Способ установки уровня выходного напряжения DC-DC преобразователя Российский патент 2023 года по МПК G06F9/24 

Изобретение относится к электронике, в частности к устройствам для программирования модульных цифровых DC-DС преобразователей.

Способ быстрого программирования модульных цифровых DC-DС преобразователей предназначен для работы с цифровыми модульными DC-DC преобразователями, построенными на базе микроконтроллеров. Одной из основных характеристик преобразователя является выходное напряжение.

Наиболее распространены два способа программирования микроконтроллеров (патенты RU 2651142, RU 2531639, RU 2630371, US 6161199, US 2006129793, CN 202563492 и др.): отдельное программирование с помощью программатора и внутрисхемное программирование. Оба эти варианта наряду с преимуществами (гибкость настроек, простота, универсальность интерфейсов программирования) имеют ряд существенных недостатков при программировании крупных партий микросхем в составе приборов. Такими недостатками являются: необходимость наличия интерфейсной шины для программирования, а также необходимость отдельного программирования каждого микроконтроллера, что в свою очередь потребует значительного времени на выполнение этой операции.

Обычно в микроконтроллер DC-DC преобразователя записывается программа, управляющая работой преобразователя как ШИМ контроллер (ШИМ – это широтно-импульсная модуляция). Операция программирования преобразователя требует времени - в среднем около 1 минуты. Однако при большом количестве таких преобразователей остро встаёт вопрос трудозатрат на программирование, т.к это занимает много времени. Например, программирование 1000 изделий может занять до двух рабочих дней непрерывного труда одного оператора. Соответственно, если «прошить» 10000 изделий, то на это уйдет 20 дней работы оператора.

Наиболее близким аналогом выбран патент RU 2675045 «Архитектура микропроцессора с функцией автоматического программирования микроконтроллеров». Технический результат в патенте достигается за счет архитектуры микропроцессора с функцией автоматического программирования, которая содержит электрически соединенные блок автономных вычислений, выполненный с возможностью дешифрования и разделения данных и команд управления, блок передачи команд, выполненный с возможностью анализа задания, содержащий блок определения порядка работы, выполненный с возможностью определения порядка действий синхронизатора кластеров (СК) гибридных процессоров, создания инструкций для его работы и выдачи их в синхронизатор кластеров, а также выполненный с возможностью анализа выполняемых действий, программируемую логическую интегральную схему для реализации взаимодействия архитектуры и системы команд, выполненную с возможностью создания инструкций и передачи их в СК гибридных процессоров, и не менее двух гибридных процессоров, при этом СК гибридных процессоров выполнен с возможностью разделения инструкций на то количество гибридных процессоров, которое подключено к СК.

Недостатком аналога является необходимость синхронизации кластеров, создание гибридных процессоров, что также приводит к увеличению временных затрат при программировании.

Задачей изобретения является создание способа, позволяющего сократить время программирования, отказаться от внешнего программатора и в каждый микроконтроллер записать программу с функцией для настройки преобразователя без использования разъема для подключения и каких-либо дополнительных внешних элементов.

Техническим решением поставленной задачи стало использование микроконтроллера с записанной еще на производстве готовой программой, которая не только выполняет основные функции DC-DC преобразователя (функцию ШИМ контроллера), но и осуществляет однократное «самопрограммирование» преобразователя без применения программатора и соответствующей периферии (интерфейса программирования, разъема и т.д.). Таким образом, отказ внешнего программатора и запись в каждый микроконтроллер программы с функцией, позволяющей настраивать преобразователь без использования разъема для подключения и каких-либо дополнительных внешних элементов, позволили значительно сократить время программирования.

Поставленная задача решается тем, что в способе быстрого программирования модульных цифровых DC-DC преобразователей, используется тестовый режим, в ходе выполнения которого за фиксированное время микроконтроллер опрашивает внешние цепи устройства программирования и проверяет их работу, в случае обнаружения неисправностей питание отключается, и оператор устраняет причины неисправностей и запускает тестовый режим снова, по истечении фиксированного времени тестовый режим отключается и включается режим программирования, при котором попеременно многократно на выходе преобразователя устанавливаются уровни напряжения (3.3В, 5В, 7.2В, 9В, 12В, 15В, 24В) продолжительностью 1с, при достижении требуемого уровня выходного напряжения, питание преобразователя отключается, после чего до достижения трех раз производится повторное включение питания на преобразователе, происходит запись уровня требуемого выходного напряжения в энергонезависимую память микроконтроллера, и преобразователь переходит в нормальный рабочий режим, если в режиме программирования в течение трех раз выключение преобразователя произошло при разных выходных уровнях напряжения, то преобразователь «сбрасывается» и переходит снова в тестовый режим, запись уровня выходного напряжения не происходит.

Заявляемое изобретение поясняется чертежами: фиг. 1 – блок-схема способа быстрого программирования модульных цифровых DC-DC преобразователей, фиг. 2 – график уровней напряжения, фиг. 3 – пример реализации.

На чертежах фиг. 1-фиг. 3 позиционно цифрами обозначены:

1 – блок тестового режима;

2 – блок режима программирования;

3 – линия отключения питания;

4 – блок нормального режима;

5, 6 – индикаторные светодиоды.

Сущность изобретения заключается в следующем. Способ работает по определенной блок-схеме (фиг. 1). При первом запуске устанавливается тестовый режим (1), в ходе выполнения которого микроконтроллер опрашивает внешние цепи устройства программирования и проверяет их работу. На выполнение тестового режима отводится определенное время (например, 30 секунд), в течение которого можно убедиться в правильности подключения преобразователя. В случае обнаружения неисправностей питание отключается (3). И затем оператор устраняет причины неисправностей. Таким неисправностями могут быть: отсутствие выходного напряжения на преобразователе, связанное с неправильной установкой преобразователя в колодку устройства программирования или отсутствие прошивки в преобразователе. После устранения неисправности операция повторяется снова – электропитание подается на преобразователь, и тестовый режим (1) запускается вновь. По истечении времени тестового режима (1), программа переходит в режим программирования (2).

В режиме программирования (2) на выходе преобразователя попеременно устанавливаются уровни напряжения (3.3В, 5В, 7.2В, 9В, 12В, 15В, 24В) продолжительностью 1с (фиг.2).

Этот процесс может многократно повторяться (зацикливаться). При достижении требуемого уровня выходного напряжения, питание преобразователя отключается, после чего производится повторное включение питания на преобразователе. При троекратном повторении операции происходит запись уровня требуемого выходного напряжения в энергонезависимую память микроконтроллера, и преобразователь переходит в «нормальный» рабочий режим (4). После этого преобразователь перепрограммировать уже нельзя. Это делается по соображениям надёжности - для исключения случайного «сброса» при отключении питания. Такое требование необходимо, когда преобразователь устанавливается непосредственно в электронный прибор, где требуется заданное напряжение на выходе. При подаче напряжения питания на выходе преобразователя будет напряжение, соответствующее уровню, заданному в режиме программирования.

Однако если в режиме программирования (2) в течение трех раз, выключение преобразователя произошло при разных выходных уровнях напряжения, то преобразователь «сбрасывается» и переходит в тестовый режим (1). Записи уровня выходного напряжения не происходит. В этом случае процедуру необходимо будет повторить снова. Это сделано по соображениям защиты от случайного программирования преобразователя.

Таким образом, программирование преобразователя будет осуществляться путем последовательного включения-выключения преобразователя в течение заданных временных интервалов.

Пример реализации

Заявленный способ быстрого программирования модульных цифровых DC-DC преобразователей может быть реализован с помощью устройства, представляющего собой несколько печатных плат с колодками (разъёмами) для установки преобразователей с нулевым усилием 11.. MN, индикаторными светодиодами 5,6, разъемом для подачи электропитания IN, разъёмом для контроля выходного напряжения OUT (фиг. 3).

Перед программированием DC-DC преобразователи устанавливаются в свободные колодки, начиная с 11 и заканчивая MN. Программировать таким способом можно любое количество преобразователей, ограниченное числом колодок.

В базовой модификации количество колодок насчитывает 400 шт. Таким образом, за один раз можно запрограммировать сразу партию 400 шт. Время для программирования партии составляет не более 2 мин.

Все колодки параллельно соединены к шине питания IN. Выходное напряжение каждого преобразователя поступает отдельно на индикаторный светодиод. Для контроля за выходным напряжением используется измерительное устройство, подключенное к выходу OUT. В базовой модификации выходной разъем OUT в устройстве соединен к выходу DC-DC преобразователя через колодку 11. Это сделано по соображениям простоты схемы устройства. Также возможна реализация устройства, которое опрашивает все колодки и попеременно измеряет выходное напряжение преобразователей установленных в этих колодках.

Преимущества заявляемого способа

Одновременность программирования. Можно «зашить» одновременно большое количество преобразователей, ограниченное потребляемой мощностью и количеством посадочных площадок. Таким образом, можно одновременно запрограммировать сотни и тысячи изделий за несколько минут.

Отсутствие разъёма для программирования. При массовом производстве цифровых преобразователей отпадает потребность в наличии разъемов для программирования, что приводит к снижению себестоимости изделия.

Универсальность. Поставщик может поддерживать на складе меньшее количество цифровых платформ, которые по своему функционалу перекрывают сразу несколько аналогичных аналоговых преобразователей с фиксированным набором выходных напряжений.

Изобретение относится к электронике, в частности, к устройствам для программирования модульных цифровых DC-DС преобразователей. Технический результат заключается в обеспечении возможности настройки преобразователя без использования разъемов для подключения и дополнительных внешних элементов. Способ установки уровня выходного напряжения DC-DC преобразователя, включающий тестовый режим, в ходе выполнения которого за фиксированное время микроконтроллер опрашивает внешние цепи устройства программирования, и проверяет их работу и запускает тестовый режим, по истечении фиксированного времени тестовый режим отключается и включается режим программирования, при котором попеременно многократно на выходе преобразователя устанавливаются уровни напряжения продолжительностью 1с, при достижении заданного уровня выходного напряжения, питание преобразователя отключается, после чего производится повторное включение питания на преобразователе, при троекратном достижении заданного уровня выходного напряжения происходит запись уровня заданного выходного напряжения в энергонезависимую память микроконтроллера, и преобразователь переходит в нормальный рабочий режим, если в режиме программирования в течение трех раз выключение преобразователя произошло при разных выходных уровнях напряжения, то преобразователь сбрасывается и переходит снова в тестовый режим, запись уровня выходного напряжения не происходит. 3 ил.

Способ установки уровня выходного напряжения DC-DC преобразователя, включающий тестовый режим, в ходе выполнения которого за фиксированное время микроконтроллер опрашивает внешние цепи устройства программирования, и проверяет их работу и запускает тестовый режим, по истечении фиксированного времени тестовый режим отключается и включается режим программирования, при котором попеременно многократно на выходе преобразователя устанавливаются уровни напряжения продолжительностью 1с, при достижении заданного уровня выходного напряжения, питание преобразователя отключается, после чего производится повторное включение питания на преобразователе, при троекратном достижении заданного уровня выходного напряжения происходит запись уровня заданного выходного напряжения в энергонезависимую память микроконтроллера, и преобразователь переходит в нормальный рабочий режим, если в режиме программирования в течение трех раз выключение преобразователя произошло при разных выходных уровнях напряжения, то преобразователь сбрасывается и переходит снова в тестовый режим, запись уровня выходного напряжения не происходит.