Hakkuriteholähteen säädön suunnittelu

Abstract

Diplomityö on tehty osana ETX-tutkimushanketta: 'Volyymiteholähteen suunnittelumetodien kehitys ja optimointi DFM-viitekehyksessä'. Työssä suunnitellaan hakkuriteholähteelle säätäjä. Tähän suunnittelun sektoriin syventyminen on teollisuudessa jäänyt monesti vähälle. Säätö on tavallisesti ajan puutteen ja apuvälineiden käytön osaamattomuuden tai puuttumisen takia suunniteltu kokeilemalla. Työssä muodostetaan jännitemuotoisesti säädetylle hakkurille piensignaalimallilla linearisoidut siirtofunktiot, joiden perusteella voidaan tarkastella hakkurin stabiilisuutta takaisinkytketyssä säätösilmukassa. Stabiiliustarkastelu tehdään taajuustasossa käyttäen Bode-kuvaajia. Näiden kuvaajien perusteella viritetään järjestelmään säätäjä. Säätäjän toimintaa aikatasossa tarkastellaan simuloimalla ja reaalisen laitteen toimimista laboratorioprototyypin avulla. Tulosten perusteella voidaan todeta, että jännitemuotoisella säädöllä flyback-hakkuri saadaan nopeaksi epäjatkuvalla käämivirralla. Mikäli halutaan hakkurin toimivan jatkuvalla käämivirralla, on syytä käyttää muita säätömenetelmiä, esimerkiksi huippuvirtasäätöä.

This thesis is a part of the research program: 'Development and optimization of the volume power supply in the frame of DFM'. In the study there is designed a controller for a switching mode power supply. This field of the design has often been neglected in the industry. Normally the control has been designed experimentally because of the insufficient knowledge about the instruments and because of the lack of the time or the instruments. In the study there are first made linearized transfer functions for the stability examination of the feedback loop of the converter. The examination is made in the frequency domain using Bode plots. A controller for the system is designed based on these curves. The behavior of the controller in the time domain is examined by simulations. Finally measurements on the laboratory prototype for ensuring the behavior of the real system are made. Based on the results it can be stated that a flyback converter operating on voltage mode control has fast response in discontinuous conduction mode. If the converter is wanted to operate in continuous conduction mode it is better to use some other control methods, peak-current mode control for example.