DIPLOMOVÁ PRÁCA - diplom.utc.skdiplom.utc.sk/wan/621.pdf · DIPLOMOVÁ PRÁCA Strana 6 z 47 äILINSKÁ UNIVERZITA V äILINE EF KVES 4. overenie vlastností zapojenia výkonového

DIPLOMOVÁ PRÁCA Strana 0 z 47

––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––ILINSKÁ UNIVERZITA V ILINE EF KVES

ILINSKÁ UNIVERZITA V ILINE

ELEKTROTECHNICKÁ FAKULTA

Katedra výkonových elektrotechnických systémov

DIPLOMOVÁ PRÁCA(APLIKÁCIA PROSTREDIA LABVIEW PRI EXPERIMENTÁLNEJ

ANALÝZE VÝKONOVÝCH POLOVODI OVÝCH SYSTÉMOV)

2006 PETER RUSNA KO





DIPLOMOVÁ PRÁCA

Priezvisko a meno: Peter Rusna ko Rok: 2006

Názov diplomovej práce: Aplikácia prostredia LabView pri experimentálnej analýze

výkonových polovodi ových systémov

Fakulta: elektrotechnická Katedra: výkonových elektrotechnických systémov

Po et strán: 47 Po et obrázkov: 26 Po et tabuliek: 1

Po et grafov: 13 Po et príloh: 4 Po et pou itých literatúr: 10

Anotácia: (slovenský jazyk)

Diplomová práca sa zaoberá pou itím meracieho systému NI ELVIS a programovacieho

prostredia LabVIEW pri experimentálnej analýze výkonových polovodi ových systémov.

Zaoberá sa návrhom zvy ujúceho DC/DC meni a, na ktorom sa vykoná analýza uvedeného

systému.

Anotácia: (anglický jazyk):

The diploma work deals with application of measuring system NI ELVIS and programming

environment LabVIEW at experimental analysis of power semiconductor systems. The work

presents design of step-up DC/DC converter. The analysis of NI ELVIS possibilities is

performed at measurement of the converter characteristic.

ové slová:

LabVIEW, meracia stanica NI ELVIS, analýza, syntéza, výkonové polovodi ové systémy,

zvy ujúci DC/DC meni ,

Vedúci diplomovej práce: Ing. Anna Kondelová

Recenzent diplomovej práce:

Dátum odovzdania diplomovej práce: 19.5.2006



OBSAHÚVOD ................................................................................................................................... 11. ZAKLADNÉ METÓDY A Ú EL ANALÝZY VPS....................................................... 2

1.2 VÝKONOVÉ POLOVODI OVÉ SYSTÉMY (ÚVOD DO......................................... 2PROBLEMATIKY) ........................................................................................................... 21.2 O JE VÝKONOVÝ POLOVODI OVÝ SYSTÉM.................................................... 31.3 NÁVRH VÝKONOVÉHO POLOVODI OVÉHO SYSTÉMU ................................... 51.4 ZÁKLADNÉ SPÔSOBY MODELOVANIA POLOVODI OVÝCH........................... 7SYSTÉMOV...................................................................................................................... 7

1.4.1 Metóda variabilnej topológie náhradnej schémy .................................................... 71.4.2 Metóda kon tantnej topológie schémy zapojenia.................................................... 81.4.2a Statické modelovanie prvku ................................................................................. 81.4.2b Kvázidynamický model prvku ............................................................................. 91.4.2c Dynamické modelovanie prvku.......................................................................... 10

2. CHARAKTERISTIKA PROSTREDIA LABVIEW A MO NOSTÍ JEHOVYU ITIA PRI ANALÝZE VPS...................................................................................... 11

2.1 PROGRAMY PRE SIMULÁCIU OBVODOV .......................................................... 112.2 ÚVOD K VÝVOJOVÉMU PROSTREDIU LABVIEW............................................. 122.3 ANALÝZA A GRAFICKÁ PREZENTÁCIA DÁT - LABVIEW............................... 132.4 VÝVOJOVÉ PROSTREDIE VI................................................................................. 142.5 SAMOTNÁ PRÁCA V APLIKÁCII LABVIEW ....................................................... 19

2.5.1 Spú anie aplikácie.............................................................................................. 202.5.2 Nástroje pre odla ovanie..................................................................................... 202.5.3 Nástroje na editáciu ............................................................................................. 20

3.1 MERACÍ SYSTÉM.................................................................................................... 213.2 DAQ (DATA ACQUISITION) .................................................................................. 223.3 PERIFÉRIE PC SPOLUPRACUJUCÉHO S LABVIEW............................................ 23

3.3.1 Zásuvné dosky do PC .......................................................................................... 233.3.1a Zvuková karta.................................................................................................... 243.3.2 Sériový port......................................................................................................... 253.3.2a Multimeter M-3860D......................................................................................... 263.3.3 Rozhranie GPIB .................................................................................................. 273.3.4 Univerzálna meracia karta PCI-6023E ................................................................. 283.3.5 Univerzálna meracia karta PCL-818L.................................................................. 293.3.6 Meracia stanica NI ELVIS................................................................................... 30

4. FYZIKÁLNY MODEL DC/DC MENI A A JEHO EXPERIMENTÁLNAANALÝZA S VYU ITÍM PROSTREDIA LABVIEW ................................................... 33

4.1 MENI E.................................................................................................................... 334.2 POPIS FUNK NOSTI ZVY UJÚCEHO DC/DC MENI A...................................... 344.3 VÝPO ET A SIMULÁCIA ZVY UJUCÉHO DC/DC MENI A............................. 364.4 ANALÝZA DC/DC MENI A VYU ITÍM PROSTREDIA LABVIEW.................... 41

ZÁVER ............................................................................................................................... 44ZOZNAM PO ITEJ LITERATÚRY ............................................................................... 47



ZOZNAM POU ITÝCH SYMBOLOV A OZNA ENÍ

f – frekvencia

f1 – vstupná frekvencia

f2 – výstupná frekvencia

VPS – výkonový polovodi ový systém

GHI – generátor hradlových impulzov

NRS – nadriadený riadiaci systém

TCP/IP – protokol siete

RAD – Rapid Applicatio Development ()

VI – virtual instrument (virtuálny prístroj)

IO – integrovaný obvod

DAQ – data acquisition (hardware na zber a meranie dát)

DC – jednosmerné napätie

D – dióda

TL – vyhladzovacia tlmivka

C – filtra ný kondenzátor

R – Zá reprezentovaná odporom

UI – napájacie napätie

U0 – napätie na zá i

II – napájací prúd

I0 – prúd na zá i

t1 ON – doba zopnutia

t2 Off – doba vypnutia

UF – napätie na dióde



ÚVOD

Cie om tejto diplomovej práce je zisti , ako by bolo vhodné pou meraciu dosku NI

ELVIS pri analýze a syntéze výkonových polovodi ových systémov, vyhotovenie funk ného

modelu DC/DC meni a a jeho experimentálna analýza.

Prvým bodom bolo vysvetli základné metódy modelovania výkonových

polovodi ových systémov. Predtým by sme si mali vysvetlil o je výkonový polovodi ový

systém, návrh a základné spôsoby rozdelenia bloku polovodi ového systému. Z týchto prvých

poznatkov mô eme dedukova , akú metódu mô eme zvoli na analýzu daného zapojenia.

al ím bodom diplomovej práce je stru ný opis vývojového prostredia LabVIEW

a opis základných astí pracovnej plochy. Táto as je podkladom pre pochopenie princípu

práce v LabVIEW. alej sú opísané mo nosti vyu itia prostredia LabVIEW pri analýze

výkonových polovodi ových systémov. V tomto bode sú spomenuté výhody a nevýhody

po íta ovej simulácie a základné rozdelenie meracieho systému.

Tretím bodom je návrh úpravy modulu NI ELVIS, jeho experimentálne vyu itie pri

analýze výkonových polovodi ových systémov. Sú tu spomenuté mo nosti externých

zariadení, ktoré umo ujú zber dát a zárove spracovanie nameraných dát simula ným

prostredím LabVIEW

Ako výsledkom správneho zvládnutia danej diplomovej práce je tvrtý bod, kde

úlohou je urobi experimentálnu analýzu na meracej stanici NI ELVIS modelu DC/DC

meni a vo zvy ujúcom zapojení. alej porovna namerané hodnoty s predpokladanými

hodnotami a z týchto výsledkov zhodnoti diplomovú prácu.



1. ZAKLADNÉ METÓDY A Ú EL ANALÝZY VPS

1.2 VÝKONOVÉ POLOVODI OVÉ SYSTÉMY (ÚVOD DO

PROBLEMATIKY)

Intenzívny rozvoj priemyselnej výroby kladie vysoké nároky na potrebu energie

v najrôznej ích formách. Napriek tomu, e dochádza k novým objavom v primárnych

zdrojoch energie, stále najvýhodnej ou formou je elektrická energia. Jednoducho sa vyu íva,

transformuje a mení na inú formu energie.

Ak transformujeme elektrickú energiu pomocou elektromagnetickej indukcie, je táto

innos takmer 98%. Ide o transformáciu v elektrickom stroji, transformátore, kde v ak

frekvencia výstupných veli ín ( f2 ) je rovnaká, ako vstupného napätia a prúdu ( f1 ).

Ove a zlo itej ia je situácia, ak sa vy aduje na výstupe iná frekvencia ( f2 ) ako vstupná ( f1 ),

alebo ak ide o transformáciu na jednosmernú energiu ( f2=0 ). V tomto prípade je premena

elektrickej energie sprevádzaná ove a ni ou ú innos ou a vysokými energetickými stratami

v strojových meni ov.[4]

Bezprostrednú premenu elektrickej energie na najrôznej ie formy výstupných veli ín

napätia, prúdu, frekvencie, po tu fáz at ., je mo né uskuto ni pomocou polovodi ových

systémov. V týchto systémoch prebieha premena energie s vysokou ú innos ou z dôvodu, e

táto transformácia prebieha bez sprostredkovania cez inú formu energie. Polovodi ové

systémy sú zalo ené na výkonových polovodi ových prvkoch, pracujúcich na základe

spínania obvodov v hmote polovodi a. Tieto spínacie pochody sa dejú s minimálnymi

energetickými stratami a navy e vysokými rýchlos ami, teda aj výbornou dynamikou. Tieto

hlavne vlastnosti predur ujú pou itie polovodi ových systémov v irokej kále aplikácií.[4]

Rozvoj polovodi ových systémov nastal aj v dôsledku rozvoja riadiacich

mikroelektronických polovodi ových truktúr.



1.2 O JE VÝKONOVÝ POLOVODI OVÝ SYSTÉM

Je to reprezentácia zariadenia, ktorého primárnou úlohou je optimálna premena

elektrickej energie.

Tato premena sa mô e uskuto ova dvoma spôsobmi:

1. premenou elektrickej energie s inými parametrami, ide o zmenu parametrov

elektrickej energie. Takúto úlohu výkonového polovodi ového systému vy adujeme

najmä pri zdrojových aplikáciách.

2. premena elektrickej energie na iný druh energie, pri om úlohou VPS je zabezpe enie

optimálneho procesu premeny. Typickou aplika nou oblas ou je elektrický stroj, ktorý

pracuje do ur itej zá e a riadi VPS.

Blok vstupných obvodov – energia odoberaná zo zdroja, ktorým je elektrická sie , vstupuje

do asti vstupných obvodov, ktoré sa svojím charakterom dajú ozna ako pomocné. Ide

hlavne o filtre, prepä ové ochrany a rôzne sníma e nadprúdu. Základnou rtou týchto

obvodov je ochrana obvodov pohltením energie prepä ových impulzov a snímanie prúdov za

elom indikácie mo ných havarijných stavov. Úlohou pou itých filtrov je eliminácia

ur itých zlo iek frekven ného spektra hlavne prúdu, íriacich sa v oboch smeroch (tzn. zo

sie ového meni a, zo strany meni a na sie ).

Riadiaci

systém

GHI

NRS

VPM Motor ZáVstupné obvody

Elektrická energia

Po iadavky nariadiaci systém

Obr. 1. Bloková schéma VPS



Prepä ové ochrany vo VPS

Poznáme tri druhy napätí, ktoré mô u ovplyvni innos VPS:

1. Prepätia vonkaj ie – íriace sa zo strany siete

2. Prepätia vonkaj ie – íriace sa od zá e

3. Prepätia vnútorné (komuta né)

Výkonové polovodi ové systémy predstavujú sústavu:

- Výkonovej asti, v ktorej sa bezprostredne vykonáva premena energie.

- Riadiacej asti, ktorá spracúva informácie o vy adovaných a skuto ných hodnotách

fyzikálnych veli ín v systéme a vytvára súbor in trukcií (naj astej ie vo forme impulzov)

pre innos výkonovej asti.

- Zá e, ktorá je asto integrálnou sú as ou systému a bez ktorej nemô e meni pracova

Oblasti aplikácie VPS :

• - priemysel

• - doprava

• - elektroenergetika

• - letectvo

• - telekomunikácie

• - domácnos



1.3 NÁVRH VÝKONOVÉHO POLOVODI OVÉHO SYSTÉMU

Návrh výkonového polovodi ového systému mô eme rozdeli do iestich bodov :

1. pecifikácia zadania

2. stanovenie parametrov jednotlivých komponentov zariadenia

3. finálna syntéza výkonového elektronického obvodu

4. overenie vlastností zapojenia výkonového elektronického obvodu

5. stavba prototypu

6. overenie vlastností prototypu prostredníctvom prototypových skú ok

1. pecifikácia zadania – úlohou je jasne formulova zadanie úlohy, o chceme

navrhnú a aké prostriedky na to pou ijeme. V rámci tohto bodu sa vykoná návrh

usporiadania silovej asti, návrh riadenia, výber vhodnej technológie výroby

a pecifikácia návrhu. Hlavnou pecifikáciou je schéma zadania a algoritmus riadenia,

prvotná syntéza výkonového elektronického obvodu, ktorý je vykonaný intuitivním

spôsobom.

2. stanovenie parametrov jednotlivých komponentov zariadenia –

zaoberá sa výkonovým elektrickým obvodom. Ide najme o dve veci

- dimenzovanie polovodi ových výkonových sú iastok

Stanovenie asových priebehov elektrických veli ín a na ich základe výpo et

integrálnych hodnôt a ur enie stratového výkonu na sú iastke. Z asových priebehov

získame podklady pre návrh prepä ových a nadprúdových ochrán.

- návrh chladiaceho systému

Vypo ítame maximálnu hodnotu tepelného odporu medzi polovodi ovou sú iastkou

ipom) a okolím a navrhneme parametre a usporiadanie chladiaceho systému.

3. finálna syntéza výkonového elektronického obvodu – zah a poznatky získane

po as analýzy a návrhu prepä ových a nadprúdových ochrán. Výkonová finálna

syntéza je úplná topológia výkonového elektrického obvodu vrátane prepä ových

a nadprudových ochrán.



4. overenie vlastností zapojenia výkonového elektronického obvodu – Hlavnou

úlohou je overenie funk nosti daného výkonového elektronického obvodu. Pomocou

dostupných prostriedkov overíme funk nos navrhnutého výkonového elektrického

obvodu a jeho vlastnosti v korektných aj v medzných re imoch innosti. Ak overíme

funk nos , vykonáme simula nú analýzu daného výkonového elektronického obvodu,

v na om prípade je to v LabVIEW 7.1. Nasleduje overenie vlastností navrhnutého

obvodu pomocou fyzikálneho modelu. Fyzikálny model je prostriedok na overenie

innosti reálneho zariadenia, ktoré sa vyzna uje tým, e ma zhodný fyzikálny princíp.

Fyzikálny model má tie iste fyzikálne princípy, rozdielne je len merítko (fyzikálny

objem je men í ako reálny). Z oho sú zvý ené výkonové nároky. Fyzikálny model je

prispôsobený experimentálnym medziam.

5. stavba prototypu – prototyp je plne identický s definitívnym výrobkom. To

znamená, e na rozdiel od fyzikálneho modelu má rovnaký výkon a rovnaké

priestorové usporiadanie. V prípade drah ích výrobkov je prototyp prvým sériovým

výrobkom.

6. overenie vlastností prototypu prostredníctvom prototypových skú ok – overenie

innosti z h adiska funk nosti elektrických, tepelných a mechanických parametrov

a tie aj overenie jeho odolnosti vo i nepriaznivým elektrickým a mechanickým

vplyvom.



1.4 ZÁKLADNÉ SPÔSOBY MODELOVANIA POLOVODI OVÝCH

SYSTÉMOV1) Metóda variabilnej topológie náhradnej schémy

2) Metóda kon tantnej topológie schémy zapojenia

• - statické modelovanie prvku

• - kvázi dynamické modelovanie prvku

• - dynamické modelovanie prvku

Aplikácia polovodi ových prvkov v statických meni och vyvolala nutnos korektného

poznania statických a dynamických re imov innosti daného prvku a samotnú podstaty

funkcie polovodi ového prvku. Príkladom je sledovanie závislosti komuta ného prepätia na

vonkaj ích parametroch (induk nos prívodov, kon trukcia a vlasnosti budi a), resp. na

vnútorných parametroch (doba ivota nosi ov náboja) polovodi ového spína a pri

frekvenciách prevy ujúcich hodnotu 10 kHz. Formulácia matematického opisu dynamických

javov kladie pomerne ve ké nároky na znalos ich fyzikálnej podstaty a na matematický

aparát potrebný k ich reprezentácii.

Z týchto dôvodov sa v po iato nej fáze rozvoja výkonovej elektroniky pou ívali k

analýze výkonových polovodi ových systémov výlu ne statické modely prvkov, ktoré boli

schopné reprezentova statické stavy, potrebné k ur eniu prúdového dimenzovania. Pre

napä ové dimenzovanie sa síce pou ívali tie , ale vplyv komuta ných prepätí sa

zoh ad oval empiricky ur enými koeficientami, o malo obmedzenú platnos .[1]

1.4.1 Metóda variabilnej topológie náhradnej schémy

Prvé spôsoby modelovania VPS vyu ívali metódu tzv. variabilnej topológie schémy

zapojenia, pri ktorej sa polovodi ový prvok nahrádza jednoduchým kontaktným spína om

(obr. 2), ktorého stav ( zapnuté - vypnuté ) je pecifikovaný bu elekrickými veli inami

obvodu (dióda), alebo signálom budi a (tranzistor), resp. ich kombináciou (tyristor).

≅

Obr. 2. Náhrada polovodi ového prvku pri metode variabilnej topologie



Jej hlavnou prednos ou bolo, e tak podstatne nelineárny obvod, ako je VPS, sa po

astiach linearizoval, o umo nilo realizova jeho opis pomerne ahko rie ite ným systémom

lineárnych diferenciálnych rovníc. Druhou výhodou, pre ktorú sa uvedená metóda pou íva

asto aj dnes, je vytvorenie ve mi dobrej fyzikálnej predstavy innosti systému, samozrejme

v ustálených stavoch. Z týchto dôvodov sa spína ová reprezentácia VPS asto pou íva pri

modelovaní meni ových pohonov, pri om sa vychádza zo známeho faktu, e elektrická

asová kon tanta pohonu je rádovo vä ia ako asové kon tanty polovodi ových prvkov.[1]

1.4.2 Metóda kon tantnej topológie schémy zapojenia

1.4.2a Statické modelovanie prvku

Nástup výkonných po íta ov malo za následok náhradu variabilnej topológie za

metódu kon tantnej topológie, ktorá síce neminimalizovala systém rovníc matematického

opisu, ale na druhej strane umo ovala pou podstatne korektnej ie modely

polovodi ových prvkov. Medzi prvé z nich mô eme zaradi napríklad dvojodporovú

náhradu diódy. Nespojitos prvej a vy ích derivácií voltampérovej charakteristiky

predstavuje problémovú zále itos pre pou itú numerickú metódu, o mô e v kone nom

dôsledku vies k chybe numerického rie enia.[1]

Ur ité rie enie tohto problému síce predstavovalo pou itie numerickej integrácie s

automatickou vo bou d ky kroku, odvodenou od ve kosti chyby, av ak viedlo k zna nému

spomaleniu výpo tu. Rie enie sa nakoniec na lo v náhrade polovodi ového elementu

nelineárnym, prúdovo, alebo napä ovo závislým odporom (Obr. 3).[1]

≅uF

iF

RF RR

U0

uF

iF

Obr. 3. Statická reprezentácia diódy pou itá pri metóde kon tantnej topológie



Skúsenosti, získané pri simulácii a modelovaní VPS, v ak ukazujú výhodnos náhrady

funkciou, ktorá mimo oblasti experimentálne nameraných dát vykazuje monotónny, resp.

kon tantný priebeh. Takéto vlastnosti má napríklad arcustangens, alebo niektoré

hyperbolické funkcie.

1.4.2b Kvázidynamický model prvku

Problematika nárastu napä ových hladín a spínacích frekvencií, obrátila pozornos

odborných pracovníkov k problematike reprezentácie dynamických stavov polovodi ových

prvkov. Prvým stup om tejto snahy bolo pou itie tzv. kvázidynamických modelov.[1]

Princíp tohto spôsobu modelovania vychádza z my lienky nahradenia prvku sie ou

pasívnych dvojpólov. Po as záverného namáhania sa PN priechod chová bu ako kapacitor,

alebo vykazuje zmie ané kapacitne - induk né správanie a to v priepustnom re ime resp.

prechod zo záverného do priepustného re imu. A pokia sa táto as modelujúca dynamiku

doplní odporovou sie ou reprezentujúcou statické charakteristiky, dostávame nie o, o sa

dnes ozna uje ako kvázidynamický model. Ako príklad mô eme uvies náhradnú schému

výkonovej diódy na obr. 4.[1]

≅

Obr. 4. Kvázidynamická reprezentácia diódy v priepustnom a závernom smere

u

L R2

iF

RC2C1

R3

R4



1.4.2c Dynamické modelovanie prvku

Kone ným výsledkom vyplývajúcim z predchádzajúcich poznatkov bolo

zavrhnutie empirickej metódy tvorby náhradnej schémy zapojenia a snaha o jej ur enie

spôsobom vychádzajúcim priamo z fyzikálnej podstaty innosti polovodi ovej sú iastky. Jej

reprezentáciu v analyzovanom obvode potom vykonáva prúdový alebo napä ový zdroj,

niekedy doplnený variabilným odporom. Ich ve kos je pritom v ka dom okamihu po ítaná

sytémom diferenciálnych rovníc, predstavujúcim matematický opis príslu ných fyzikálnych

javov.

Je zrejmé, e zatia o na jednej strane do lo k nárastu zlo itosti truktúry modelu,

na strane druhej sa výsledky simulácií podstatným spôsobom priblí ili k realite.

Tento spôsob modelovania, v sú asnosti ozna ovaný ako dynamický, vychádza z teórie

transportných javov v polovodi ových materiáloch, pri om sa uplat uje známy fyzikálny

vz ah medzi asovou zmenou náboja a elektrickým prúdom. Konkrétne sa uplat uje

rovnica kontinuity, umo ujúca získa základné poznatky o koncentrácií nadbyto ných

nosi ov náboja v bázových vrstvách, priamo ovplyv ujúcich vodivos truktúry.

V sú asnosti existujú dva smery v prístupe k rie eniu ambipolárnej difúznej rovnice.

Prvý z nich, typický pre modelovanie signálových prvkov predpokladá, e jej okrajové

podmienky sú nemenné (Gummel - Poonov model bipolárneho tranzistora). Tento

predpoklad, v zahrani nej literatúre ozna ovaný ako QS (kvázistatický), je dobre splnený

pri nízkych úrovniach injekcie, ktorými sú uvedené sú iastky typické.

Pre prípad výkonových polovodi ových prvkov, charakteristických vysokou úrov ou

injekcie, musíme uva ova tzv. NQS (non-qasistatic) aproximáciu, charakterizovanú

varibilnými okrajovými podmienkami. Táto skuto nos , zaprí inená premenlivou írkou

oblasti priestorového náboja kolektorového priechodu, vedie z matematického h adiska k

rie eniu Meyerovej úlohy. Ke e jej analytické spracovanie je pomerne komplikované,

objavili sa v poslednej dobe tzv. hybridné modely, v ktorých sa uvedená úloha rie i

numerickým blokom, organicky za leneným do analytickej nadstavby.[1]



2. CHARAKTERISTIKA PROSTREDIA LABVIEWA MO NOSTÍ JEHO VYU ITIA PRI ANALÝZE VPS

2.1 PROGRAMY PRE SIMULÁCIU OBVODOV

Výpo tová technika sa v dne nej dobe pou íva vo v etkých etapách návrhu, testovania

a výroby elektronických obvodov. Neocenite ným nástrojom pri návrhu sú programy pre

obvodovú simuláciu. Takýto program mô eme prirovna k pracovnému stolu (ktorý je

realizovaný po íta om), na ktorom overujeme vlastnosti obvodu, ktorý nás zaujíma. Tento

obvod si najskôr zostrojíme a pripojíme k nemú budiace zdroje (tj. nakreslíme schému,

vytvoríme vstupný súbor) a budeme sledova o sa v om deje. To, e v etko prebieha v

po íta i, má nieko ko výhod, ale bohu ia i svoje nevýhody.

K výhodám po íta ových simulácií patrí:

- Nemusíme zostavova prototyp, o u etrí zna né mno stvo asu a finan né náklady.

- Je mo no sledova priebehy napätia a prúdu i v miestach, kde by nebolo meranie bu

vôbec mo né (napr. vo vnútorných uzloch IO) alebo by bolo ve mi obtia ne

(napríklad v miestach, kde pripojenie meracej sondy výrazne ovplyvní obvod).

- Máme k dispozícii ve ké mno stvo ideálnych prvkov (nezávislé zdroje, riadené zdroje) a

be né obvodové prvky s rôznou mierou abstrakcie a idealizácie. Vhodnou vo bou

prvku si mô eme vybra , ktoré javy chceme sledova a ktoré potla . Mô eme teda

abstrahova od javov, ktoré nie sú podstatné z h adiska funkcie skúmaného obvodu.

K nevýhodám po íta ových simulácií patrí:

- Simulácia nepracuje s reálnymi prvkami, ale len s ich modelmi. Mô e preto by len tak

presná, ako presné sú modely prvku, a poukazova len na tie javy, ktoré pou ité

modely popisujú. Tvorba kvalitných, skuto nosti dobre odpovedajúcich modelov je

jedným z najzáva nej ích a najzlo itej ích problémov simulácie elektronických

obvodov.

- Obtia ne sa modelujú vzájomné väzby prvkov (kapacitné, induk né, tepelné) v

zlo itej ích obvodoch a vplyv bezprostredných parazitných prvkov. Tieto javy úzko

súvisia zo skuto ným prevedením obvodu.

- Vplyv vnútorných polí (elektromagnetické, teplotné) zvlá nehomogénnych sa ve mi

obtia ne vykazuje.



2.2 ÚVOD K VÝVOJOVÉMU PROSTREDIU LABVIEW

Vä ina moderných vývojových prostredí pre programovacie jazyky je typu RAD.

Táto skratka ozna uje Rapid Application Development a napovedá, e v danom vývojovom

prostredí je mo né vyvíja programy obzvlá rýchle a efektívne. Efektívnos spo íva hlavne

v ahkom navrhovaní u ívate ského rozhrania programu napr. ako v Delphi alebo Object

Pascal. Na rozdiel od Object Pascalu, kde zdrojovým kódom programu je text, zdrojovým

kódom programu G LabView je obrázok. Namiesto toho aby sme programy písali, budeme

ich kresli . G teda zna í grafický programovací jazyk. Grafické programovanie je technika

neobvyklá a nová. Bola patentovaná spolo nos ou National Instruments v roku 1990.

Pre jazyk G existuje kompilátor, ktorý produkuje samostatné spustite né programy.

Tvorca LabVIEW tvrdí, e programy vytvorené v jazyku G po prelo ení sú porovnate né

rýchle, ako programy napísané v jazyku C, ktorý je obecne pova ovaný za ve mi efektívny. V

jazyku G má programátor k dispozícii rýchle funkcie nízkej úrovne, aj hotové komplikované

podprogramy pre matematickú analýzu, tatistiku, komunikáciu so tandardizovanými

perifériami a podobne.

V sú asnej dobe neexistuje slovenská verzia LabVIEW, jedine anglická, nemecká,

panielska a japonská. Preto pre dobré zvládnutie tohto programovacieho jazyku je potrebná

základná znalos angli tiny, u ívate ská znalos ovládania opera ného systému a schopnos

algoritmizácie.

Priemyselné tandardy kladené na simuláciu :

• Flexibilita

• Prispôsobite nos

• Mo nos prepojenia (kompatibilita)

• Vy ia produktivita

• Ni ie náklady

Obr. 5. História prístrojového vybavenia



Program nebe í sekven né, a výpo et je riadený tokom dát. Teda blok vykoná výpo et

v okamihu, ke ma dáta na v etkých vstupoch, po spracovaní posiela výsledky na v etky

výstupy. Proces jednotlivých blokov teda be í paralelne. Vä ina akcií sa po as

programovania vykonáva pomocou my í. V celom texte sa pri tom predpokladá be né

nastavenie my i „pre pravákov”. Výraz „zaostri na okno” znamená kliknú do priestoru

tohto okna my ou, tak e sa okno stane aktívnym. Menu pod pravým tla idlom my i nad

ur itým objektom je ponuka, ktorá sa objaví, klepnutím na tento objekt pravým tla idlom

my i.

2.3 ANALÝZA A GRAFICKÁ PREZENTÁCIA DÁT - LABVIEW

LabView = Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench - software pre

virtuálnú meraciu techniku. Produkt firmy National Instruments www.ni.com

Pracuje s virtuálnymi prístrojmi (VI) – ich vzh ad a funkcie odpovedajú skuto ným

prístrojom. Grafický programovací jazyk LabVIEW, sa pokladá vo svete meracej a radiacej

techniky za tandard, s ktorým sú porovnávané ostatné programy. Slú i pre vývoj

kompletného systému, zais ujúceho riadenie celého procesu zberu meraných dát, ich

analýzy a grafickej prezentácie. Zber dát je mo né vykonáva z prístrojov vybavených

zbernicami GPIB, VXI alebo sériovým rozhraním a zo zásuvných kariet do osobných

po íta ov. Dátové súbory sú tie prístupné zo siete prostredníctvom protokolu TCP/IP.

Získané dáta je mo né analyzova rozsiahlymi matematickými operáciami.

• Kni nice pre generáciu signálu

• Okienkové funkcie

• Digitálne filtre

• tatistika

• Analýza signálu v asovej a frekven nej oblasti

• Regresné funkcie

• Operácie s po om

• Lineárna algebra

http://www.ni.com



Výsledkom pou itia takto komplexného systému pre tvorbu vlastných aplikácii je

výrazné zvý enie produktivity práce a pru nosti tvorby virtuálnych prístrojov, ich výkon je na

rozdiel od tradi ných prístrojov obmedzený jedine výkonom pou itého osobného po íta a.

V LabVIEW, pracujúcom na platformách Windows 95/98/ME/XP, Windows NT,

Macintosh, SUN a HP-UX sa programová aplikácia vytvára v jednom okne formou blokovej

schémy, pri om v druhom okne vzniká odpovedajúci interaktívny predný panel virtuálneho

prístroja s vnútornou viazanos ou na program - blokovú schému.

Pre tvorbu predného panelu slú i grafické u ívate ské rozhranie, ktoré obsahuje

rozsiahlu kni nicu grafických objektov, pomocou ktorých mô eme na paneli získa podobu

reálneho prístroja. Samotná tvorba programu - blokovej schémy je zjednodu ená tým, e

zbavuje programátora starosti o mno stvo syntaktických detailov konven ného

programovania. To umo uje patentovaný model programovania, zalo ený na toku dát

nepou ívajúcich lineárnu architektúru textovo orientovaných jazykov. Preto e poradie

vykonávaných jednotlivých príkazov je v LabVIEW ur ené tokom dát medzi blokmi a nie

sekven nými riadkami textu, je mo ne vytvára schémy vykonávané simultánne.

2.4 VÝVOJOVÉ PROSTREDIE VI

ívate ské rozhranie programu v LabVIEW má asto podobu skuto ných meracích

prístrojov. Program v LabVIEW preto nazývame virtuálny prístroj. Anglický ekvivalent pre

tento výraz je Virtual Instrument a jeho skrátený výraz je VI, ktorý budem pou íva v texte.

Ka dé VI sa skladá z dvoch astí :

- z u ívate ské rozhrania, ktorému sa v terminológii LabView hovorí elný

respektíve predný panel VI

- blokového diagramu, ktorý je zdrojovým kódom VI.

K vytváraniu VI slú i vývojové prostredie (Development Environment) LabVIEW. Z

ívate ského h adiska je to sústava okien. Po spustení LabVIEW sa objaví prvé z nich. Je to

ponuka v ktorej vyberieme mo nosti na ítania VI alebo za atie práce s novým VI.



Stla ením tla idla New VI sa ocitneme v prostredí z obrázku 8. Palety Controls a

Functions nie sú v skuto nosti nikdy vidite né sú asne. Paletu Controls je mo né zobrazi ,

len ak je aktívne okno elného panelu a paletu Functions je mo ne zobrazi len v aktívnom

okne blokového diagramu. Na obrázku 6 je aktívne okno Untitled1, teda okno elného panelu,

tak e paleta functions by v skuto nosti zostala skrytá.

• Okno elného panelu Untitled1 slú i k tvorbe elného panelu VI. Pokia chceme

s VI manipulova , tzn. spú ho, alebo editova , nesmieme toto okno zavrie . Okno elného

panelu mô eme samozrejme kedyko vek minimalizova . V etky ostatné okná mô eme po as

manipulácie s VI pod a potreby otvára a zatvára . Medzi oknom elného panelu a

oknom blokového diagramu mô me prepína pomocou Ctrl-E.

• Okno blokového diagramu Untitled 1 Diagram slú i k tvorbe blokového diagramu

VI. Pokia nechceme editova blokový diagram na eho VI, mô eme toto okno zavrie .

Obr. 6. Vývojové prostredie LabVIEW



• Paletu Tools je mo ne zvidite ni vo bou Window Show Tools Palette hlavného

menu, alebo aj tou istou funkciou skry .

Obr. 7. Paleta Tools

- operating tool slú i k zmene hodnôt ovládacích prvkov na paneli

- positioning tool slú i k umiesteniu a modifikácii rozmerov a tvarov objektu

- labeling tool slú i k popisovaniu objektov, zmene limitných hodnôt a pre zadanie textu

- wiring tool slú i k prepojovaniu blokov v schéme

- pop-up menu tool vyvoláva menu objektov (je mo ne vyvola tie pravým tla idlom my i)

- scrolling tool slú i k posunutiu celej pracovnej plochy (nemá význam)

- breakpoint umo uje vlo enie breakpointu, zastavenie programu,

- probe umo uje vlo enie sondy, tj. ukazovate a stavu, ktorý mo no pou pri odla ovaní

- color copy kopíruje farbu popredia alebo pozadia

- color slú i k zmene farby objektov

• Paleta Controls mô e by vidite ná, len ak je aktívne okno elného panelu. Má

stromovú truktúru a obsahuje v etky objekty, ktoré mô me umiestni do elného panelu.

Túto paletu mô eme zobrazi zvolením polo ky Window Show Controls Palette

hlavného menu okna elného panelu, alebo aj skry kliknutím na krí ik v pravom hornom

rohu. Okrem toho túto paletu mô me do asne zobrazi kliknutím pravého tla idla

my i do priestoru okna elného panelu.

Obsahuje kni nice:

– numeric obsahuje objekty s charakteristickou premennou numerického typu ako sú

digitálne a analógové prvky rôznych tvarov a v etky prvky pracujúce s farbou.

– boolean obsahuje objekty s charakteristickou premennou typu boolean a v etky prvky

je mo né pou ako control i indicator.



– string & table obsahuje objekty s charakteristickou premennou typu string a v etky

prvky je mo né pou ako control i indicator.

– list & ring list je truktúra s premennou numerického typu, jej hodnota je závislá na

výbere riadku v zozname. Ring je truktúra s premennou numerického typu, jej

hodnota je závislá na výbere polo ky (text, obrázok ...).

– array & cluster obsahuje polia typu array a cluster. Pre array ve kos po a na paneli

je ur ená po tom zobrazených prvkov. Po umiestnení na panel nemá e te pole udaný

typ premennej, pole je treba osadi prvkom po adovaného dátového typu, tzn. prvok

pomocou positioning tool umiestni do rám eka pole. Pre cluster, truktúra obsahuje

polo ky rôzneho typu. LabVIEW rozli uje cluster s polo kami len íselného typu a

cluster s polo kami obecného typu.

– graph & chart sú vo vä ine prípadov pou ívané ako dvojrozmerné displeje ur ené

pre grafické zobrazovanie jedného alebo viac priebehov. Graph prijíma a zobrazuje

dáta po blokoch. Chart prijíma a zobrazuje jednotlivé dáta tak, ako prichádzajú na jeho

vstup.

– decorations obsahuje panely rôzneho vzh adu pou ite né k vytváraniu grafického

usporiadania panelu.

– user controls umo uje vytvori si kni nicu vlastných objektov zapísaním do user.lib

– path & refnum obsahuje objekty pre prácu zo súbormi a zariadeniami.

– select & control umo uje vybra objekt zo súboru.

• Paleta Functions mô e by vidite ná, len ak je aktívne okno blokového diagramu.

Má taktie stromovú truktúru a obsahuje v etky objekty ktoré mô me umiestni do okna

blokového diagramu. Túto paletu mô eme zobrazi zvolením polo ky Window Show

Functions Palette hlavného menu okna blokového diagramu. Okrem toho mô me túto paletu

do asne zobrazi klepnutím pravého tla idla my i do priestoru okna blokového diagramu.



Obsahuje kni nice:

– structure má kni nice pre spracovanie signálov ako sequence (na sekven né

vytváranie programu), case (podmienený príkaz), for loop (cyklus s daným po tom

priechodov), while loop (cyklus s nedefinovaným po tom priechodov), formula node

truktúra umo ujúca rie enie výrazov v textovej podobe), global variable (globálna

pramenná, umo uje sprístupni dáta z VI), local variable (lokálna premenná,

umo uje sprístupni dáta v rámci VI).

– numeric obsahuje funk né bloky pracujúce s íselným typom

– numeric & conversion obsahuje konverzné funkcie

– numeric & trigonometric obsahuje trigonometrické funkcie

– numeric – logarithmic obsahuje logaritmické funkcie

– numeric – complex obsahuje funkcie pracujúce s komplexnými íslami

– numeric - additional numeric constants obsahuje najznámej ie kon tanty

– boolean obsahuje funk né bloky pracujúce s typom boolean

– string obsahuje funk né bloky pracujúce s re azcami

– array obsahuje funk né bloky pracujúce s po om

– cluster obsahuje funk né bloky pracujúce s clustermi

– comparison obsahuje porovnávacie funk né bloky, porovnáva je mo né len rovnaké

dátové typy

– time & dialog obsahuje funk né bloky pracujúce s asom a dialógmi

– file I/O obsahuje bloky pre prácu so súbormi



2.5 SAMOTNÁ PRÁCA V APLIKÁCII LABVIEW

My , resp. kurzor my i funguje v nieko kých rôznych re imoch. V ka dom re ime

mô eme my ou realizova len ur ité akcie. Stlá aním na príslu né polí ko palety Tools

zvolíme jeden z desiatich re imov. Medzi tyrmi naj astej ie pou ívanými mô me

jednoducho prepína klávesu tab. Tu je ich popis:

• re im positioning. Je signalizovaný kurzorom my i v podobe malej ípky ( ).

V tomto re ime mô me s objektmi na pracovnej ploche pohybova . Kurzor prislúchahujúci

re imu positioning budeme skrátene nazýva „ ípka”.

• re im wiring. Je signalizovaný kurzorom my i v podobe cievky s ni ou ( ). V

tomto re ime jednotlivé objekty na pracovnej ploche prepojuje. Kurzor prislúchahujúci

re imu wiring budeme skrátene nazýva „cievka s ni ou“.

• re im operating. Je signalizovaný kurzorom v podobe malej ru ky ( ). Pou íva sa

k úprave hodnôt tam, kde je viacej preddefinovaných volieb. Kurzor prisluhujúci re imu

operating budeme skrátene nazýva „ru ka”.

• re im labelling. Je signalizovaný kurzorom v podobe obd nika a zvislej iary ( ).

pou íva sa k úprave textu. Kurzor prislúchajúci re imu labelling budeme skrátene nazýva

„popisova ”.

Ka dá paleta do asne vyvolaná klepnutím pravého tla idla my i je v avom hornom

rohu vybavená pripínacím pendlíkom. Pokia na u klikneme, paleta sa zobrazí vo vlastnom

okne ako keby sme ju chceli zobrazi vo bou Window Show Palette.

Ako u bolo povedané, palety Controls a Functions majú stromovú truktúru. Sú síce

obrázkové, ale v hornej asti sa zobrazuje i krátky textový popis vyberanej polo ky.

Ka dý VI je mo né ulo do samostatného súboru s príponou vi. Obvykle sú v etky

informácie nutné k spú aniu VI obsiahnuté v tomto jedinom súbore. Jedine v prípade, ke

ulo ený VI volá iný VI ako svoj podprogram, je k spú aniu nutný i tento al í VI.

V peciálnom prípade, ke ná VI volá napr. kni nice funkcie, je k jeho spusteniu nutná

taktie prítomnos danej kni nice.



Ulo enie VI do súboru sa vytvára vo bou File Save v hlavnom menu, alebo

klávesovou skratkou Ctrl-S.

Otvorenie VI sa vykonáva bu vo bou File Open v hlavnom menu, alebo

obvyklou klávesovou skratkou Ctrl-O.

LabVIEW umo uje taktie ulo VI do tzv. kni nice virtuálnych prístrojov, o je

binárny súbor s príponou llb. S kni nicou VI zaobchádza LabVIEW ako s be ným adresárom.

2.5.1 Spú anie aplikácie

- aplikáciu spú ame bu priamo v prostredí LabVIEW alebo ju skompilujeme samostatne

- aplikáciu je mo né uchova samostatne ako súbor *.vi, alebo zdru ova viac aplikácii do

kni nice *.llb

- aplikácia sa spú a z menu Operate Run alebo ikonou so ípkou

- beh aplikácie pred asne mô eme ukon vo bou Operate Stop alebo ikonou

- aplikáciu mô eme tie spusti Run Continuously, opakované spú anie

- ak sú v aplikácii chyby, nedá sa spusti , ikona Run je nahradená , ktorá otvára Error List

2.5.2 Nástroje pre odla ovanie

- be iacu aplikáciu mô me do asne pozastavi pomocou ikony Pause

- v blokovej schéme mô eme na signály vlo Breakpoint a Probe

- dá sa aktivova Highlight Execution , potom pri behu aplikácie bude graficky

znázor ovaný tok signálu

- krokovanie sa vytvára pomocou jeden krok, skok do truktúry

prevedenie celej truktúry, cyklu apod.

prevedenie zvy ku truktúry, cyklu apod.

2.5.3 Nástroje na editáciu

- LabVIEW podporuje v etky prostriedky pre editáciu (clipboard apod.)

- editácia prvku sa vytvára pomocou positioning tool

- typ, farba a ve kos fontu sa nastavuje pomocou

- Align a Distribute objects u ah uje rozmiestnenie objektu na pracovnej ploche



3. NÁVRCH ÚPRAVY MODULU ELVIS PRE ANALÝZU VPS

3.1 MERACÍ SYSTÉM

NI ELVIS patrí do skupiny meracích systémov, ktoré doká u mera a zárove

spracováva namerané dáta a okam ite ich vyhodnocova . Náro nos o do asu i do objemu

dát rozsiahlych meraní prevy uje mo nosti klasických meracích metód vy adujúcich udskú

obsluhu. Uvedené dôvody viedli k vývoju automatických íslicových meracích systémov. Pod

pojmom automatický merací systém (AMS) uva ujeme sústavu prístrojov, jednou elových

modulov zariadení, ktoré spolu vzájomne komunikujú a umo ujú komplexné rie enie

meracích úloh bez zásahu loveka.

Automatické meracie systémy umo ujú:

• trvale mera ve ký po et veli ín,

• mera bez obsluhy (ochrana zdravia, neprístupné miesta, ekonomická stránka)

• mera rýchle, presne, spo ahlivo a s vysokou reprodukovate nos ou,

• vytvára komplexné spracovanie dát.

Obrázok 10. Bloková schéma automatizovan

Obr. 8. Bloková schéma automatizovaného meracieho systému

Po íta vykonáva vopred naprogramovanú innos a ovláda k nemu pripojené

zariadenia. To mô u by meracie prístroje, prepína e, zdroje signálov a pod. Prepojenie

radi a s ostatnými prístrojmi sa realizuje prístrojovou zbernicou (obr. 8). innos

automatického meracieho systému pozostáva v podstate z dvoch funkcií :

• zber dát (DAQ - Data Acquisiton)

• spracovanie dát (Data Analysis).



3.2 DAQ (DATA ACQUISITION)

DAQ systém umo uje mera , zachyti a analyzova fyzické úkazy zo skuto ného

sveta. Svetlo, teplota, tlak a krútivá sila sú príklady z rôznych typov signálov, ktoré DAQ

systém doká e zmera . Zber dát (DAQ) je proces zbierania a merania elektrických signálov

zo sníma a a sondy pod a potreby, a ich posielanie na po íta pre spracovanie

a vyhodnotenie. Do zberu dát (DAQ) mô eme zahrnú aj výstup z analógových alebo

digitálnych riadiacich signálov.

Blok DAQ systému zah a nasledujúce polo ky :

• Sníma – zariadenie na premenu jednej formy energie na druhú. Je to zariadenie

premeny fyzikálnej vel iny ako je svetlo, teplota, tlak, alebo zvuk do merate ný

elektrický signál ako je napätie.

• Signál – Produkt DAQ systémového sníma a.

• Úprava signálu – hardvér, ktorým mô eme pripoji ku DAQ zariadeniu vhodné

upravený signál na meranie, zvy uje presnos a redukuje um a chyby. Najbe nej í

typ úpravy signálu zah a zosilnenie, budenie, linearizáciu, izoláciu a filtráciu daného

signálu.

• DAQ hardvér – hardvér ktorý zbiera, meria a analyzuje dáta.

• Software – NI aplika ný program, je navrhnutý tak, aby nám jednoducho mohol

pomôc navrhova a programova meranie a riadenie aplikácie.

Obr. 9. Blok DAQ



3.3 PERIFÉRIE PC SPOLUPRACUJUCÉHO S LABVIEW

3.3.1 Zásuvné dosky do PC

Ide o zásuvné karty tandardných rozmerov, pripojite ných k PC cez zbernicu ISA,

EISA, PCI, prípadne PCCARD.

Výhody:

• nízka cena karty.

Nevýhody:

• nutnos montá e do PC,

• problém vzájomného ru enia PC – karta,

• problém izolácie,

• rýchlos prenosu dát z karty závisí od rýchlosti zbernice pou itého PC a jeho CPU.

Najroz írenej ím typom zásuvných meracích dosiek sú multifunk né dosky. Tie

v sebe obsahujú obvykle funkcie viackanálového analógového vstupu, analógového výstupu,

íta ky impulzov ( asto TTL úrovne) a prípadne íslicové vstupy a výstupy, ozna ované ako

DIO (data I/O).

Viac analógových vstupov je rie ené pomocou analógového multiplexeru, naj astej ie

pre 8 a 16 vstupov. Naopak rozlí enie výstupných AP prevodníkov býva naj astej ie 8 a 12

bitov. Meracie zásuvné karty do PC sa pou ívajú na meranie, kde sa nepou ívajú asté zmeny

konfigurácie meracieho pracoviska, vysoká rýchlos i presnos meraní. Existujú peciálne

karty, ktoré sa vymykajú uvedenej charakteristike o do vlastností i ceny.



3.3.1a Zvuková karta

Zvuková karta je v podstate zariadenie pre spracovanie signálu, ktorého

charakteristikou je premenlivá hodnota elektrického napätia v ase. Pre meranie je mo né

vyu vstup Line-In, alebo mikrofónny vstup Microphone-In, ktorý je osadený

predzosil ova om. Oba vstupy sú stereofónne. Karta má teda v podstate 4 nezávislé vstupy.

Zvuková karta sa ve mi dobre hodí k spracovaniu signálov, ktorých najni ia harmonická

zlo ka má frekvenciu aspo 10 Hz a najvy ia má frekvenciu menej ako 22 kHz.

Pre ítanie zo zvukovej karty v LabVIEW slú i funkcia z palety Functions

Graphics & Sound Sound Input.. Rovnako ako pri práci s inými prostriedkami opera ného

systému, prebieha komunikácia zo zvukovou kartou v troch fázach. Najskôr je nutné zvukovú

kartu „otvori “. To znamená vyhradi si ju pre pou itie vo svojej aplikácii. Nastavi niektoré

parametre. Tretia fáza spo íva v „uzavretí“ karty, uvo níme ju pre pou itie ostatnými

aplikáciami. Zápis do zvukovej karty prebieha analogicky k ítaniu, príkazom z palety

Functions Graphics & Sound Sound Sound Output.

al ie uvádzané systémy pou ívajú externé zariadenia, ktoré sa pripojujú k po íta u

pomocou tandardných rozhraní.

Obr. 10. Stereo jack koncovka ako sonda pre zvukovú kartu



3.3.2 Sériový port

Ka dý osobný po íta je spravidla vybavený aspo dvoma sériovými portmi RS-232.

Pôvodne bol sériový port (SP) navrhnutý pre komunikáciu PC s modemom. V sú asnej dobe

sa hodne vyu íva pre komunikáciu PC s rôznymi periférnymi zariadeniami, ako je napr.

sériová my alebo rôzne laboratórne meracie prístroje. Ide o relatívne jednoduché, lacné a

spo ahlivé zariadenia.

NEVÝHODY:

• malá d ka spoja (pod a normy

maximálne 15 m),

• mo nos pripojenia malého po tu

prístrojov,

• malá prenosová rýchlos .

VÝHODY:

• malé náklady na zbernici,

• mo nos merania cez modem,

• kompatibilita s vä inou OS a

softvéru.

Nevýhodou je pomerne nízka rýchlos komunikácie cez sériový port. Dáta sú

prená ané po jednotlivých znakoch sekven ne po dátovej linke. Nevýhodou je, e pre

vzájomnú obojsmernú komunikáciu dvoch zariadení po sériovej linke je treba ich prepoji

aspo troma vodi mi. Pre jednosmernú komunikáciu posta ia dva vodi e. D ka vedenia

medzi dvoma zariadeniami komunikujúcimi po sériovej linke by nemala presahova 15 m.

Sériový port je odolný proti skratu na jednotlivých linkách. Fyzicky je sériový port

realizovaný konektorom Cannon s 25 kontaktmi, alebo tým istým typom konektoru s 9

kontaktmi, obr. 11.

Obr. 11. Sériové koncovky Cannon s 25 a 9 kontaktmi



V LabVIEW existuje nieko ko rôznych ciest ako realizova sériovú komunikáciu. V

palete Functions Instrument I/O Serial nájdeme príkazy pre komunikáciu zo sériovým

portom. Ide o tzv. old fashion príkazy. Ich pou ívanie sa v sú asnej dobe u nedoporu uje. V

palete sú prítomné len pre zaistenie kompatibility so star ími aplikáciami. Druhou

mo nos ou je vyu itie k ovládaniu portu napr. kni nicou dll, ktorá príslu né funkcie

exportuje, napr. súbor metex_dll.zip. Spolo nos National Instruments vyvíja komplexné

rozhranie vy ej úrovne pre ovládanie periférií. Nazýva sa NI-VISA. pecifikáciou VISA pre

LabVIEW je pripojenie k realizácii komunikácie s multimetrom Metex M-3680D.

3.3.2a Multimeter M-3860D

Multimeter Metex M-3860D je univerzálny digitálny merací prístroj schopný odosla

práve zmeranú veli inu cez sériový port (RS-232) do PC.

Komunika ní protokol multimetra je ve mi jednoduchý. V podstate jediná innos ,

ktorú multimeter ovláda, je cez SP posla typ meranej veli iny, jeho hodnotu a jednotku. To

etko v jednom trnás znakovom re azci. Multimeter vyu íva pri komunikácii 5 liniek

sériového rozhrania PC: TxD, RxD, SG, DTR a RTS. Linka TxD je vyu itá k posielaniu

príkazov do multimetra. Linka RxD slú i pre príjem dát z multimetra. SG je signálová zem.

Ostávajú riadiace linky DTR a RTS, ktoré nemajú iadny praktický význam, av ak linka

DTR musí by po as komunikácie nastavená na úrove log 1 a linka RTS na log 0.

Multimeter rozumie trom príkazom:

Na príkaz „D“ po le práve zmeranú hodnotu. Na

príkaz „M“ po le obsah vnútornej pamäte. Na príkaz

„C“ vyma e obsah vnútornej pamäte. Ak chceme

získa zmeranú hodnotu, po leme do multimetra

príkaz „CD“. Odo le trnás znakový re azec, ktorého

prvé dva znaky identifikujú meranú veli inu, v

nasledujúcich 7 znakoch je zakódovaná hodnota

meranej veli iny, predposledné 4 znaky identifikujú

jeho jednotku a posledný znak je v dy znak konca

riadku.Obr. 12 Multimeter M-3860D



3.3.3 Rozhranie GPIB

Rozhranie GPIB je osembitové paralelné rozhranie s prenosovou rýchlos ou a 1

MB/s. Umo uje pripoji a 15 zariadení. Medzi nimi mô u by i po íta e. Rozhranie GPIB

pre PC býva realizované ako zásuvná karta do roz irujúcej zbernice, obvykle do PCI,

výnimo ne e te i do ISA. Prepojovacie káble sú zakon ené masívnymi obojstrannými

konektormi s 24 kontaktmi. obr. 13.

Obr. 13. GPIB karta pre zbernicu ISA s obojstranným konektorom

V LabBIEW je mo né realizova komunikáciu cez GPIB rôznymi spôsobmi. Je

mo né vyu funkciu z palety Functions Instrument I/O GPIB, funkciu z palety

Functions Instrument I/O GPIB GPIB 488.2, alebo funkciu VISA, ktorá u bola

spomenutá v súvislosti s komunikáciou cez sériový port.



3.3.4 Univerzálna meracia karta PCI-6023E

PCI-6023E je univerzálna meracia karta, ktorá sa v sú asnosti tandardne dodáva

spolu so softwarovým balíkom LabVIEW Starter Kit. Mericia karta je ur ená pre roz irujúcu

zbernicu PCI. Je vybavená káblom a tzv. dcérskou doskou zo svorkovnicou. V podstate ide o

univerzálnu meraciu kartu so 16 analógovými vstupmi a 8 digitálnymi vstupmi a výstupmi.

Karta PCI-6023E nie je vybavená analógovými výstupmi. Je osadená 12 bitovým AD

prevodníkom. Maximálna vzorkovacia frekvencia je 200 kHz na analógových vstupoch.

Citlivos závisí od nastaveného rozsahu. V najlep om prípade je to a 24, 41µV.

Obr. 14. PCI-6023E s káblom a dcérskou doskou

Dcérska karta je vybavená konkrétnymi svorkami, na ktorých sa bude meranie

vykonáva . Ozna enie jednotlivých svoriek je v príru ke dcérskej karty. Na svorkách je

mo né vykonáva ve a be ných meraní, bu elektrické napätie, elektrický prúd, elektrický

odpor, kapacitu a ve a al ích.



3.3.5 Univerzálna meracia karta PCL-818L

Na základe tejto univerzálnej meracej karty je postavená známa meracia súprava

ISES Professional. Súprava ISES sa dodáva i s al ími meracími doskami. tandardná

dcérska doska je nahradená komfortnou svorkovnicou ku ktorej je mo ne pripája rôzne

meracie moduly, ako napr. voltmeter, ampérmeter, optickú závoru, mikrofón a ve a al ích

tandardných zariadení.

Ako príklad je uvedená meracia karta PCL 818L, ktorá je vybavená 16 analógovými

vstupmi. Z nich 8 je vyvedených na svorkovnicu súpravy ISES Professional s rovnakým

po tom analógových výstupov. Maximálna vzorkovacia frekvencia je 40 kHz. Karta je

vybavená 12 bitovým AD prevodníkom. Pre prístup k PCL 818 z LabVIEW je nutné

nain talova tzv. DLL Driver pre túto meraciu kartu a potom rozhranie pre LabVIEW, tzv.

LabVIEW Driver.

Obr. 15. Univerzálna meracia karta PCL-818L



3.3.6 Meracia stanica NI ELVIS

NI ELVIS vyu íva softvérové nástroje na báze LabVIEW, multifunk né DAQ

zariadenie (vo forme multifunk nej karty) a pracovnú stanicu s prepojovacou doskou na

zabezpe enie be ných laboratórnych meraní. LabVIEW softvér sa vyu íva na spoluprácu NI

ELVIS pracovnej stanice a DAQ zariadenia. Poskytuje programovacie prostredie pre ahkú

implementáciu zobrazovania a analýzy, ktoré sú po adované pre virtuálnu in trumentáciu.

Hardvér NI ELVIS poskytuje generátor funkcií a nastavite ný zdroj napätí z pracovnej

stanice.

Softvér NI ELVIS v LabVIEW v kombinácii s funk ným DAQ zariadením poskytuje

mo nos nasledujúcich prístrojov :

• Arbitrary Waveform Generator (ARB) Riadený generátor napätia

• Bode Analyzer Bode analyzátor

• Digital Bus Reader íta digitálnej zbernice

• Digital Bus Writer Zapisova digitálnej zbernice

• Digital Multimeter (DMM) Digitálny multimeter (DMM)

• Dynamic Signal Analyzer (DSA) Dynamický signálový analyzátor (DSA)

• Function Generator (FGEN) Funk ný generátor (FGEN)

• Impedance Analyzer Impedan ný analyzátor

• Oscilloscope (Scope) Osciloskop (Scope)

• Two-Wire Current Voltage Analyzer Dvoj-parametrový VA analyzátor

• Three-Wire Current Voltage Analyzer Troj-parametrový VA analyzátor

• Variable Power Supplies Premenlivé zdroje napätia



1. Po íta so softwarom LabView

2. DAQ zariadenie

3. 68-pinový E série kábel

4. NI ELVIS prepojovacia doska

5. NI ELVIS pracovná stanica

1. Vypína napájania 4. Nosný dr iak originálnej dosky

2. AC-DC napájací konektor siete 5. Bezpe nostný slot

3. 68-pinový DAQ konektor zariadenia

Obr. 16. NI ELVIS systém

Obr. 17. Pracovná stanica NI ELVIS zo zadnej strany



1. Analógové vstupy, osciloskop a programovate né funkcie IO

2. Digitálne signálové vstupy IO

3. Pole LED diód

4. D-SUB konektor

5. íta asova , u ívate om konfigurovate né IO a jednosmerné (DC) napájanie

6. DMM, analógové výstupy, riadený meni , u ívate om konfigurovate né IO,

regulovate né napätie a jednosmerné (DC) napájanie signálovej rady

7. Napájacie LED diódy

8. BNC konektory

9. Banana Jack konektory

Obr. 18. Detail NI ELVIS prepojovacej meracej dosky



4. FYZIKÁLNY MODEL DC/DC MENI A A JEHOEXPERIMENTÁLNA ANALÝZA S VYU ITÍM PROSTREDIA

LABVIEW

4.1 MENI E

innos spínaných zdrojov sa be ne pohybuje v rozmedzí od 60 do 80 %, niekedy i cez

90%. Bloková schéma spínaného zdroja sa skladá z nieko kých základných astí

znázornených na obr. 19. Nie v dy obsahuje spínaný zdroj v etky tieto asti a asto obsahuje i

niektoré navy e.

Podmienkou innosti spínaného zdroja je jednosmerné vstupné napätie. Pokia je

spínaný zdroj napájaný zo siete, musí ma na vstupe usmer ova sie ového napätia a

vyhladzovací (filtra ný) kondenzátor.

Pri transformácii je nutné previes jednosmerné vstupné napätie na napätie striedavé. K tomu

sa v spínanom zdroji pou ívajú vysokofrekven né spínacie tranzistory, ktoré vytvoria

striedavý obd nikový priebeh s frekvenciou 20 kHz a 1 MHz.

Na vlastnú transformáciu ve kosti napätia sa pou íva bu cievka, alebo transformátor.

Výstupné striedavé napätie je nutné usmerni a opätovne vyfiltrova obsah jeho striedavej

zlo ky. Na výstupnú usmer ovaciu diódu sú kladené vysoké po iadavky, preto e musí

usmer ova vo vysokej pracovnej frekvencii, musí ma malú kapacitu prechodu a malú

spínaciu a vypínaciu dobu.

AC/DC Filter Spína Trafo AC/DC FilterVýstupVstup

Obr. 19. Bloková schéma obecného spínaného zdroja



U0UI

4.2 POPIS FUNK NOSTI ZVY UJÚCEHO DC/DC MENI A

Zvy ujúci meni DC/DC patrí medzi nezávisle spínané výkonové polovodi ové

meni e. Kon truujeme ich pre vysokú ú innos , pre ich malú váhu a rozmery.

Výhodou je, e po as prevádzky pracuje s vysokou frekvenciou a pri tejto frekvencii je

jednoduch ie filtrova striedavú zlo ku. Nevýhodou je vy ia cena sú iastok, ktoré musia

pracova s touto vysokou frekvenciou.

Tieto zdroje sa pou ívajú k zvy ovaniu men ieho vstupného napätia na vä ie

výstupne napätie. Mô u zvy ova bu kladné alebo záporné vstupné napätie, ale polarita

vstupného a výstupného napätia musí zosta rovnaká. Najvä ou výhodou tohto zdroja je, e

mô e zvy ova vstupné napätie bez pou itia transformátora a 10 násobne.

Je to obvod, kde je cievka zapojená do série so spína om a spína je uzemnený

(obr.20). V anglickej literatúre sa tento typ obvodu nazýva Step-Up alebo taktie BOOST.

Spína S je riadený oscilátorom, ktorý je obsiahnutý v integrovanom obvode zdroja,

alebo externe z generátora impulzov a periodicky spína a vypína. Ke je spína zapnutý, je

napätie USW nulové. Priebeh uzlového napätia USW pri periodickom spínaní a vypínaní spína a

je na obr.21 v okienku A, priebeh prúdu spína a je v okienku B.

Obr. 20. Základná schéma zapojenia zvy ujúceho DC/DC meni a

C: IL

B: ISW

A: USW

D: ID

E: UO

F: Ic

Obr. 21. Principiálna schéma zvy ujúceho meni a, s priebehmi napätia a prúdu.



Po as doby t1 (zopnutý spína S) sa výstupný kondenzátor vybíja do zá e, a aby sa

nevybíjal i cez zopnutý spína S, je oddelený diódou D, ktorá je pri zopnutom spína i S

polarizovaná v závernom smere a nevedie. Zo zdroja jednosmerného napätia UI te ie prúd I1

cez cievku L a spína S. Energia sa akumuluje v magnetickom poli cievky a má ve kos

2..21 ILA

= , prúd I1 cievkou narastá a do okamihu, pokia je spína S vypnutý. V tomto

okamihu cievka chce opä udr smer a ve kos prúdu I1 a vzniká na nej indukované napätie:

dtdILU IND

1−=

Sú et napätí UIND s napätím napájacieho zdroja UI tla ia prúd I2 do výstupného

kondenzátora C a do zá e. Preto e ve kos indukovaného napätia UIND závisí od

induk nosti cievky L, od ve kosti pôvodného prúdu I1 a od rýchlosti vypnutia spína a S,

potom napätie UIND nie je obmedzené a mô e by teoreticky ubovo ne ve ké. Po s ítaní s

napätím UI je potom výstupné napätie UO v dy vä ie ako UI.

Vplyv doby zopnutia (t1) a vypnutia (t2) v tomto zapojení nie je a tak jednozna ný,

ako v zapojení zni ovacieho meni a. S rastúcou dobou rastie ve kos prúdu I1 zárove i UIND,

ale sú asne sa zmen uje i napätie UO dlhým vybíjaním kondenzátora C. Naopak s rastúcou

dobou t2 je síce kondenzátor C dlh ie dobíjaný, ale jedine v tom prípade, pokia ve kos UI +

UIND je vä ie ako UO + UF , kde UF je napätie na dióde v priepustnom smere.

Graf. 2. Prúd na dióde

Graf. 3. Prúd na kondenzátore

Graf 1. Prúd na induk nosti



Tento obvod nemô e by navrhnutý tak, aby výstupné napätie bolo men ie ako napätie

vstupné. Popis innosti je pre dobu t1 (zopnutý spína S) daný vz ahom:

4.3 VÝPO ET A SIMULÁCIA ZVY UJUCÉHO DC/DC MENI A

Zadanie:

Úlohou merania je navrhnú zvy ujúci DC/DC meni kde vstupné napätie je UI=10V a prúd

II=1A. Meni transformuje na výstupne napätie o ve kosti U0=20V a prúd I0=0,5A.

Podmienkou je aby frekvencia spínania bola f=20kHz.

Výpo et:

Zo stanovených údajov je pracovný cyklus daný vz ahom:

5,020

1020

0

0 =−

=−

=V

VVD S

Periódu a asové intervaly pre vypínanie a zapínanie spína a vypo ítame:

sTDTsTDT

sf

T

OFF

ON

µ

µ

µ

25)10.50).(5,01().1(2510.50.5,0.

5020000

11

6

6

=−=−=

===

===

−

−

Ekvivalentný odpor zá e je:

Ω==== 405,0

20.. 0

0

00

20

IV

IVV

R

Minimálna hodnota induk nosti pre nepretr itý vodivostný re im je:

HDDf

RL µ125)5,01.(5,0.20000.240)1(.

.222

min =−=−=

Stredná hodnota prúdu zá e je:

AR

VI 5,040200

0 ===

( )

!!! U Uplatistálebudezapojeniau tohtopotom1,d)1(

.dobu tpoa..

I0

22

211

><⇒−

=

⇒−=−

=

dU

U

dIL

tUUIdL

tU

IO

OII



pi kový prúd zvlnenia je:

ATDL

VI SL 210.50.5,0.

10.12510.. 6

6 ===∆ −−

Priemerný prúd zdroja alebo prúd induk nos ou je:

AD

III SavgL 1

5,015,0

10 =

−=

−==

Z tohto dôvodu maximálny a minimálny prúd cez induk nos sú dané

AIII LavgLL 2

221

2max =+=∆

+=

AIII LavgLL 0

221

2min =−=∆

−=

Na výpo et kapacity kondenzátora pou ijeme tento vz ah, kde ∆U0 je maximálne zvlnenie, ja

som si zvolil 25mV.

F

VVfR

DC µ500

2010.25.20000.40

5,0

..3

0

0==

∆=

−

Pre túto aplikáciu, pou ijeme tandardný kondenzátor o hodnote 500µF na 35V.

Percento zvlnenia prúdu na induk nosti mô e by vypo ítané ako:

%200100.12100.% ==

∆=

avgL

L

IICR

V niektorých peciálnych aplikáciách podobné vysoké percento zvlnenia nesmie by .

Musíme zvä hodnotu induk nej cievky a tým sa zní i zvlnenie. Ú innos meni a vyrátame

z hodnôt reálneho meni a, kde výstupné napätie je 18,3V a prúd 422mA.

%226,77%100.1.10422,0.3,18%100.

.

.%100. 000 ====III IU

IUPP

η

Vyhodnotenie výpo tu:

Z vypo ítaných hodnôt u mô eme vyhotovi meni , ktorý obsahuje induk nos

o ve kosti L=120µH a kondenzátor o ve kosti C=500µF a zá R=40Ω. Sú iastky pou ité

v zapojení musia by dimenzované na maximálny prúd o ve kosti 2A. Riadenie tranzistora je

dané spínaním s periódou 50µs ( f=20kHz ) a asové intervaly spínania sú t1=25µs (zapnutie)

a t2=25µs (vypnutie).



0

M

IRFZ44

V2

TD = 0

TF = 0PW = 25uPER = 50u

V1 = 0

TR = 0

V2 = 4

L

120u

1 2R

0.36

21D

MBR1045

V110

R3

1k

2 1

V312

R4

4k

2 1

0

U7A

TL072/301/TI

3

28

4

1+

-V

+V-

OUT

Rz

40

2

1

Lf

33u

1 2

C

500u1

2

Time

0s 10ms 20ms 30ms 40ms 50ms-I(Rz)

0A

200mA

400mA

600mA

Time

49.76ms 49.80ms 49.84ms 49.88ms 49.92ms 49.96ms 50.00msV(Rz:2,0)

20.000V

20.200V

20.400V

19.844V

Simulácia v PSpice:

Obr. 22. Simula ná schéma v PSpice

Time

0s 5ms 10ms 15ms 20ms 25ms 30ms 35ms 40ms 45ms 50msV(Rz:2,0) -I(Rz) V(V1:+,V1:-)

0

10

20

30

Graf 4. Priebeh napätia a prúdu na vstupe a výstupe meni a

Graf 5. Detail zvlnenia výstupného napätia meni a U0

Graf 6. Detail výstupného prúdu na za i I0



Time

49.5ms 49.6ms 49.7ms 49.8ms 49.9ms 50.0msI(L)

1.00A

2.00A

0.12A

Time

49.5ms 49.6ms 49.7ms 49.8ms 49.9ms 50.0msV(R4:1,0)

0V

5.0V

10.0V

13.4V

Time

49.600ms 49.700ms 49.800ms 49.900ms49.501ms 50.000msV(L:2,0)

0V

10V

20V

Time

49.680ms 49.720ms 49.760ms 49.800ms 49.840ms 49.880ms 49.920ms 49.960ms49.648msID(M)

0A

1.0A

2.0A

Graf 7. Detail napätia na tranzistore pri spínaní USW

Graf 8. Detail prúdu na tranzistore pri spínaní ISW

Graf 9. Detail prúdu vo vetve induk nosti IL

Graf 10. Detail napätia riadenia na hradle G tranzistora



Time

49.650ms 49.700ms 49.750ms 49.800ms 49.850ms 49.900ms 49.950ms49.612ms 50.000msI(d)

0A

1.00A

2.00A

2.34A

Schéma zapojenia reálneho meni a:

V reálnom zapojení zvy ujúceho DC/DC meni a sme pou ili nasledovne sú iastky:

L=120µH, LF=33µH, R=0,27Ω, C=500µF, Dióda – MBR1060, IO – MC33135P, Tranzistor –

IRFZ44N. Ako zá som pou il namiesto jedného rezistora o hodnote 40Ω, ktorý by musel

ma stratový výkon a 10W (vysoké prehrievania a nakoniec zni enie odporu), dva do série

zapojené rezistory o hodnote 22Ω a 68Ω. Týmto sa prúd rozdelil na jednotlivé rezistory

a zní ilo sa prehrievanie odporov so stratovým výkonom len 4,25W. Takéto rezistory je u

mo né pou . Nevýhodou tohto obmedzujúceho rie enia je, e z nedostupnosti presnej

hodnoty sa celkový odpor zá e zvý il na 45Ω, o vyvolá zvý enie napätia a zní enie prúdu

na zá i. Týmito zmenami sa výkon a vlastnosti meni a nezmenia.

Obr. 23. Schéma zapojenia DC/DC meni a

Graf 11. Detail prúdu na dióde ID



4.4 ANALÝZA DC/DC MENI A VYU ITÍM PROSTREDIA LABVIEW

Úlohou tvrtého bodu zadania diplomovej práce je pou itím simulá ného jazyka

LabView a meracej dosky NI ELVIS dosiahnu riadenie zvy ujúceho DC/DC meni a.

Pou ijeme meni popísaný v predo lom bode a skon truovaný pod a uvedenej schémy.

Výsledkom tohto merania bude riadi daný meni pod a po íta a v reálnom ase a overi jeho

funk nos a získa výsledky z osciloskopu obsiahnutého v meracej doske NI ELVIS. al ou

úlohou bude zisti rozsah riadenia daného meni a pri frekvencii 20kHz a to zmenou asového

intervalu periódy zopnutia t1 (ON) a vypnutia t2 (OFF). Nasledujúce výsledky, bude potrebné

spracova a vykresli .

Obr. 24. Navrch plo ného spoja meni a v Eagle 4.11

Obr. 25. Hotový a funk ní DC/DC meni v zvy ujúcom zapojení



Meranie sme realizovali v NI ELVIS – Arbitrary Waveform Generator, kde v ponuke

Waveform Editor si nadefinujem presnú frekvenciu, ktorú potrebujeme na spínanie meni a

(Obr. 26).

Ako prvé pri vytváraní daného priebehu si musíme nadefinova írku periódy

a vzorkovací pomer. Potom si musíme nadefinova typ impulzu a to v New Component, kde

máme na výber z mo nosti Library , Expression a Sketch.

Library obsahuje kni nice u preddefinovaných typov impulzov ako sú obd nikový,

sínusový, trojuholníkový a ve a al ích. Ka dý z týchto základných typov impulzov mô eme

presne definova ako je amplitúdy , posunutie, frekvencia, fáza.

Expression obsahuje mo nos definova priebeh impulzu pomocou rovnice, táto

mo nos je ve mi komplikovaná, lebo základné priebehy sú obsiahnuté v predo lom bode.

Sketch je mo nos upravova priebeh impulzu pomocou kreslenia, táto mo nos

zjednodu uje vytvorenie zlo itých typov impulzov.

Obr. 26. Pracovná plocha NI ELVIS Arbitrary Waveform Generator a Waveform Editor



0

2

4

6

8

10

12

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500

Vytvorené priebehy impulzov v Waveform Editor pre al ie pou itie ulo íme cez

ponuku File → Save As... na po adované miesto na disku. Pri práci v ELVIS – Arbitrary

Waveform Generator u mô eme priebehy na íta cez ikonu adresára a to bu pre

výstup z meracej dosky DAC0 alebo DAC1. Nastavíme si Gain (zisk) a ikonou Play/Stop

generujeme po adovaný impulz na výstupe z meracej dosky pod názvom

Analog Outputs, kde sú dva výstupy a to DAC0 a DAC1.

Jednotlivé priebehy s frekvenciou 20kHz sú dolo ené v prílohe, kde sú samostatne

rozdelene pre d ku vodivosti asu tON od 5% a do 100%. alej si musíme nastavi Update

rate, ktorý pre moje meranie je 200 000S/s a ponecháme mód opakovania.

t1 ON [%] 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95

t2 ON [%] 95 90 85 80 75 70 65 60 55 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5

U0[%] 13,9 14 14 14,1 14,2 14,3 14,7 15,1 17,2 18,3 17,4 17,3 15,2 14,9 13,3 12,9 11,4 10,7 10,2

02468

101214161820

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100t1 ON [%]

U O

[V]

U L

[V]

T [µs]

Graf 12. Závislos výstupného napätia U0 od doby spínania t1 ON

Graf 13. Priebeh napätia na induk nosti UL

Tab.1. Závislos výstupného napätia od doby spínania t1 ON a t2 off



ZÁVER

Hlavným cie om tohto ro níkového projektu bolo zisti , ako by bolo vhodné pou

programovací jazyk LabVIEW pri analýze a syntéze výkonových polovodi ových systémov.

Prvým bodom bolo vysvetli základne metódy modelovania výkonových

polovodi ových systémov. Vysvetlil som o je výkonový polovodi ový systém, návrh

a základné spôsoby rozdelenia bloku polovodi ového systému.

al ím bodom ro níkového projektu bolo stru ne opísa vývojové prostredie

LabVIEW. Pri pou ití dostupnej literatúry som uviedol jednoduchý návod a opis základných

astí pracovnej plochy.

Tretím bodom ro níkového projektu bolo opísa mo nosti vyu itia prostredia

LabVIEW pri analýze výkonových polovodi ových systémov. Opísal som výhody a nevýhody

po íta ovej simulácie a základné rozdelenie meracieho systému. as ro níkového projektu je

venovaná pripojeniam periférii k PC vyu itím LabVIEW. Celá táto as je preh adné

rozdelená pod a typu daného pripojenia k PC. Pracovná stanica NI ELVIS je popísaná

podrobne, preto e bola vyu itá na meranie DC/DC meni a.

al ou úlohou tejto diplomovej práce bolo vyhotovenie zvy ovacieho DC/DC meni a

a riadenie daného meni a pomocou pracovnej stanice NI ELVIS. Z praktického h adiska je to

jednoduché zapojenie, ale nevýhodou bolo obmedzenie maximálneho napätia riadenia len do

2,5V. Tento problém bol vyrie ený pou itým zosil ovacieho obvodu MC33151P, ktorý daný

riadiaci signál zosilnil z 2V na 10V, ktorým u bolo mo né riadi daný meni . Priemerná

innos zvy ujúceho DC/DC meni a je 77,226% o be nému pou itiu vyhovuje.

Analýzou merania daného meni a som dospel k záveru, e pracovná stanica NI ELVIS

vyhovuje po iadavkám výkonovej elektrotechniky. Nevýhodou je, e potrebujeme úpravu na

zvý enie riadiaceho napätia. Predov etkým táto meracia doska je ur ená na meranie

signaliza ných a nízkonapä ových aplikácií



ESTNÉ PREHLÁSENIE

Prehlasujem, e som zadanú diplomovú prácu vypracoval samostatne, pod odborným

vedením vedúceho diplomovej práce Ing. Anny Kondelovej a pou íval som len literatúru

uvedenú v práci.

V iline d a 19.5.2006



PO AKOVANIE

akujem vedúcej diplomovej práce Ing. Anny Kondelovej, za odborné vedenie a

pomoc, ktorú mi poskytla pri vypracovaní diplomovej práce. Zárove chcem po akova

aj Ing. Jozefovi Lakato ovy a v etkým pracovníkom zo ilinskej univerzity, ktorí mi

akýmko vek spôsobom pomohli pri technickej a teoretickej realizácii tejto diplomovej

práce

Peter Rusna ko



ZOZNAM PO ITEJ LITERATÚRY

[1] DOBRUCKÝ, B. - PÁNIK, P.: Modelovanie a simulácia výkonových polovodi ových

truktúr. Vedecká monografia. EDIS, ilinská univerzita v iline, 1999.

[2] DOBRUCKÝ, B. - PÁNIK, P. – HUKEL, M.: Výkonové polovodi ové meni e v

PSpice Schematics. Vedecká monografia. EDIS, ilinská univerzita v iline, 1999.

[3] DOBRUCKÝ, B. - PÁNIK, P. – RÁ EK, V. – GUBRIC, R.: Výkonové polovodi ové

truktúry. V DS ilina, Edi né stredisko, 1995 (skripta).

[4] RÁ EK, V.: Výkonové polovodi ové systémy

SV T Bratislava 1988

[5] RÁ EK, V. - SOLÍK, I.: Výkonové polovodi ové systémy II – III.

NALC Bratislava 1993

[6] NI Educational Laboratory Virtual Instrumentation Suite (NI ELVISTM): User Manual 2004

[7] Barry Paton.: Introduction to NI ELVIS 2004

[8] Firemné manuály NI

[9] http://vlab.fme.vutbr.cz/

[10] http://zone.ni.com/

http://vlab.fme.vutbr.cz/

http://zone.ni.com/

Documents

DIPLOMOVÁ PRÁCA - diplom.utc.skdiplom.utc.sk/wan/621.pdf · DIPLOMOVÁ PRÁCA Strana 6 z 47 äILINSKÁ UNIVERZITA V äILINE EF KVES 4. overenie vlastností zapojenia výkonového