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完成电源智能化

智能控制的电源 世界上有许多供电应用,其中大部分只需要一个干净的电流源或电压源即可完成工作。在这些应用中,越来越多的应用需要通过某种智能算法来调整电压或电流以改善性能、降低功耗或者实现某种新功能,从而

智能操控的电源

国际上有许多供电运用,其间大部分只需求一个洁净的电流源或电压源即可完结作业。在这些运用中,越来越多的运用需求经过某种智能算法来调整电压或电流以改进功用、下降功耗或许完结某种新功用,从而使产品在市场上更具竞争力。其间一些运用包括:

1) 用于太阳能体系或能量收集的最大功率点追寻。

2) 电池充电,尤其是一些较为独特的化学物质。

3) 具有调光或日光收集功用的LED照明。

4) 经过备用电源体系完结容错。

在每种运用中,都会增加单片机来履行某种程度的智能算法以便更有用地办理功率。其他功率体系只需求与人或其他体系交互的智能。这些体系包括PC主板上的SMbus功率元件,汽车内根据LIN接口的照明体系或大型修建中的以太网办理电源板。只需向现有产品增加通讯功用,即可将产品的实用性和价值进步几个等级或层次。

传统智能电源

许多智能电源体系选用“蛮力”办法,即只是向现有电源体系增加一个MCU。这样做的危险很低,由于现有体系能完结任务且已被充沛了解。新的部分只是是智能。在这一进程中,一般要为电压、电流、温度和其他参数(如现有电源的占空比或频率)增加传感电路。此外,或许还需求衔接其他电路来操控现有电源的功用,如使能和电压设定值。许多SMPS ASIC已经过I/O引脚或I2C?衔接完结了必要的操控输入。而且有许多通用MCU(如PIC16F1939)可与这些ASIC交互并供给可改进电源功用的接口、指令和操控。

衔接电源并经过验证后,便可运用规范开发工具(如MPLAB X IDE和PICkit 3)快速开发附加功用。一般,这种办法不需求软件开发团队彻底通晓SMPS规划的难点,由于SMPS团队会独自验证体系的这一部分。

数字电源

为了节约本钱,开发人员对彻底集成SMPS和MCU有着激烈的志愿。一种十分有用的办法是运用具有快速采样ADC的高功用MCU。这类器材能够完结由软件操控的全数字反应体系。假如功用足够高,则可在软件中完结极端杂乱的反应算法,这样硬件上就变得十分简略。这种办法极具吸引力,但有几点需求考虑。

1)当毛病扫除中有必要包括ADC和算法时,传统的堵截/跳转调试办法不再那么有用。

2)软件团队有必要了解SMPS补偿的功用和数学要求。有时一些十分细小的代码改变都会对稳定性形成明显影响。

3)操控器的电源要求跟着MIPS的增加而进步,因而核算量大的算法将影响体系功率。

假如这些约束在体系中不成问题,那么便可运用软件完结一些适当奇特的作业。

混合智能电源

“蛮力”办法和全数字办法之间存在一种混合办法。这种办法将具有必需的模仿反应外设的混合信号操控器与必需的MCU功用组合在单个集成电路中。其间一种代表性的器材便是PIC16F753。PIC16F753将运算放大器(运放)、斜率补偿器、DAC、比较器和脉宽调制(PWM)操控器集成在单个14引脚的单片机中。其间每个外设都可编程,而且它们能够各种方式组合来创立很多电流方式电源。由于这些外设可在软件中装备,因而能够动态地更改装备来习惯各种电源情况。例如,当玩具待机时,比较恰当的做法是经过简略的固件前馈调理器将玩具中的电源作为滞后操控器来操作。当玩具激活时,可快速将电源重新装备为不同作业频率下的接连电流方式,预备履行动作。由于整个电源在MCU的外设内部进行操控,因而一切需求的传感电路均为SMPS的一部分,而非在规划生命周期的后期增加。这样便有或许简化规划并削减元件数量。固件也能从电源行为的额定可视性中获益且无需增加新元件。电源的规划进程与传统办法简直相同。进程如下:

1)确认电源拓扑

2)创立电源并核算元件值

3)装备内部外设(20行代码)

4)验证功用并调整补偿网络。

5)编写通讯和智能接口代码。

第5步不需求了解具体的电源常识便可完结,由于外设装备将由电源工程团队设置并验证。

规划进程

● 确认电源拓扑

● 创立模型并核算元件值

● 装备电源的单片机外设

● 调整模仿反应环

● 编写通讯和智能代码

通用装备

大多数运用PIC16F753创立的电源根据通用SMPS装备做出了少量更改。此装备如下所示。

完结电源智能化

在此装备中,外设装备为发生大多数电流方式的固定频率电源。COG是互补输出发生器。其功用是经过上升沿和下降沿输入构成的可编程死区生成互补输出。CCP装备为生成可编程的频率上升沿。当电流超出斜率补偿器的输出时,比较器C1生成下降沿。CCP可与C1结合来发生最大占空比。一些拓扑(如升压、反激或SEPIC)需求最大占空比。运放OPA用于供给反应和补偿。图中由DAC为运放供给参阅电压,但假如不需求可编程电压,固定电压参阅(FVR)也可用于为运放供给参阅电压。斜率补偿器可经过比较器或COG复位。其作业原理是运用可编程灌电流来使预充电到其输入(此例中为OPA)所设置电平的%&&&&&%衰减。这种电源装备十分易于运用。下面是LED串中升压电源调理电流的示例。

升压LED电源示例

完结电源智能化

构建并测验硬件后,只需完结一些基本功用便可增加智能,如下所示:

LED驱动器流程图

完结电源智能化

最大功率点状态机

完结电源智能化

电池充电器状态机

完结电源智能化

定论

向电源增加MCU得到的终究成果远比独自运用器材时强壮。集成可选用如下几种方式:仅将MCU接入现有SMPS规划,经过高功用dsP%&&&&&%树立全数字SMPS,或运用混合信号MCU将模仿SMPS功用与MCU集成到单个芯片上。

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