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電源管理
閱讀�2199�(shí)間:2021-01-19 18:11:29

    全球節(jié)能需求的不斷提高,數(shù)字技�(shù)的不斷�(jìn)�,分體式電源�(jié)�(gòu)的日益增加和電子�(shè)備必須遵守強(qiáng)制能效規(guī)范的要求,連同便攜式裝置的小型�、多功能的發(fā)展趨�(shì)�電源�理技�(shù)�(fā)展的原動(dòng)力�

�(shù)字電源管理應(yīng)�

    解決成本與復(fù)雜性問(wèn)�
    電子行業(yè)流行這么一�(gè)“傳�(tǒng)”觀�(diǎn):能�(jìn)行直接準(zhǔn)確變速控制的系統(tǒng)所需的組件實(shí)在太貴了,根本無(wú)法用于價(jià)格敏感型消費(fèi)電器�。這種觀�(diǎn)�(rèn)�,與其開(kāi)�(fā)并執(zhí)行這樣的控制系�(tǒng),使終產(chǎn)品零售價(jià)格升高并�(dǎo)致產(chǎn)品對(duì)人們失去吸引力,還不如保持電器的低成本,放棄智能電�(jī)控制的優(yōu)�(shì)。另�,由于快速過(guò)電流檢測(cè)、故障控�、系�(tǒng)可靠性和效率等問(wèn)�,電�(jī)控制�(yīng)用還存在著棘手的工程難題�
    由于�(duì)快速準(zhǔn)確回路控制的需求以及通過(guò)�(shù)字電源管理執(zhí)行智能電�(jī)控制所需要組件的�(shù)量和成本等問(wèn)題的存在,這些控制器應(yīng)用給MCU�(shù)立了�(biāo)�(zhǔn),要求它必須提供一流的性能和豐富的綜合型先�(jìn)功能以簡(jiǎn)化通用電機(jī)控制�(lǐng)域的閉合回路控制�(shè)�(jì)�
    近幾年專(zhuān)門(mén)用于電機(jī)控制的微控制�(MCU)已經(jīng)�(wèn)世,集成�8 位計(jì)算引�、模�(shù)�(zhuǎn)換器(ADC)、比較器、計(jì)�(shù)器、定�(shí)器等電路�(lái)控制電機(jī)速度,滿足負(fù)載的功率要求。由于快速而的閉環(huán)控制以及所需支持組件的數(shù)量少和成本低,這種控制器在�(duì) MCU 的預(yù)期方面樹(shù)立了新標(biāo)�。MCU生產(chǎn)商所面臨的問(wèn)題是怎樣在確保集成恰�(dāng)?shù)耐獠拷M件和功能的同�(shí)還能保持�(chǎn)品價(jià)格對(duì)消費(fèi)者的吸引。來(lái)�:大比特半�(dǎo)體器件網(wǎng)
    一種佳方法
    �1展示了一�(gè)面向先�(jìn)電機(jī)控制尤其是通用電機(jī)控制�(yīng)用的低成本高效型�(shù)字功率管理方�。其中的片上模擬外圍�(shè)備都是由ZiLOG�(kāi)�(fā)并集成到它的一�8位MCU上的�
    在這�(gè)例子�,MCU�10位ADC能夠提供多達(dá)四�(gè)單端/差分通道和一�(gè)可選� 1X 差分輸入緩沖區(qū)。另�,ADC 模塊中還集成了一�(gè)片上低功率運(yùn)算放大器,從而不再需要另外的外部組件就能夠獲得高精度電流�(cè)�。結(jié)合這�(gè)多通道 ADC,MCU 的兩�(gè)具有脈寬�(diào)�(PWM )以及采集與比較功能的增強(qiáng)�16 位定�(shí)器模塊可以同�(shí)操作兩�(gè)�(fù)�(即電�(jī)),同�(shí),直� LED �(qū)�(dòng)輸出可用�(lái)在出�(xiàn)�(yù)�(shè)事件�(shí)觸發(fā) LED,而不需要額外的硬件。該方案還由其它特征,包括一�(gè)模擬比較�、一套用于確??煽啃缘摹胺拦收稀闭袷幤鳈C(jī)制、一�(gè)片上集成溫度傳感器和高達(dá)128B 的非易失性數(shù)�(jù)存儲(chǔ)空間(NVDS)。圖 2 是款使用了ZiLOG MCU 的通用電機(jī)的結(jié)�(gòu)圖�
    �2 通用電機(jī)控制系統(tǒng)框架�
    電機(jī)控制的主要功�
    這�(gè)特別的數(shù)字公里發(fā)管理方案提供了通用電機(jī)所需的主要控制功能:“軟啟動(dòng)�、過(guò)電流故障保護(hù)和使用片上比較器�(cè)定交流電路過(guò)零點(diǎn)以確� MCU 輸出信號(hào)同步的能�。我們來(lái)逐條分析一下,并看看該方案是如何滿足這些要求的:
    (1)軟啟�(dòng)
    “軟啟動(dòng)”功能確保在電機(jī)打開(kāi)�(shí)功率逐漸地輸出到電機(jī)。通過(guò)使用 MCU 的單 I/O 輸出控制 TRIAC 的觸�(fā)/�(diǎn)火角�(lái)�(shí)�(xiàn)可調(diào)控制。這種功能大程度地減少了啟�(dòng)�(shí)�(zhuǎn)子的�(guò)沖和不平�(wěn)�(yùn)�(dòng),從而減少電�(jī)磨損,防止需量的突變,避免電路斷�(kāi)�(dǎo)致剛�(kāi)啟或正在�(yùn)行的電器都被�(guān)斷的情況�
    ZiLOG的軟啟動(dòng)�(shí)�(xiàn)方法采用了一�(gè)定時(shí)器和重新載入定時(shí)器高低字節(jié)�(shí)使用的一�(gè)查找�。在交流信號(hào)的一�(gè)半周期內(nèi)可以�(shí)�(xiàn)二十�(gè)均勻分布的觸�(fā)�。通過(guò)這種方法可以�(diào)節(jié) TRIAC 觸發(fā)�(如圖3),以�(diào)整輸送給電機(jī)的功�。這種軟啟�(dòng)方案使用一�(gè)10 微秒輸出脈沖寬度觸發(fā)TRIAC,在此期間觸�(fā)角從 18°上升�162° (一�(gè)半周期的 10% � 90%),此�(shí)電機(jī)�(guò)渡到正常滿速運(yùn)�(zhuǎn)�
    (2)�(guò)電流故障保護(hù)
    大多�(shù)電機(jī)控制都需要過(guò)電流故障保護(hù)。過(guò)電流故障的原因有很多,例如電�(jī)繞組短路、電�(jī)引線短路、機(jī)械驅(qū)�(dòng)與連接裝置故障、功率器件損�、接線錯(cuò)誤等。嚴(yán)重的�(guò)流故障會(huì)�(dǎo)致電器損毀,因此在出現(xiàn)�(guò)電流故障�(shí),不管原因是什�,都必須立即停止電機(jī)�(zhuǎn)�(dòng)以防損壞。雖然保�(hù)電路必須�(dòng)作迅�,但好逐周期地�(guān)� PWM 輸出,以便在不能繼續(xù)檢測(cè)到故障條件時(shí)恢復(fù)正常�(yùn)�(zhuǎn),而不是一下子完全�(guān)斷整�(gè)系統(tǒng)。如果這種方法不能解決�(wèn)�,再�(guān)斷系�(tǒng)�
    這�(gè)電機(jī)控制器方案以一�(gè)感應(yīng)電阻�(lái)�(cè)量電�(jī)電流(� 2),并把信�(hào)傳輸?shù)狡霞?ADC。過(guò)電流門(mén)限值是可以�(shè)置的,而一旦電流達(dá)到這�(gè)門(mén)限�,系�(tǒng)就會(huì)啟動(dòng)一�(gè)中斷服務(wù)程序,然后終止輸送到TRIAC 的觸�(fā)脈沖,并終關(guān)閉系�(tǒng)�
    (3)�(guò)零點(diǎn)
    要控制電�(jī)速度,TRIAC 的觸�(fā)角必須與交流電路電壓同步,因�,必須測(cè)定這種信號(hào)的過(guò)零時(shí)刻。ZiLOG 的電�(jī)控制方案使用了一�(gè)片上集成的模擬比較器,而不再需要外部組件,因此有助于降低成本和系統(tǒng)�(fù)雜�。圖 3 展示了用�(lái)�(shí)�(xiàn)變速控制的不同的TRIAC 觸發(fā)�。在圖中所示的�(yīng)用中,TRIAC 的觸�(fā)角被�(shè)� 9° �
    電機(jī)電壓�18°�90°�162°TRAC觸發(fā)�
    �(jié)�
    由于成本和系�(tǒng)�(fù)雜性的原因,各種家電和便攜式工具中使用的傳�(tǒng)通用電機(jī)一般都缺乏電機(jī)控制,要解決這一�(wèn)�,可以使用一�(gè)�(shù)字電源管理來(lái)�(shí)�(xiàn)變速控�,以得到各種明顯的優(yōu)�(shì),并防止啟動(dòng)電器�(shí)可能出現(xiàn)的會(huì)�(dǎo)致電路斷�(kāi)的電�。上面提到的這一方案使用了ZiLOG� Z8 Encore! XP Flash MCU,采用了片上集成�(shù)字模塊和先�(jìn)的模擬硬件模�,提供了一種通用電機(jī)控制方案,能較好的克服阻礙在各種�(jià)格敏感型電器上執(zhí)行智能控制的成本與復(fù)雜性問(wèn)題�

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