un microcontrôleur de plus grande capacité devra être sélectionné. Si moins de députés sont nécessaires, un appareil plus petit peut être utilisé. Les exigences de tension de réglage peuvent également varier. Si l'utilisateur veut ajuster le PM uniquement avec la résistance externe, la tension du convertisseur N/A et le PWM associé ne sont pas nécessaires.
Le logiciel pour contrôler le PWM et le convertisseur N/A sont également supprimés. Chaque PM a sa propre limite de surtension et de sous-tension, ainsi que des plages inférieure et supérieure pour la tension définie. Une interface esclave I2C est implémentée sur le microcontrôleur pour les communications série avec une interface graphique I2C externe. Les utilisateurs peuvent implémenter un circuit d'interface I²C-mini USB de MCP2221 dans leur propre matériel ou, si nécessaire, ils peuvent créer une interface I²C différente. Tous les micrologiciels pour les périphériques d'E/S, la minuterie 1, le convertisseur A/N, le PWM, la mémoire flash et l'I²C ont été créés et initialisés à l'aide du logiciel gratuit MPLAB Code Configurator (MCC). Le convertisseur A/N est essentiellement chargé d'exécuter et d'échantillonner la tension des modules 0 à 4.
Le module 0 correspond à la tension d'entrée, qui est toujours surveillée en cas de défaut. Une panne de tension d'entrée provoque un déclenchement et aucune nouvelle tentative n'est effectuée. Le convertisseur A/N 10 bits échantillonne chaque tension 16 fois, puis utilise la valeur moyenne 8 bits pour vérifier s'il existe une erreur par rapport aux limites de sous-tension et de surtension correspondantes. Sur le matériel utilisé, la référence de tension est de 5,0 V ou le système VDD. Une référence de 5,0 V fonctionnera correctement lors de l'échantillonnage et de la conversion de 1,8 ; 2,5 et 3,3 V. Cependant, pour le module 5,0 V et la tension d'entrée, une résistance de division est nécessaire pour avoir la plage complète de tensions dans la référence de 5,0 V. Le facteur Le diviseur de résistance pour le module 5,0 V est de 0,55 et le facteur de division pour la tension d'entrée est de 0,239. Les utilisateurs devront utiliser cette valeur pour le calcul des valeurs limites de sous-tension et de surtension et les définir de manière appropriée dans les fichiers d'en-tête. Cela est particulièrement vrai si l'utilisateur décide d'utiliser des valeurs autres que celles utilisées ici.
Interface graphique du séquenceur d'alimentation
L'interface graphique de Feed Sequencer a été conçue pour permettre à l'utilisateur de saisir des données pertinentes et des données pertinentes pour le superviseur, ainsi que pour contrôler l'application Feed Sequencer. L'interface graphique est illustrée à la Fig. 2. La fenêtre principale comporte des options système à gauche et des options de module sous forme d'onglets à droite. Dans les options système, l'utilisateur peut activer, arrêter, redémarrer et lire les valeurs actuelles du firmware. La fenêtre d'état permet à l'utilisateur de définir le VOUT correspondant à l'index du module. Ces valeurs peuvent être modifiées par l'utilisateur et seront enregistrées à la fermeture de l'interface graphique. L'utilisateur peut également entrer la valeur de référence du convertisseur A/N, qui pour cette note d'application a été réglée sur 5,0 V. Enfin, l'utilisateur peut enregistrer les paramètres du module mis à jour dans une mémoire de programme flash en appuyant une seule fois sur le bouton d'enregistrement sur le flash.
Sous l'onglet de chaque module, l'utilisateur peut également définir ou lire les valeurs existantes pour chaque module. Le module 1 est le module 5V et l'utilisateur peut définir les paramètres normaux et d'étendue ainsi que les limites supérieure et inférieure pour ce module, toujours avec les temps d'activation et d'arrêt en millisecondes. Dans cet onglet, vous pouvez également modifier et saisir le facteur de division de tension. Dans l'onglet de chaque module, vous pouvez augmenter ou diminuer la valeur du convertisseur D/A, en utilisant la flèche vers le haut ou vers le bas à côté de la fenêtre des valeurs du convertisseur D/A. La valeur augmente ou diminue et si le module est connecté, la tension de sortie sera lue et mise à jour.
Pour voir le changement de tension, plusieurs augmentations ou diminutions doivent être effectuées. Cette fonction permet à l'utilisateur d'augmenter ou de diminuer la tension de sortie pendant la vérification du système lorsque les tensions atteignent leur limite. C'est ce qu'on appelle un test de limite de tension et permet à l'utilisateur de tester un système entier lorsqu'une ou plusieurs des tensions de sortie atteignent leurs limites de sous-tension ou de surtension. Les valeurs de tension sont affichées sous forme de valeurs de tension réelles (3,3 ou 2,5 V). La valeur du convertisseur N/A et les limites de la plage sont affichées sous forme de valeurs 8 bits comprises entre 0 et 255.
Conclusion
Un ingénieur peut implémenter un séquenceur de puissance à l'aide d'un dispositif PIC16F1XXX, qui peut être facilement modifié par l'utilisateur pour contrôler quatre modules de puissance de sa propre conception. Ils peuvent également ajouter plus de modules d'alimentation à leurs applications ou supprimer des modules pour une application plus petite. Le matériel et le micrologiciel ont été créés dans un format modulaire pour s'adapter facilement à ces objectifs. La figure 3 montre la carte complète.
