Проект «Восток-Антарктика» – контроллер (часть1)

К сожалению мои ожидания от поделки под названием TC-720 не оправдались, о чем я расскажу позже, а пока мы с Вами проникнемся значением фразы “как корабль назовешь, так он и поплывет”. А плывет он столь-же не легко как и строилась собственно сама Антарктическая станция “Восток”. Часть проекта сделана, но всплыл ряд проблем, одной из которых является контроллер. Его я решил сделать сам.

Суть всего контроллера заключается в PID-регуляторе, силовой части и термодатчике. Но я не иду по пути наименьшего сопротивления, по этому концепт моего контроллера приобрел вид:

В нем мы видим две петли регулирования:

  1. PID-петля управления температурой объекта.
  2. PI-петля управления температурой горячей стороны модуля.

Если с первой петлей все очевидно, то вторая петля довольно важна при длительных экспериментах дома. Поскольку постоянный шум системы водяного охлаждения сильно мешает и его необходимо регулировать на минимально-возможный уровень.

Так как большую часть работы по силовой части на себя уже взяли инженеры Cotek, мне остается только сделать переключатель полярности на H-bridge, чтобы получить из одно-квадрантного БП, двух-квадрантный БП чтобы управлять не только мощностью теплового потока, но и его направлением.

И тут мы плавно подходим к силовой части проекта, основой которой является H-мост переключающий полярность. Со времен IRF540 с его 77мОм каналом утекло много воды. Для современных N-канальных транзисторов считается нормой иметь сопротивление в 100 раз меньше. Я решил применить транзисторы ON Semiconductor(в девичестве Fairchild) NTBLS0D7N06C упакованные в современный TOLL формат с типичным Rds(on) 0.56мОм.

Для лучшего понимания, поясню на картинке, как H-мост переключает полярность. Для этого нам нужно всего два состояния полевых транзисторов моста.

Первое дает прямой режим тока, на охлаждение:

Второе реверсный режим тока, на нагрев:

То есть мы просто меняем пары открытых полевиков, и изменяется направление тока. N-канальные полевики используются по тому, что их Rds(on) минимален. Можно конечно выполнить мост на P+N-парах, но тогда увеличится нагрев. Учитывая максимальный ток 27.5A Cotek AE-800-30, широкие полигоны меди 2-х унцевой толщины, применение только современных N-канальных полевиков и статический режим H-моста, пиковое тепловыделение платы не должно превысить 1.5 Вт, а значит можно обойтись без радиаторов и вскрытия маски. Совсем небольшая потеря по напряжению на контакте с платой все-же вполне может произойти, но она с компенсируется 4-х проводным подключением БП, хотя это скорее перфекционизм, а не необходимость.

Надо отдельно остановится на статическом режиме работы H-моста. В отличии от обычных применений, нет нужды H-мостом регулировать мощность элемента Пельтье, эту работу выполняет AE-800. К тому-же переключение направления тока из за свойств регулирования, происходит как правило только в точке 0 вольт. Это означает что режим работы полевиков не только статический, но и очень лайтовый. Но это-же и налагает ограничения, поскольку при использовании только N-канальных полевиков моста, без драйвера тут не обойтись. Причем драйвер нужен не обычный, а с поддержкой статического режима, поскольку большинство из них заточено на PWM, и вспомогательная бустерная емкость открывающая канал “топ”-ового полевика в каждом плече моста заряжается в момент закрытого цикла “топ”-ового полевика. Один из немногих подходящих драйверов в свое время сварил Linear(бля и почему я не удивлен), это Linear Technology LT1336. Он содержит встроенный степ-ап преобразователь для поддержания потенциала бустерной емкости в любом режиме работы плеча моста.

Я не стал отходить от референсной схемы LT1336, поскольку она не плоха.

Ну а так как режим тока нам нужен только прямой или обратный, все управление свелось к одной оптопаре и полевику. На той-же плате разместится и опторазвязки моста и RS232 для управления БП.

Саму-же плату планируется крепить прямо на силовые терминалы БП, на винты.

Stitching(по русски дуршлак crazy) на плате выполнен для улучшения тепловой связи обратной стороны и улучшения охлаждения.

На этом пока все, продолжим позже!

Проект «Восток-Антарктика» – контроллер (часть1): 1 комментарий

Добавить комментарий