Приветствую! Хочу рассказать о весьма интересной для разработчика электроники утилите, которую я уже давно применяю в своей профессиональной деятельности. Утилита Power Stage Designer TM от компании Texas Instruments — инструмент из «маст хэв» набора разработчика источников питания, преобразователей, силовой электроники. Как следует из названия, утилита предназначена для расчёта параметров силовой части (power stage), а также включает в себя некоторые дополнительные возможности, помогающие в решении смежных задач.
Основные возможности утилиты:
- Расчёт основных параметров преобразователя;
- Калькулятор параметров петли обратной связи «Loop Calculator»;
- Расчёт потерь MOSFET-транзистора «FET Losses»;
- Расчёт конденсаторов «Capacitor Calculator»;
- Расчёт демпфирующих цепей «Snubber Calculator»;
- Расчёт параметров цепей регулирования/стабилизации выходного напряжения «Output Voltage Scaling»;
- Конвертер единиц измерения «Unit Converter».
Расчёт основных параметров преобразователя
Запускаем программу и видим вот такой набор топологий:
Why Are Texas Instruments Calculators So Expensive? [LGR Tech Tales Addendum]
Выбираем топологию для расчёта. Для примера выберу прямоходовой преобразователь с активным ограничением (active clamp forward converter). В качестве расчётных значений я ввёл параметры одной из своих разработок — DC/DC преобразователя на DIN-рейку. Окно расчёта выглядит так:
Здесь можно задавать входные параметры для расчёта и видеть результаты. В области «Design Values» задаваемые параметры, в области «Recommended Values» рекомендуемые программой параметры, значения которых можно выбрать и ввести в области «Choose Values». В области «Calculated Values» рассчитанные программой значения.
Кроме того, все элементы схемы, выделенные жёлтым цветом кликабельны. Можно увидеть форму тока и напряжения на элементе, а также основные параметры при различных значениях входного напряжения и тока нагрузки:
Некоторые замечания по расчёту:
- Если ввести значения, отличные от рекомендуемых, расчётные значения могут получиться не соответствующими требуемым, при этом несоответствие выделяется красным цветом;
- При удержании курсора в поле ввода выводятся подсказки по параметрам. Например, на скриншоте выведена подсказка по параметру «Inductance»;
- Если кликнуть на один из элементов схемы, в окне расчёта параметров этого элемента изменить входное напряжение или ток нагрузки, а затем вернуться в основной расчёт, все параметры там будут пересчитаны для этих новых изменённых значений напряжения и тока;
- Расчёт основных параметров идеализированный. Это означает, что при расчёте не учитываются такие параметры как: индуктивность рассеивания, сопротивление открытого канала транзисторов — соответственно статические потери в них, динамические потери в ключевых элементах, сопротивление обмоток трансформатора/дросселя, их нелинейность.
Калькулятор параметров петли обратной связи «Loop Calculator»
Утилита для анализа устойчивости/динамики преобразователя, построения амплитудно-частотной (АЧХ) и фазо-частотной (ФЧХ) характеристик.
Texas Instruments Aptitude Assessment Test Explained!
В разделе «General Information» вводятся исходные параметры преобразователя для расчёта.
В разделе «Control Sheme» выбирается тип и режим управления силовой части. Например, «VMC Buck» — понижающий преобразователь, режим по напряжению (voltage mode control). «CMC Forward» — прямоходовой преобразователь, токовое управление (current mode control).
В разделе «Compensation Network» выбирается тип корректирующей схемы, саму схему можно увидеть нажав на кнопку «COMP Networks».
В разделе «Gain Information» задаются параметры, определяющие петлевое усиление, в частности:
- Vramp — PWM ramp voltage, амплитуда пилы ШИМ;
- Gm — Error amplifier transconductance, крутизна характеристики/активная проводимость усилителя ОС, данный параметр приводится при использовании в цепи компенсации усилителя с токовой обратной связью (трансимпедансный усилитель);
- Rs — Current sense resistor, сопротивление резистора датчика тока;
- As — Current sense amplifier gain, коэффициент усиления по току;
- AOL — Error Amplifier open loop gain, коэффициент усиления усилителя ошибки при разомкнутой ОС;
- GBWP — Gain-bandwidth product — произведение усиления на полосу пропускания (параметр операционного усилителя, который можно найти в ДШ);
- RP/RD — Optocoupler transfer ratio, коэффициент передачи оптрона;
- Vslope — Slope compensation voltage/slope compensation multiplier (SLM), напряжение компенсации уровня наклона пилы/коэффициент компенсации уровня наклона. По клику ПКМ в данном поле можно выбрать между этими двумя параметрами.
- Силовой части преобразователя («Gain Power Stage», «Phase Power Stage»);
- Усилителя ошибки («Gain Error Amplifier», «Phase Error Amplifier»);
- Полная характеристика системы («Total Gain», «Total Phase»);
- Усилителя ошибки при разомкнутой ОС («Gain Error Amplifier (Open Loop)»)
Расчёт потерь MOSFET-транзистора «FET Losses»
Данная утилита позволяет оценить статические и динамические потери в MOSFET-транзисторе преобразователя.При запуске утилиты из окна основного расчёта конвертера, исходные данные (токи и напряжения на ключе) переносятся в раздел «General Circuit Information». Области «FET1» и «FET2» полностью идентичны, это позволяет сравнить два различных транзистора по потерям. Давайте рассмотрим пример расчёта.
В своей разработке в качестве силового ключа я применял транзистор IRFI4227. Не скажу, что даже пять лет назад (когда был разработан ИП, приведённый в качестве примера в начальном расчёте) это был оптимальный выбор, однако, он был продиктован тем, что данный транзистор уже находился в базе данных предприятия, применялся в серийно выпускаемой продукции, имелся на складе. Кроме того, для данного ИП были довольно жёсткие таргеты по цене, поэтому было принято решение для теплоотвода посадить транзистор на алюминиевый корпус модуля, а так как хотелось обеспечить простую и технологичную сборку, то нужен был транзистор в изолированном корпусе.
Итак, давайте для примера сравним потери в IRFI4227 с потерями, которые можно обеспечить применив современный MOSFET. Как видно из расчёта, в данной схеме максимальное напряжение на ключе составляет 45В, поэтому я подобрал транзистор на 60В типа IPA060N06NM5S компании Infineon, как одного из лидеров отрасли. Транзистор выбирал более-менее сбалансированный по «лёгкости» затвора и сопротивлению канала.
Теперь нужно заполнить требуемые параметры. Рассмотрим на примере транзистора IRFI4227. Открываем даташит — я выделил параметры, которые используются при расчёте:
Нужно заметить, что значение сопротивления канала занесено с учётом зависимости от температуры кристалла, температура выбрана 80ºС.
Однако, параметры Qgs, Qg(th), Vmiller в ДШ отсутствуют, что же делать? К счастью, специалисты компании TI позаботились о пользователях их тулзы и нажав на кнопку «Info» я обнаружил такую подсказку:
Обратимся к соответствующему графику в ДШ:
А также вот такой поясняющей диаграмме:
И получим недостающие нам параметры: Qgs=24нКл; Qg(th)=15нКл; Vmiller=6,5В.
Финальный сравнительный расчёт показан на скриншоте ниже. Видно, что более современный транзистор IPA060N06NM5S (и к тому же выбранный под заданное напряжение) имеет в несколько раз меньшие как статические, так и динамические потери чем IRFI4227.
Впрочем, если говорить про динамические потери, по моему мнению, данный расчёт всё же следует считать приблизительным, оценочным. Причин этому несколько, например, точно не известно, какие паразитные индуктивности присутствуют в схеме, соответственно условия коммутации могут не учитываться. Второе – высокая вариативность модели потерь.
Скажем, параметр VGS(th) транзистора IRFI4227 в даташите точно не нормирован, а приведён диапазон 3,0-5,0В. Соответственно для расчёта я выбрал значение 4,0В, для этого же значения по характеристике Typical Gate Charge определил параметр Qg(th). Если использовать граничные значения 3В и 5В, то динамические потери изменяются почти в полтора раза.
Соответственно, моя рекомендация – считать динамику можно и нужно, особенно при том, что Power Stage Designer Tool позволяет это сделать довольно быстро. Однако использовать полученные данные нужно как оценочные и подтверждать их испытаниями.
Расчёт конденсаторов «Capacitor Calculator»
В этом расчёте имеются две вкладки. Первая – «Capacitor Current Sharing». Здесь можно посчитать действующие токи конденсаторов при их параллельном соединении. Полезно, когда несколько конденсаторов разной ёмкости и с разными ESR установлены на выходе преобразователя и нужно определить какую долю пульсаций тока заберёт на себя каждый из них.
Вторая – «Bulk Capacitor for AC/DC Power Supplies». В ней можно посчитать требуемую ёмкость на входе преобразователя. Подразумевается, что активный ККМ отсутствует, то есть на входе после выпрямителя сразу установлен накопительный конденсатор.
Расчёт демпфирующих цепей «Snubber Calculator»
В этом расчёте также имеются две независимые вкладки. Первая – «RC-Snubber for Rectifiers», которая позволяет рассчитать номиналы элементов демпферной RC-цепи выпрямителя.
Продемонстрирую на практике как это работает. У меня под рукой оказалась плата одной из моих разработок – источника питания для ПЛК, мощность ИП 25Вт, топология – обратноход. В качестве выпрямительных диодов применены MURD620 две штуки в параллель. Итак, полностью убираем демпферную цепь с выходных выпрямительных диодов и видим такую форму напряжения:
Как видно из осциллограммы, выброса на максимальном обратном напряжении нет, но есть колебания после окончания отдачи тока вторичной обмоткой (конвертер работает в режиме прерывистых токов). Посмотрим, удастся ли подавить эти колебания используя методику данной утилиты.
Растяну чтобы измерить частоту колебаний:
Видно, что период составляет 575нс, что соответствует частоте 1,74МГц. Теперь добавляем параллельно выходным диодам конденсатор 470пФ. Откуда такое значение? В описании методики написано, что нужно взять ёмкость, в несколько раз превышающую ёмкость перехода диода.
В данном случае колебания происходят при практически нулевом напряжении, соответственно по зависимости ёмкости от напряжения (из даташита на диод) получаем значение 50пФ, у меня два диода, общая ёмкость 100пФ, умножаем это значение на пять. Я взял конденсатор на 470пФ из того, что было под рукой. Кстати, обязательно, чтобы класс диэлектрика конденсатора был NP0, ну или в крайнем случае X7R.
Смотрим форму напряжения:
Период колебаний изменился, аналогично растянув осциллограмму, измеряем период 875нс, что соответствует частоте 1,14МГц.
Заносим полученные значения:
В соответствии с рекомендациями утилиты, я установил демпфирующую RC-цепь с номиналами 1000пФ, 250Ом. Получилась следующая форма напряжения:
Видно, что колебания удалось подавить. Конечно ещё необходимо проверить, какая мощность рассеивается в резисторе, но это уже другая история.
Вторая вкладка «RCD-Snubber for Flyback Converters». В ней можно посчитать кламперную RCD-цепь для обратноходового преобразователя.
Расчёт параметров цепей стабилизации выходного напряжения «Output Voltage Scaling»
На вкладке «Output Voltage Resistor Divider» можно рассчитать параметры резисторного делителя цепи стабилизации выходного напряжения. Причём есть возможность указать из какого ряда следует выбирать резисторы Е24, Е48 или Е96. Также есть возможность задать допустимое отклонение источника опорного напряжения.
На вкладке «Dynamic Analog Output Voltage Scaling» рассчитывается аналогичная цепь, но для случая регулирования выходного напряжения аналоговым сигналом.
И третья вкладка в этом разделе – «Dynamic Digital Output Voltage Scaling». Позволяет рассчитать набор резисторов для управления выходным напряжением дискретными сигналами.
Конвертер единиц измерения «Unit Converter»
Ну, думаю, тут комментарии излишни.
Утилита Power Stage Designer, как и любой другой инструмент предназначена для решения определённого круга задач. Не стоит думать, что она сделает любого профессиональным разработчиком силовой электроники в мгновение ока. Без понимания процессов, происходящих в схеме это вряд ли возможно. Тем не менее, возможности программы позволяют довольно существенно облегчить жизнь разработчику.
Например, я применяю эту тулзу при предварительном расчёте и выборе топологии преобразователя. Можно потратив всего несколько минут посчитать токи и напряжения на элементах, прикинуть потери, оценить применимость топологии. Это не отменяет того, что на следующем этапе нужно делать полный, более подробный расчёт.
Надеюсь, что этот краткий обзор будет вам полезен. Утилита доступна на сайте Texas Instruments.
Интересных разработок!
Power is cool. Deal with it.
- силовая электроника
- расчеты
- источники питания
- power stage designer
- power supply design
- разработка электроники
- утилиты
- Схемотехника
- Производство и разработка электроники
- Электроника для начинающих
Источник: habr.com
Программное обеспечение для работы с ЦСП Texas Instruments
— Code Composer Studio (CCS TI) v.4 – мощная интегрированная среда разработки для создания кода для DSP семейства TMS320, ARM процессоров, и других процессоров, таких как MSP430, выпускаемых Texas Instruments. Code Composer Studio включает окно для набора и редактирования текста программы, окно для программирования процессора и отладки программы. Отладка через JTAG интерфейс предполагает остановку выполнения программы в процессоре по точкам останова (breakpoints), пошаговый режим исполнения и отображение всех необходимых данных в отдельном окне. Данная среда поддерживает программирование с использованием операционной системы реального времени DSP/BIOS. Также в состав продукта входят симуляторы. (CCS v.4 предоставлен фирмой TI по университетской программе, для учебных целей.) В настоящее время существуют более поздние версии CCS v.5, но интерфейс пользователя у них тот же.
— Cool Edit — аудио редактор производства фирмы Syntrillium Software, используется для генерации входного сигнала, необходимой формы. (Используются только ограниченные возможности программы, реализованные в свободно распространяемой версии.)
— MatLab 8.0 — пакет прикладных программ для решения задач технических вычислений и одноимённый язык программирования, используемый в этом пакете. Из этого пакета нам понадобятся для проектирования цифровых фильтров, использующихся в дальнейшей работе. (Использовалась ограниченная версия, централизованно приобретённая ННГТУ им. Р.Е.Алексеева для учебных целей.)
Порядок работы в среде CCS
Основой программного обеспечения для лабораторных работ был выбран C5000 Teaching ROM с сайта Texas Instruments (распространяется бесплатно для учебных целей). В ходе данной работы были разобраны некоторые из предложенных тем из этого курса.
Для начала мы рассмотрим, как создавать проекты и какие настройки могут потребоваться при первом запуске Code Composer Studio. Создание проекта и отладка программы в CCS производится в стандартной оболочке eclipse, имеющей соответственно два окна C/C++ и Debug.
При запуске CCS запрашивает имя рабочего пространства (Workspace) в котором могут находиться несколько проектов, например по одной тематике. Название рабочего пространства соответствует “папке” на диске компьютера.
После загрузки CCS, первое, что требуется сделать, это создать новый проект или выбрать один из ранее созданных проектов. Если в рабочей области есть несколько проектов, то они все отображаются на экране. Для создания нового проекта, требуется выбрать следующие пункты меню File — New — CCS Project (Рис. 4.1.) при этом создаётся подкаталог в папке рабочей области.
Рис. 4.1.Создание нового проекта
Далее в появившемся окне (Рис. 4.2.) задаем имя нового проекта и выбираем кнопку Next.
Рис. 4.2.Задание имени проекта
После чего предлагается выбрать тип проекта (Рис. 4.3.). Поскольку в данной работе мы используем TMS320C5535, то типом проекта мы выбираем C5500. В качестве предлагаемого параметра конфигурации (Configuration) можно выбрать одновременно “Debug” и “Release”. Эти параметры учитывают создание выходного файла для режима отладки “Debug” и для режима работы “Release”.
Размер выходного файла для отладки имеет больший размер. После окончательной отладки программы и для экономии памяти под программу рекомендуется трансляция выходного файла в формате “Release”. После чего нажимаем Next.
Рис. 4.3.Выбор типа проекта
В следующем окне (Рис. 4.4.) можно выбрать с какими проектами, из ранее созданных, будет связан новый проект. На данный момент это нам не требуется, и просто нажимаем Next.
Рис. 4.4.Связи между проектами
Далее будет предложено выбрать настройки проекта (Рис. 4.5.). Для наших проектов требуется в поле Device Variant выбрать TMS320C5515 и в поле Runtime Support Library указать rts55h.lib (данная библиотека предназначена для работы с huge моделью памяти). Остальные поля нужно оставить без изменений. И далее по нажатию кнопки Finish будет создан новые проект с именем NewProject.
После трансляции проекта должен создаться файл с расширением out (*.out).
Рис. 4.5.Настройки проекта
Для запуска и отладки проектов нам потребуется создать Target Configuration. Для этого нужно выбрать Target — New Target Configuration. В появившемся окне (Рис. 4.6.) предлагается выбрать имя для нашей конфигурации, например, оно может быть C5515TargetConfiguration. После выбора имени нажимаем кнопку Next и переходим к следующему шагу создания конфигурации.
Рис. 4.6.Выбор имени для новой конфигурации
На следующем шаге в открывшемся окне (Рис. 4.7.) нам нужно выбрать для поля Connection — Texas Instruments XDS100v2 USB Emulator, а в поле Device отметить галочкой нужное нам устройство, для нас это USBSTK5515 (подходит и для 5535). После этих действий, нужно нажать кнопку Save, и создание Target Configuration будет закончено. Создаётся файл конфигурации с расширением ccxml.
Рис. 4.7.Завершающий этап создания Target Configuration
На этом закончена подготовку CCS для работ и теперь можно приступать к знакомству с работой ЦСП TMS320C5535.
Источник: cyberpedia.su
Texas instrument что за программа
Форум KAZUS.RU » Форумы по электронике » Proteus, KiCAD и другие ECAD » Бесплатный, руссифицированный симулятор от Texas Instruments
Регистрация: 07.12.2004
Адрес: Урал
Сообщений: 251
Сказал спасибо: 12
Сказали Спасибо 71 раз(а) в 40 сообщении(ях)
Бесплатный, руссифицированный симулятор от Texas Instruments
Пришло сообщение от TI, а там бесплатная, Space-based программа для моделирования электроники. Интерфейс русский, очень похоже на микрокап. Много всевозможных моделей и примеров.
Скачать можно тут: http://focus.ti.com/docs/toolsw/fold. id_pod3=495039
Называется TINA TI v9. Скриншот
lsa (30.06.2011), warel (28.06.2019)
Почётный гражданин KAZUS.RU
Регистрация: 13.10.2007
Адрес: Беларусь
Сообщений: 8,048
Сказал спасибо: 60
Сказали Спасибо 3,954 раз(а) в 2,309 сообщении(ях)
Re: Бесплатный, руссифицированный симулятор от Texas Instruments
ТИНЕ сто лет в обед, у каждого крупного производителя есть такая. А вот Первый в мире однокристальный инфракрасный цифровой MEMS-датчик температуры (все встроено в чип, погрешность пол-градуса) — это уже гораздо интересней
Регистрация: 07.12.2004
Адрес: Урал
Сообщений: 251
Сказал спасибо: 12
Сказали Спасибо 71 раз(а) в 40 сообщении(ях)
Re: Бесплатный, руссифицированный симулятор от Texas Instruments
Хороший датчик, только мне пока это не надо, да и дойдет до нас не скоро. Правда там продают недорого набор для тестирования, но это скорей игрушка, не применимая к делу. А вот программа на русском неплохо, не встречал нормально руссифицированных программ. Есть варианты?
Последний раз редактировалось ZSG; 01.07.2011 в 12:07 .
Почётный гражданин KAZUS.RU
Регистрация: 10.11.2009
Адрес: Свердловская область, г. Ирбит
Сообщений: 3,996
Сказал спасибо: 165
Сказали Спасибо 1,243 раз(а) в 733 сообщении(ях)
Re: Бесплатный, руссифицированный симулятор от Texas Instruments
Очень интересная программулина. Скажите, а как добавлять элементы в базу для её расширения? Или это возможно только через создание собственных макросов? Ну а если есть базы дополнения элементов, то где их найти?
__________________
«У принца Лимона всё наоборот: воры и убийцы у него во дворце, а в тюрьме сидят честные граждане» (с) Дж. Родари «Приключения Чипполино»
Регистрация: 07.12.2004
Адрес: Урал
Сообщений: 251
Сказал спасибо: 12
Сказали Спасибо 71 раз(а) в 40 сообщении(ях)
Re: Бесплатный, руссифицированный симулятор от Texas Instruments
Загрузил программулину недавно, сам не очень понимаю. Загрузить можно SPACE-модели Texas Instruments, с этим понятно, там даже ссылка есть на этот ресурс. Только надо регистрироваться, чтобы что-то получить. Можно воспользоваться макросом наверное для создания или загрузки элемента. Хелп на русском надо читать подробно.
Для редактирования SPACE-модели элемента можно сделать кликнув правой кнопкой мыши на выбранном элементе и пункт меню «Войти в подсхему». Для изменения графического изображения аналогично выбрать «Редактировать схему»
Последний раз редактировалось ZSG; 04.07.2011 в 11:05 .
Регистрация: 16.10.2010
Сообщений: 2
Сказал спасибо: 0
Сказали Спасибо 1 раз в 1 сообщении
Re: Бесплатный, руссифицированный симулятор от Texas Instruments
Спрошу ещё тут. Раздел ведь другой.
В хелпе к TINA-TI 9 я увидел в списке доступных операционных усилителей
AD845. Но я не могу её найти. Может она в полной версии TINA есть?
У меня триал полной версии закончился и я не могу посмотреть сам. Подскажите пожалуйста.
Источник: kazus.ru