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電力供應(yīng)繼續(xù)提供新功能來提高效率,安全,和可管理性要求通信、工業(yè)和醫(yī)療應(yīng)用程序。越來越多的單片機(jī)是一個關(guān)鍵因素在這些智能電源和實(shí)現(xiàn)大范圍的控制,傳感和管理功能。看一些更先進(jìn)的單片機(jī)的硬件特性和方式簡化智能電源的設(shè)計將是有用的任何硬件設(shè)計師和嵌入式系統(tǒng)一起工作。 本文將介紹一些關(guān)鍵的單片機(jī)特性解決智能電源需求的嵌入式設(shè)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(jī)功能的地方是最好的應(yīng)用。 可靠性、安全性和效率 今天的可靠性、安全性和效率是關(guān)鍵客戶問題對于大多數(shù)電源子系統(tǒng)。然而,這些需求經(jīng)常沖突與傳統(tǒng)的低成本的關(guān)切,小板空間、易于設(shè)計。使用先進(jìn)的單片機(jī)作為智能電源控制器的設(shè)計可以幫助減輕一些沖突來創(chuàng)建一個更優(yōu)化的設(shè)計。現(xiàn)代單片機(jī)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(shè)計,代碼示例,開發(fā)平臺大大簡化實(shí)現(xiàn)。 通常單片機(jī)需要一些外部支持設(shè)備來完成設(shè)計。找到正確的合適的單片機(jī)和外部設(shè)備是有效實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵。快速瀏覽一些重要的芯片上的單片機(jī)功能和一些常見的外部設(shè)備,有效地與一個單片機(jī)將指引你走向自己的設(shè)備選擇一種有效的實(shí)現(xiàn)基于定制需求。 最重要的趨勢之一,幫助位置單片機(jī)作為高效電源控制器的開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)接口內(nèi)部電源的應(yīng)用程序。例如,I2C的進(jìn)化和SPI總線作為單片機(jī)外圍設(shè)備行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)使得很容易“構(gòu)建”常見的子系統(tǒng)和杠桿標(biāo)準(zhǔn)司機(jī)和更高級的軟件功能。閃光的記憶,數(shù)模轉(zhuǎn)換器、數(shù)模轉(zhuǎn)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(shù)要求,簡化軟件設(shè)計。 電源管理總線或PMBus是另一個行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)串行接口和電源控制了。這車是基于I2C標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)水平,電壓水平,溫度,風(fēng)扇速度。公共汽車使DC / DC控制器的發(fā)展,監(jiān)管機(jī)構(gòu),和接口設(shè)備,大大增加的潛在情報用于單片機(jī)電源子系統(tǒng)。一些PMBus-oriented直流/直流控制器和監(jiān)管機(jī)構(gòu)的例子線性技術(shù)(如LTC3883下面的圖1所示。 
圖1:線性技術(shù)PMBus框圖。(由線性技術(shù)) 還有各種直流/直流控制器和監(jiān)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(jié)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(shè)備加快系統(tǒng)開發(fā)。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(shù)現(xiàn)代單片機(jī)直接支持PMBus標(biāo)準(zhǔn),這使得它容易實(shí)現(xiàn)所需的情報高級電源子系統(tǒng)。例如,NXPLPC11xx單片機(jī)串行外圍控制器,可以實(shí)現(xiàn)PMBus和應(yīng)用注一解釋如何實(shí)現(xiàn)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(jī)實(shí)現(xiàn)發(fā)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(qū)動一個單片機(jī)控制器的選擇。通常脈沖寬度調(diào)制、脈寬調(diào)制技術(shù)用于控制電壓或電流智能電源的設(shè)計。例如,設(shè)置“準(zhǔn)時”的工作周期的電流控制MOSFET開關(guān)通常是用一個PWM-capable計時器所以單片機(jī)外圍不用花大量CPU周期管理MOSFET控制輸出。一些單片機(jī)芯片上的模數(shù)轉(zhuǎn)換器和數(shù)模轉(zhuǎn)換器,可用于溫度傳感和控制電壓模擬外設(shè)。快速存儲非易失性數(shù)據(jù)片上的能力是另一個有用的功能,當(dāng)需要數(shù)據(jù)記錄跟蹤電源子系統(tǒng)的性能。的瑞薩RL78單片機(jī),如圖2所示的一個例子是一個現(xiàn)代單片機(jī)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(shù)據(jù),模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器和一個串行接口,支持PMBus都可以用于優(yōu)勢智能電源的設(shè)計。
圖2:瑞薩RL78單片機(jī)框圖。(由瑞薩) 瑞薩還提供了一個應(yīng)用注釋和示例代碼演示了如何實(shí)現(xiàn)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(shè)備支持 一般的單片機(jī)不能提供所需的所有功能實(shí)現(xiàn)電源子系統(tǒng)。例��,外部大功率MOSFET設(shè)備用于所需的大電流開關(guān)是最有效地實(shí)現(xiàn)為獨(dú)立的設(shè)備。這些設(shè)備集成片上通常比使用昂貴的專用設(shè)備,所以你會經(jīng)常使用至少幾外部mosfet和igbt,也許專門的司機(jī)在你的設(shè)計。一些MOSFET驅(qū)動集成控制和監(jiān)視邏輯芯片上,這可以使設(shè)計更容易和更聰明。例如,意法半導(dǎo)體PM8834是一個雙重下部司機(jī)適合充電和放電大電容負(fù)載mosfet和igbt。PM8834的框圖如下圖3所示。
圖3:意法半導(dǎo)體PM8834框圖。意法半導(dǎo)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(qū)動程序(它使司機(jī)直到達(dá)到UVLO閾值)。VCC電壓大于UVLO閾值(UVLOVCC)PWM輸入使司機(jī)的控制操作,提供相應(yīng)的使銷主動。內(nèi)部PWM_1和PWM_2都推倒,如果左浮動,相應(yīng)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(shè)計的可靠性和安全性的特點(diǎn)。 在一些大的AC��源子系統(tǒng)close-to-unity功率因數(shù)(真正的權(quán)力比流入的視在功率的負(fù)載電路)是一個要求提高功率輸出效率。功率因數(shù)校正可以用來“形狀”內(nèi)的電流和電壓波形控制子系統(tǒng)的整體功率因數(shù)提高電源子系統(tǒng)。這樣做的方法是復(fù)雜的,但可以在單片機(jī)實(shí)現(xiàn)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(shè)備,實(shí)現(xiàn)了功率因素校正。的模擬設(shè)備ADP1047下面的圖4所示,提供了侵入電流控制使用傳統(tǒng)的提高功率因素校正技術(shù)與輸出電壓的乘法結(jié)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(jìn)的系統(tǒng)功率因數(shù)。
圖4:模擬設(shè)備ADP1047框圖。(由模擬設(shè)備) 有幾種狀態(tài)輸出時外部信號快速顯示操作偏離名義。所有關(guān)鍵參數(shù)也可以通過PMBus報道和調(diào)整界面,便于設(shè)備包含在一個基于單片機(jī)的設(shè)計。ADP1047還提供了準(zhǔn)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(shè)計。使用專用設(shè)備可以增加所需的材料清單,但增加的功能,而不需要學(xué)習(xí)和實(shí)現(xiàn)一個陌生的控制算法可以保存?zhèn)�月的開發(fā)時間許多項(xiàng)目的關(guān)鍵優(yōu)勢。 結(jié)論 精確混合芯片單片機(jī)的功能和外部設(shè)備更多一門藝術(shù)而不是科學(xué),但是理解這些交易是一種有效的核心設(shè)計是一個很好的起點(diǎn)。確保你保持更新新的單片機(jī)功能針對電源設(shè)計以及新的外部設(shè)備,添加特性和簡化軟件開發(fā)復(fù)雜的算法。示例代碼,參考設(shè)計和開發(fā)板都應(yīng)該被包括在任何有效的電源子系統(tǒng)的設(shè)計。 |
