Frekvenciaváltó mikrokontrolleres vezérlőkártyájának tervezése

OData támogatás
Konzulens:
Dr. Varjasi István
Automatizálási és Alkalmazott Informatikai Tanszék

Napjainkban a megújuló energiaforrások terjedésével, és az elektromos hajtások fejlődésével egyre komolyabb feladat hárul az ehhez szükséges villamosenergia átalakítók gyártóira. Ezen gyártók egyike a PROCON Hajtástechnika kft. Elsősorban hajtásokban használt invertereik közé tartozik a V3D család, mely széles körben alkalmazható kisteljesítményű aszinkron motorok vezérlésére vagy szabályozására. A Budapesti Műszaki Egyetem Automatizálási és Alkalmazott Informatikai tanszékének Teljesítményelektronikai laborja is rendelkezik egy ilyen típusú inverterrel, ezt egyedileg programozva ipari alkalmazásokban használják, de alkalmas lehet hallgatói mérésekhez is. A frekvenciaváltó vezérlését mikrokontrolleres kártya biztosítja, melynek központi eleme a Texas Instruments TMS320F2808-as digitális jelfeldolgozó processzora. A processzort kifejezetten hajtások vezérléséhez fejlesztették ki, perifériái már hardver szinten támogatják az ilyen alkalmazásokat, például különféle védelmek beiktatásával. Az eszköz azonban egyre jobban elavul. Matematikai műveleteket csak fixpontos számábrázolással tud végezni, mely nagyban nehezíti a szoftverfejlesztést. Ezen kívül memóriája is kezd szűkössé válni. Konzulensemmel arra a döntésre jutottunk, hogy feladatom a processzoros kártya újratervezése lesz egy, a Texas Instruments azonos családjába tartozó lebegőpontos műveleteket támogató mikrokontrollerével. A kiválasztásnál fontos szempont volt, hogy az új kártya a régi funkcióit maradéktalanul el tudja látni. Első lépésként megismerkedtem az eredeti kártya, és az inverter funkcióival, valamint a mikrokontrollerben használt perifériákkal. Ezután kiválasztottam a megfelelő eszközt a Texas Instruments kínálatából, ügyelve a perifériák megfelelő számára, valamint a processzor tokozására is. Utóbbira azért volt szükség, mivel a panel kézzel kerül beültetésre így nem választható olyan tokozás, amelyet csak tömeggyártásban használt eszközökkel lehetne beültetni. Fontos szempont volt még a minél kisebb fizikai méretekkel rendelkező eszköz választása is, mivel a panelen korlátozott hely áll rendelkezésre. A megfelelő eszköz kiválasztása után az áramkör többi elemének tervezését végeztem. Az új processzor miatt szükséges volt új tápegység, valamint új kvarcoszcillátor, és további kiegészítő alkatrészek választása is. A kártyát Altium Designerrel terveztem, ahol a kiválasztott alkatrészeket, valamint azok footprintjét is el kellett készítenem. Ezután megterveztem az új kártya kapcsolási rajzát, ügyelve egyrészt a processzor katalógusában közölt tervezési elvek betartására, másrészt konzulensem igényeire, melyek azt a célt szolgálták, hogy az elkészült kártya más típusú inverterekben is használható, valamint további egyedi igények szerint módosítható legyen. Az áramkör tervezés utolsó lépése a nyomtatott áramköri kártya elkészítése volt. Mivel a kártya nagyteljesítményű eszközbe kerül, gondot kellett fordítanom az alkatrészek elhelyezésére, hogy azok minél kevésbé legyenek kitéve a eszközt érő elektromágneses zavaró hatásoknak. A kártya tervezésekor a nyomtatott huzalozású lemez gyártójának technológiai korlátait is figyelembe kellett vennem. Az így elkészült kártya gyorsabb fejlesztést tesz lehetővé, valamint nagyobb memóriája miatt egyszerre több feladatra is alkalmazható a szoftver cseréje nélkül, ezáltal könnyítve a tanszék munkáját.

Letölthető fájlok

A témához tartozó fájlokat csak bejelentkezett felhasználók tölthetik le.