UTC: управляющая программа/режимы QCW

Общие сведения

QCW (Quasi Constant Wave) — режим работы трансформатора Тесла, в котором первичный колебательный контур накачивается настолько долго, что ток в нем перестает нарастать из-за резонанса. Отсюда и название — ток достигает такого-же значения, как и при постоянной накачке.



Для того, чтобы не разрушить полупроводники очень большим током, его ограничивают, для этого используются следующие методы:

1. Понижающий преобразователь. На шину питания силовой части теслы подают управляемое напряжение. В таком случае, ток в контуре не может стать больше, чем это позволено законом Ома.
2. Фазосдвигающий мост. Половинки моста переключаются со сдвигом по времени. Таким образом ограничивается время накачки в каждом периоде, что аналогично понижению напряжения.

Как оказалось, управляя током можно не только «выращивать» длинные стримеры, но еще и неплохо управлять из внешним видом. Типичный вид стримеров QCW катушек можно увидеть в видео (катушка на видео принадлежит Steven Ward, изобретателю QCW топологии):

В UTC реализованы оба метода управления QCW катушками, а настраиваемая зависимость время->напряжение позволяет очень гибко управлять видом стримера.

Режим фазосдвигающего моста

Для включения этого режима, необходимо на вкладке «System» в разделе «Mode» переключить режим работы UTC на «PSQCW mode».

На выходы drv1a и drv1b будут подавать сигналы, синхронные с обратной связью, а на drv2a и drv2b — сдвинутые по фазе.



Для того, чтобы контроллер смог определить на какое время нужно сдвигать сигнал, в поле «Primary resonant frequency, kHz» закладки QCW необходимо задать примерную резонансную частоту первичного контура. Небольшая ошибка не повлияет значительно на работу теслы.

После того, как это сделано, необходимо настроить график зависимости выходной мощности от времени и записать настройки в UTC.

Режим ШИМ

UTC может выдавать сигнал, нарисованный на графике через ШИМ-выход. Этот сигнал можно передавать через развязку понижающему преобразователю.

Несущая частота ШИМ'а — 87.8кГц.

Для включения этой возможности, необходимо убедиться, что на вкладке «System» в разделе «Mode», не выбран режим «PSQCW Mode», после чего нужно выбрать режим «PWM Mode» на вкладке «QCW».

UTC выдает этот сигнал на вывод gpio3. Сигнал можно инвертировать, установив флаг «Invert PWM signal» на вкладке «QCW».

Режим внешнего контроллера

Передавать ШИМ понижающему преобразователю может оказаться сложно из-за небольшой полосы пропускания изоляторов. Для преодоления этой проблемы предусмотрен режим, когда понижающему преобразователю в цифровой форме передается таблица время->значение, которая была введена пользователем в закладке «QCW». После этого, понижающему преобразователю передается сигнал прерывателя, чтобы он мог «воспроизводить» эту таблицу.

Для включения этого режима, необходимо убедиться, что на вкладке «System» в разделе «Mode», не выбран режим «PSQCW Mode», после чего нужно выбрать режим «Ext. controller mode» на вкладке «QCW».

Формат передачи сообщений внешнему контроллеру

• Используется протокол UART, 9600, 2 стоп-бита, без четности
• Первым передается байт 0xAA, который обозначает старт посылки.
• Передаются 11 записей: [16.16 начальное значение][16.16 инкремент в микросекунду][ 32 бита, время до которого считать эту запись, мкс]
• 16.16 — число с фиксированной запятой, 100% соответствует 0xffff0000
• Если время до которого считать запись равно 0xffffffff, то это — последняя запись ее нужно воспроизводить до окончания сигнала прерывателя
• Передаются 16 бит, которые являются побайтовой арифметической суммой всех переданных ранее байт.
• После этого выполняется стартовая задержка. После нее, по этому-же проводу передается сигнал прерывателя.

UTC выдает сигнал для внешнего контроллера на вывод gpio3. Сигнал можно инвертировать, установив флаг «Invert ext. controller signal» на вкладке «QCW».

Оба сигнала (и PWM и ext. controller) подаются на один и тот-же вывод. Переключение между ними производится флагом в разделе «QCW mode» вкладки «QCW».

Ввод графика

Для ввода графика в таблице слева необходимо указывать пары время->выходная мощность в процентах. Всего можно ввести до 10 таких пар.

• Для режима ШИМ под выходной мощностью подразумевается коэффициент заполнения выходного сигнала.
• Для режима фазосдвигающего моста под выходной мощностью подразумевается сдвиг фазы второго сигнала в процентах от полупериода, указанного в графе «primary resonant frequency, kHz».
  

При вводе пар, график будет изменяться и наглядно демонстрировать зависимость время->мощность.

При низком сигнале прерывателя и при старте, выходная мощность определяется значением графика при времени = 0.
Если сигнал прерывателя больше, чем длинна графика, то выходная мощность будет равна последней точке на графике.

После редактирования графика, необходимо нажать кнопку «Write» для записи графика в контроллер.