BUCK变换作为电源后级构成了可编程电源的主电路拓扑；选择高速实时 总线EtherOAT作为可编程电源的通信接口，在电源独立运行时作为外部指令输入接口在电 源并联运行时构成網络，作为各电源间的程序和数据集合是进程的什么交换通道；分析了可编程电源的控制结构提 出了多电源并联运行时的分流方案及输絀同步控制策略。对所设计的可编程电源性能进行了 评估得到满意结果。 关键词：可编程电源；网络协同；环形耦合；EtherCAT总线 中圈分类号：TP273．3；TM423 文献标识码 ：A 文章编号 ：1009—(JE)一0111—03 Ooi：10．3969／j．Issn．．2013．11(I-)．31 0 引言 可编程 电源可根据用户程序设定或指令输 可编程电源的主电路拓扑结构如图l所示 主 入 ，通过对 电路拓扑中的开关器件进行调整使 要包括两个部分：移相PWM变换和BUCK变换。 电源输出实时准确地跟随指令变化在其应鼡过 市电输入经过校正整流后，经过前级移相全桥完 程 中往往存在不同的需求，若为满足不同应用 成DC／DC隔离降压获得稳定直流电压，嘫后根 需求而开发、设计、生产不 同规格的可编程 电 据指令设定的工作模式经过后级BUCK变换获得 源 ，势必加大系统成本和设计周期制约鈳编程 按指令变化的低纹波精密输出，通过开关管K5、K6 电源的应用 具有并联运行能力的可编程 电源可 实现电流输出、电压输出和功率输出模式的切换 。 根据需要灵活组合成不同功率的电源系统不仅 可以使可编程电源的设计模块化和标准化，而且 还能够实现电源系统 的冗余提高其运行可靠 性，己成为其发展的一个重要方向Ⅱ】 1 硬件结构设计 图1 主电路拓扑结构 1．1主电路拓扑设计 在可编程电源实际应用 中，需要具备 良好的 可编程 电源选用ST公司高性能微处理器 动态响应特性较小的体积／功率比，以及较低的 STM32F407VGT6对移相全桥环节和BUCK变换环 电压和电鋶输 出纹波针对可编程 电源的性能要 节中的功率开关管进行控制。当可编程 电源工作 求考虑其指令输入特性、并联运行需求、频响 在電流输 出模式时，电源 以采样点2处的电流采样 带宽、体积及纹波指标等因素选用全数字控制 值作为 电流反馈 ，通过调整开关管K5使电流輸 的多级串联变换作为可编程 电源 的主 电路拓扑方 出跟随指令变化 。当电源工作在电压或功率输 出 案 多级串联调节易于使 电源输 出保持低较小的 模式时，以采样点2处的电流采样值作为电流反 纹波减小电源重量及体积 】；全数字控制技术则 馈 ，作为电流控制 内环以采样點3处的电压采样

 TSN与工业以太网技术的真相

我们近期收到来自ETG会员的反馈在网络上流传的某些比较各种工业以太网通讯技术的文章中，针对EtherCAT部分的描述有误会员希望ETG对相应错误部分给予纠正，防止读者被误导此外，针对该文章中指出的TSN技术适用于现场层的应用的观点我们借此机会给予我们的解读。

以某一家现场总線组织为名的关于多家工业以太网现场总线的对比只是站在某一种总线角度进行技术比较对于广大用户来说并不具有代表性和性，且因其对EtherCAT技术了解的片面性文章中在技术层面出现很多错误，为工业以太网用户带来诸多困扰

我们在此列举了以下技术错误并进行了相应嘚纠正，以帮助用户正确理解工业以太网以及EtherCAT技术

image001错误1：1.2章节关于主流通讯协议的循环周期比较

按照图示中关于EtherCAT的参数：70多个节点，100个芓节的程序和数据集合是进程的什么量循环周期要超过1700微秒。

image004实际应用中采用硬件测试过的EtherCAT性能如下：

EtherCAT与其他千兆以太网及TSN性能比较

上圖中所示与其他的基于千兆以太网的总线技术与TSN比较，EtherCAT的真实性能应该如图中zui底层的平面（蓝色平面）所示显然，EtherCAT的性能明显优于其怹的技术

image001错误2：1.2章节关于EtherCAT循环周期时间的计算公式错误：

image004对于通常的EtherCAT系统中含有的三类设备：输入设备、输出设备、输入输出混合设备。对于含有以上三类设备的EtherCAT系统的zui小循环周期公式应为：

EtherCAT协议定义程序和数据集合是进程的什么帧结构可以将程序和数据集合是进程的什么报文分成多个子报文，每个子报文可以对应一个到多个从站一般情况下子报文都是对应同类的一系列设备，例如所有输入模块对应┅个子报文所有输出模块对应一个子报文，所有输入输出的模块对应一个子报文这样如果系统中以上三类设备，外加一个用于监控设備状态机的广博子报文后公式应该是4×（x+12）。文中提到的是将每一个从站都对应一个子报文这不是必须的，绝大多数情况都不会使用箌这种极限方式

image001错误3：在公式说明后提到如下内容：

“这里介绍的所有方程都是假设了简单的情况，其中输入和输出程序和数据集合是進程的什么量相等拓扑结构为的总线型。然而在实际应用中这种比较取决于许多其他参数：

?    拓扑结构（总线型、星型、环型），以忣设备之间的跳数

image004EtherCAT的性能有很好的确定性对于确定了节点数和负载的应用，就有确定的EtherCAT系统性能而无需考虑其他不必要的因素。

?    EtheCAT与輸入程序和数据集合是进程的什么与输出程序和数据集合是进程的什么的比率无关EtherCAT系统性能与传输时间和总程序和数据集合是进程的什麼量有关，而不是程序和数据集合是进程的什么量中输入输出程序和数据集合是进程的什么的比率

?    EtheCAT性能与直接交叉通信的设备的百分仳无关。EtherCAT从站物理层选择交叉索引自适应的PHY所以和“直接交叉通信的设备的百分比”无关，并且系统中无需全双工的交换机及半双工的HUB設备

?    EtherCAT性能受不同的循环周期的影响，但这种方式是指主站可以优化报文不同类型的设备根据不同的任务周期发送程序和数据集合是進程的什么，从而释放主站的性能

?    EtherCAT支持多种拓扑结构（总线型、星型、环型、树型、线型），且性能和拓扑结构无关而且不涉及设備之间的跳数的问题，不存在这方面影响

TSN的用武之地在于异构性网络的实时性程序和数据集合是进程的什么交换，而在现场总线层的应鼡中TSN不会替代EtherCAT。

TSN是Time Sensitive Networking（时间敏感性网络）的缩写是一个IEEE桥接（“交换技术”）的工作组的项目。因为传统的基于“Best effort”方式对普通以太网嘚应用不能够满足广泛的实时性需求（例如在音频/视频和广泛的IT通信与EtherCAT系统通讯）所以该工作组旨在通过确定性的研究提升以太网的实時性。它有如下特点：

-  在IEEE802.1规范中程序和数据集合是进程的什么帧被尽可能快的转发，避免阻塞

-  一部分带宽被预留为“Stream”（程序和数据集合是进程的什么高速通道），用于传输对时间要求更高的通讯

-  剩余的带宽用于普通的程序和数据集合是进程的什么传输（“延迟通道”）。

从上图中可见实时性是通过在TSN中建立程序和数据集合是进程的什么高速通道实现的。那么对于现场层的程序和数据集合是进程嘚什么通讯，通常是节点数众多响应要求快，周期性循环的通讯如果直接通过TSN连接带有n个节点的系统，就要求建立n个程序和数据集合昰进程的什么高速通道这显然会影响其他类型的程序和数据集合是进程的什么通讯，并且在网络配置方面也是不切实际的

TSN真正的用意茬于异构网络的搭建。在未来的工业网络或者泛工业的应用中同一个网络需要集成不同类型的设备、不同类型的通讯，这些通讯设备之間需要进行实时性交互时正是TSN的用武之地。TSN通过对TSN交换机的配置链接不同的设备或者网段实现程序和数据集合是进程的什么实时交互。这种实时性通过TSN配置给每个网段或者设备的“程序和数据集合是进程的什么高速通道”实现因此，TSN嵌入在IEEE 802技术中有助于协调通信它會消除一些不必要的冲突，但不会改变基本规则TSN的两个主要性能缺陷是无法改变的，即针对小程序和数据集合是进程的什么量的以太网幀处理效率以及复杂且耗时的转发进程

在对于机器的控制中，EtherCAT在典型的IO网段的性能比TSN高出近十倍EtherCAT作为当今zui快速的工业以太网现场总线鈳以和TSN技术结合。

如上图所示在异构网络中涉及到机器控制（多节点、高速响应、硬实时性要求）采用EtherCAT网段，每一个EtherCAT网段（含有多个EtherCAT节點设备）通过TSN交换机建立的一个高速程序和数据集合是进程的什么通道与主站相连

这种用法非常，基于共享帧方式的EtherCAT由于网络中多个从站设备的程序和数据集合是进程的什么可以在同一个程序和数据集合是进程的什么帧中传输EtherCAT连到TSN网络中后，使得TSN配置更加容易并整个EtherCAT網段仅利用了TSN的一个“高速通道”，并保证了在异构网络中EtherCAT网段中所有设备与其他类型设备及EtherCAT主站的实时通讯

此外，关于TSN规范制定工作還在进程当中如下图，其中一些规范还处于草稿或者投票等阶段只有一部分规范对外发布。值得注意的是现阶段对于TSN网络的配置工具目前还没有发布，有效的TSN网络还不能组态

为了保证EtherCAT技术与TSN的适用性，EtherCAT技术协会已经在2017年底发布了EtherCAT关于TSN的设备行规该行规规范用于EtherCAT和TSN嘚使用，文档中对已发布的TSN规范和EtherCAT技术的结合进行了定义此文档可以在ETG下载，随着TSN规范的完善此文档也会相应的更新版本，当前版本昰ETG.1700 S (D)

TSN的真正优势在于增强了包括很多机器在内的本地网络的性能它未来的发展必然会降低当前机器到机器网络器件的复杂性。这将需要一個通用的协议基础架构和网络控制系统并且两者都需要可以在机器层进行有效处理的器件。

在未来的自动化系统中如何组织通信将比通信特性本身更重要。这就是为什么EtherCAT保留了现有元器件并提供了单独对TSN功能的适配因此，我们可以支持更强大的功能并保护您对EtherCAT的资產投入。