|
電力供應繼續提供新功能來提高效率,安全,和可管理性要求通信、工業和醫療應用程序。越來越多的單片機是一個關鍵因素在這些智能電源和實現大范圍的控制,傳感和管理功能。看一些更先進的單片機的硬件特性和方式簡化智能電源的設計將是有用的任何硬件設計師和嵌入式系統一起工作。 本文將介紹一些關鍵的單片機特性解決智能電源需求的嵌入式設計者。控制電源的啟動條件是一個明顯的需求,但傳感、日志記錄和交流電源操作也許是單片機功能的地方是最好的應用。 可靠性、安全性和效率 今天的可靠性、安全性和效率是關鍵客戶問題對于大多數電源子系統。然而,這些需求經常沖突與傳統的低成本的關切,小板空間、易于設計。使用先進的單片機作為智能電源控制器的設計可以幫助減輕一些沖突來創建一個更優化的設計。現代單片機包重大董事會功能在一個小空間,小成本和可用性的參考設計,代碼示例,開發平臺大大簡化實現。 通常單片機需要一些外部支持設備來完成設計。找到正確的合適的單片機和外部設備是有效實現的關鍵。快速瀏覽一些重要的芯片上的單片機功能和一些常見的外部設備,有效地與一個單片機將指引你走向自己的設備選擇一種有效的實現基于定制需求。 最重要的趨勢之一,幫助位置單片機作為高效電源控制器的開發標準接口內部電源的應用程序。例如,I2C的進化和SPI總線作為單片機外圍設備行業標準使得很容易“構建”常見的子系統和杠桿標準司機和更高級的軟件功能。閃光的記憶,數模轉換器、數模轉換器、溫度,電壓,和電流傳感器都可以共享一個共同的SPI和I2C總線,從而減少引線數要求,簡化軟件設計。 電源管理總線或PMBus是另一個行業標準串行接口和電源控制了。這車是基于I2C標準但包括一些feature-specific功能來簡化通信常見的元素,如測量電流供應水平,電壓水平,溫度,風扇速度。公共汽車使DC / DC控制器的發展,監管機構,和接口設備,大大增加的潛在情報用于單片機電源子系統。一些PMBus-oriented直流/直流控制器和監管機構的例子線性技術(如LTC3883下面的圖1所示。 
圖1:線性技術PMBus框圖。(由線性技術) 還有各種直流/直流控制器和監管者,線性也DC1613 PMBus控制器,顯示在圖1的左上角。這個接口直接塞到一個筆記本和一個SMBus連接器。結合使用時,可以使用LTC LTPowerPlay軟件部分提供快速測試和配置PMBus設備加快系統開發。LTC也提供了一個評估工具,DC1778A,可用于探索使用PMBus-based LTC3883直流/直流控制器。 大多數現代單片機直接支持PMBus標準,這使得它容易實現所需的情報高級電源子系統。例如,NXPLPC11xx單片機串行外圍控制器,可以實現PMBus和應用注一解釋如何實現PMBus軟件棧。尋找這些類型的資源,簡化代碼在超速用于單片機實現發展是無價的。 除了芯片上PMBus支持其他一些常見的電源需求可以幫助驅動一個單片機控制器的選擇。通常脈沖寬度調制、脈寬調制技術用于控制電壓或電流智能電源的設計。例如,設置“準時”的工作周期的電流控制MOSFET開關通常是用一個PWM-capable計時器所以單片機外圍不用花大量CPU周期管理MOSFET控制輸出。一些單片機芯片上的模數轉換器和數模轉換器,可用于溫度傳感和控制電壓模擬外設。快速存儲非易失性數據片上的能力是另一個有用的功能,當需要數據記錄跟蹤電源子系統的性能。的瑞薩RL78單片機,如圖2所示的一個例子是一個現代單片機的芯片上的功能確定到目前為止。定時器的一個廣泛的陣列,PWM功能,flash芯片上的數據,模擬-數字轉換器和一個串行接口,支持PMBus都可以用于優勢智能電源的設計。
圖2:瑞薩RL78單片機框圖。(由瑞薩) 瑞薩還提供了一個應用注釋和示例代碼演示了如何實現PMBus RL78 / I1A。示例代碼顯示了如何支持PMBus傳輸/接收I2C串行接口。在C和可用的代碼示例使用瑞薩CubeSuite + IDE。 外部設備支持 一般的單片機不能提供所需的所有功能實現電源子系統。例��,外部大功率MOSFET設備用于所需的大電流開關是最有效地實現為獨立的設備。這些設備集成片上通常比使用昂貴的專用設備,所以你會經常使用至少幾外部mosfet和igbt,也許專門的司機在你的設計。一些MOSFET驅動集成控制和監視邏輯芯片上,這可以使設計更容易和更聰明。例如,意法半導體PM8834是一個雙重下部司機適合充電和放電大電容負載mosfet和igbt。PM8834的框圖如下圖3所示。
圖3:意法半導體PM8834框圖。意法半導體(禮貌) 使針很容易覆蓋PWM控制輸入錯誤條件,提高安全性和可靠性。此外,UVLO塊,中間的方塊圖,有助于控制高速增長的驅動程序(它使司機直到達到UVLO閾值)。VCC電壓大于UVLO閾值(UVLOVCC)PWM輸入使司機的控制操作,提供相應的使銷主動。內部PWM_1和PWM_2都推倒,如果左浮動,相應的輸出插腳出院。簡單,但很有用,這樣的特性可以簡化編碼,也提高設計的可靠性和安全性的特點。 在一些大的AC��源子系統close-to-unity功率因數(真正的權力比流入的視在功率的負載電路)是一個要求提高功率輸出效率。功率因數校正可以用來“形狀”內的電流和電壓波形控制子系統的整體功率因數提高電源子系統。這樣做的方法是復雜的,但可以在單片機實現足夠的處理能力。一個有吸引力的選擇,然而,是使用一個專用的外部設備,實現了功率因素校正。的模擬設備ADP1047下面的圖4所示,提供了侵入電流控制使用傳統的提高功率因素校正技術與輸出電壓的乘法結合輸入電流和電壓的反饋。這提供了最佳諧波修正,并將一種改進的系統功率因數。
圖4:模擬設備ADP1047框圖。(由模擬設備) 有幾種狀態輸出時外部信號快速顯示操作偏離名義。所有關鍵參數也可以通過PMBus報道和調整界面,便于設備包含在一個基于單片機的設計。ADP1047還提供了準確的rms測量輸入電壓、電流、和力量使它可以添加重要的智能設計。使用專用設備可以增加所需的材料清單,但增加的功能,而不需要學習和實現一個陌生的控制算法可以保存個月的開發時間許多項目的關鍵優勢。 結論 精確混合芯片單片機的功能和外部設備更多一門藝術而不是科學,但是理解這些交易是一種有效的核心設計是一個很好的起點。確保你保持更新新的單片機功能針對電源設計以及新的外部設備,添加特性和簡化軟件開發復雜的算法。示例代碼,參考設計和開發板都應該被包括在任何有效的電源子系統的設計。 |
