数字电源转换和管理解决方案

智能能源意味着电力生成，分配和消耗的智能水平。在某种程度上，这已被政府强加给公用事业公司，但它比单纯的立法更加深刻。更广泛的社会良知意味着它现在影响着各种形式和各个层面的权力处理。

越来越多地嵌入米，器具，机械甚至建筑物中的“智能”旨在帮助获得能量控制下。不断扩大的全球人口和有限的化石燃料，再加上利用这些资源对环境的负面影响，正在改变世界的能源格局。

可再生能源变得越来越重要。国际能源署最近发布的数据表明，能源生产和消费的关键领域如何进一步推动“巴黎协定”的目标。电动汽车，太阳能光伏和陆上风电场正在满足当前的预期，而其他举措包括碳捕获和储存以及提高燃煤发电效率则不然。其他形式的可再生能源（如核电和储能）的指标显示需要做出更多努力，如运输，工业和家用电器和照明等消费应用等终端市场也是如此。

能源效率低下是转换阶段，自然会产生损失，但正在开发的技术和技术可以帮助减少它们。该行业继续向数字领域过渡，与纯粹的模拟方法相比，它提供了更好的控制，灵活性和效率。由于这种转变，越来越多的解决方案结合了一系列专门针对电源转换的功能。

监控能源使用

智能电表正在推出在许多国家，消费者可以更好地控制他们的能源使用，并帮助公用事业公司监控需求，以确保他们只生产足够的能源来满足这种需求。公用事业公司越了解消费者的习惯，就越容易采用对环境负责的能源生产和分销方法。虽然术语“智能电表”涵盖了这个应用领域，但它们的功能可能会有很大差异。有些人可能只是简单地将数据传递回公用事业提供商，而其他人则可以让房主全面了解他们的能源使用情况。

赛普拉斯半导体的FM4 S6E2Dx系列微控制器针对的是寻求开发系统的OEM可以连接智能电表并提供丰富的信息。它可以构成家庭能源管理系统（HEMS）的核心，如图1和图2所示。它集成了ARM Cortex-M4F核心与图形子系统，以及许多其他外围设备，以支持有线和无线接口。

图1：赛普拉斯半导体的家庭能源管理系统控制器为开发智能能源解决方案提供了完美的平台。

图2：赛普拉斯半导体的HEMS控制器，采用FM4 S6E2Dx微控制器。

在同一系列中，FM0 + S6E1A1系列针对能源管理进行了优化不同的形式，电机控制。无刷直流电机（BLDC）和永磁同步电机（PMSM）的数字控制是能源管理领域，是优化的关键。两种类型的电动机都存在于越来越多的工业机器和消费电器中，并且一直是努力提高能效的主题。磁场定向控制（FOC）是一种使PMSM和BLDC的驱动和控制更加高效的技术，但它确实需要相对较高的处理能力。 FM0 + S6E1A系列非常适用于BLDC和PMSM电机的FOC，这些应用完全受制造商赛普拉斯半导体公司设计指南的支持。

图3：FM0 + S6E1A1集成了开发基于FOC的BLDC和PMSM电机控制解决方案所需的一切。

电源转换

< p>虽然一些电器使用交流电源供电，但更多电器需要降压和稳压直流电源，这使得开关模式电源（SMPS）的使用变得非常普遍。转向数字控制使OEM能够生产更小，更高效的SMPS，并继续努力进一步提高这一关键领域的效率。

Microchip的dsPIC33F系列数字信号控制器（DSC）定位于智能电源转换，提供动态控制和环路调整，预测控制环路算法以及针对不同功率级别的操作灵活性。这种级别的数字控制旨在消除对标准模拟控制回路的需求，同时提供更好的控制。调节由DSC上运行的软件控制，支持用于非线性预测和自适应控制的数字补偿算法。简而言之，电源能够更好地处理输入功率和负载的变化，以便在各种条件下以最佳效率运行。在这种情况下，DSC上运行的算法使用高速和高带宽ADC以及高速PWM收集的反馈。 dsPIC33F上的PWM模块能够直接驱动所有常见的电源拓扑结构，同时在处理内核上执行数字补偿算法。

如图4所示，dsPIC33F还能够通过以下方式实现功率因数校正。 Boost-PFC算法，使用平均电流模式控制。通过计算整流输入电压，输出电压误差补偿器和电压前馈输出的乘积，以数字方式导出参考电流。即使在运行此应用程序时，dsPIC33F也为其他应用程序软件提供了充足的处理空间。

图4：dsPIC33F能够实现复杂的自适应数字电源控制，并具有处理余量。

完全集成解决方案

转换，分发和应用程序作为一般部门有许多方面，但每个方面都有自己的特定变体。期望单个器件适用于所有这些区域可能是不合理的，但有一些解决方案可以接近。

一个这样的例子是来自Active Semi的PAC5223，它是更广泛的一部分电源应用控制器（PAC）系列产品已针对新一波智能电器和设备进行了优化（图5）。它基于ARM Cortex-M0内核，采用Active Semi的专有技术，包括多模电源管理器，专用电源驱动器和可配置前端。

图5：PAC5233电源应用控制器提供了令人印象深刻的集成功能，涵盖了大多数电源转换和管理应用。

多模式电源管理器被描述为多种类型电源的“一体化”解决方案，具有多模式开关电源控制器，可用于降压，SEPIC或AD/DC反激模式，以及处理多达四个线性稳压电源。专用功率驱动器包括能够实现半桥，H桥，三相和通用控制的高侧和低侧栅极驱动器。可配置前端包括电源应用所需的所有模拟功能，包括可编程差分和单端增益放大器，数模转换器和比较器。它还可以接受多个模拟输入信号，甚至可以为传感器输入提供放大。

PAC系列解决的应用非常广泛，包括通用高压系统控制器，家用电器，电动工具，电机控制器，LED照明控制器和不间断电源。它还可用于太阳能微型逆变器以及广泛的工业应用。图6显示了典型的应用程序。

图6：典型应用中的PAC52xx。

HYDRA-X23/X23S开发也支持PAC5223该平台旨在支持开发电源应用的工程师。与其名称相同，开发套件接受不同的“头部”以扩展其功能，而主套件（或“主体”）提供分线连接器，以便于访问所有PAC5223的外围设备。

结论

获得关于电源的“智能”涉及尽可能迁移到数字控制。这种新的权力范例非常重要，政府正在制定立法，以确保在气候遭受不可挽回的损害之前发生。

电子工程界通过采用所有适用的数字控制，在这次迁移中发挥着重要作用。的情况。半导体行业正在努力通过高度集成的设备和功能齐全的开发套件来实现这一目标。

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