借助实时微控制器优化可再次生产的能源和工业系统的功率效率和功率密度

来源：BOB.COM    发布时间：2023-12-14 02:19:22

  电力电子科技类产品设计人员致力于提升工业和汽车系统的功率效率和功率密度，这些设计涵盖多轴驱动器、太阳能、储能、电动汽车充电站和电动汽车车载充电器等。

  这些系统的主要设计挑战之一是在降低系统成本的同时，实现更出色的实时控制性能。要应对这一挑战，常用的方法是使用拥有超低延迟控制环路处理功能的模拟和控制外设的高度集成的微控制器 (MCU) 。

  在深入应用实例之前，先让我们简要看下“延迟”。在多轴驱动器、机器人、具有储能系统的光伏逆变器、电动汽车充电站和电动汽车中，控制性能与 MCU 对信号进行采样、处理和控制的速度直接相关。图 1 展示了实时信号链和信号延迟之间的关系，信号延迟指从模数转换器 (ADC) 测量信号，到 CPU 处理信息，以及脉宽调制器 (PWM) 控制功率的时间。这一段时间需要尽可能小，才能实现超低延迟控制环路处理。

  对于数字电源来说，实现较高的功率密度意味着要将 DC/DC 的开关频率从 50kHz 提高到 100kHz、500kHz 或更高。如果您使用的 MCU 以 100MHz 运行并且稳压环路同步到 PWM 频率，在 10kHz 时，PWM 中断之间的可用 CPU 周期数为 10,000，而在 100kHz 时会降为 1,000。随频率上升，可用于检测流程控制的时间缩短，因此您需要优化 MCU 架构，以便在实时信号链中尽量节省每个周期的时间。

  如图 2 所示，光伏逆变器市场持续不断的发展，出现了集成储能系统的混合逆变器，带来了控制双向能量转换的挑战。单芯片架构需要用具有许多高分辨率 PWM 通道和额外高带宽 ADC 输入的 MCU，例如 TMS320F28P650DK C2000™ 32 位 MCU。

  为满足许多应用中对可再次生产的能源一直增长的需求，光伏逆变器需要更高的功率效率和更好的总谐波失真性能。一种方法是使用更新的多相多级逆变器电源架构。这类架构通常通过一组复杂的电源算法和额外的外部逻辑（例如复杂的可编程逻辑器件或现场可编程门阵列）来实现，以便使用正确的序列安全地打开和关闭电源开关。这种方法会增加布板空间和系统成本。

  能在不同 PWM 模块中支持板载定制、最小死区和非法组合逻辑（用于防止破坏性上电/断电序列的 MCU 特性）的 MCU 可让设计人员在减少相关成本的同时，减少或甚至移除外部逻辑，从而进一步简化设计。

  此外，务必将 PWM 单元和集成的模拟窗口比较器进行紧密耦合，以便为电源转换器提供过流和过压保护。基于电源拓扑，您要选择的 MCU 在大多数情况下要搭载可以在一定程度上完成对谐振模式转换器峰值电流和谷值电流模式控制的 PWM 单元。

  随着全球电动汽车数量的增长，设计人需要找到新的解决方案，以便使车载充电器进一步集成并降低其成本。典型的实现方案为两个彼此隔离的 MCU，一个用于车载充电器功率因数校正，另一个用于车载充电器 DC/DC。

  尽管采用单个 MCU 会增加将信号发送回 MCU 所需的隔离器件，但其增加的成本可与减少元件数量节省的成本相抵，包括减少 CAN 收发器、稳压器、电源管理集成电路、运算放大器以及实现返回主机 MCU 通信所需的隔离。

  图 3 展示了单个 MCU 控制高达 22kW 的三相车载充电器功率级拓扑。PFC 级是两相交错式图腾柱，而 DC/DC 级是双电容-电感-电感-电感-电容 (CLLLC)，可减小变压器尺寸和场效应晶体管的电流等级。

  确定所需的最少 MCU 硬件资源（PWM、ADC、比较器）后，您可能还希望在降低 CPU 开销的同时，实现更多的软件集成。由于集成能轻松实现对单个器件上更多信号的采样，选择的 MCU 如包含内置基于硬件的过采样和偏移量校准功能的 ADC，可简化软件设计，从而使 MCU 具有更高的周期效率，并能够更快运行控制环路。

  另一个挑战是对具有不一样实时限制的多个任务进行软件集成：PFC、DC/DC 以及辅助控制和安全性需要共存，这让软件开发变得更复杂。

  从单核 MCU 转向多核 MCU 架构并在 MCU 内核之间分配存储器、PWM 和模拟资源，可帮助实现向多个内核分配不同的控制环路频率，例如，一个内核用于控制 PFC，另一个用于运行两个 CLLLC。每个内核以不同的独立频率运行控制环路：图腾柱通常为固定频率，但车载充电器的直流/直流电源转换级（图 3）一直在变化。使用多核架构还有助于实现更可靠、更精密的过流和过压保护（因为能针对每个内核优化每个控制环路），无需外部监控元件，还能够更好的降低成本。

  电动汽车将在数分钟内充满电，每个家庭都将使用光伏和储能系统，工厂将使用更多高效的机器人并实现能源足迹更少的自动化……实时控制 MCU 的创新将为实现更清洁、更安全、更高效的世界铺平道路。

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  摘要： 文章介绍了用AT89C1051单片机控制的单相逆变器电源的设计文字，该方案通过消谐PWM控制可使逆变电源的输出谐波明显减少，并经小容量的高通滤波后即可得到高质量的正弦波电压输出。该电源通过单相电机的运行试验证明，效果良好，而且结构相对比较简单、成本低廉、稳定性很高可靠，具有一定的实用价值。     关键词： 逆变电源 消谐控制 单片机 AT89C1051 1 概述 消除输出电压谐波是逆变电源PWM控制的最大的目的之一。在此方面，单相逆变电源的结构较三相电源简单，PWM控制也更方便，因而在单片机的控制下实现PWM的调节策略十分有效。然而，从控制管理系统的结构和硬件成本方面应考虑采用什么控制算法才能使逆变

  1 引言     随着工业自动化水平的提高，远程控制成了应用慢慢的变多的控制手段，常用的远程控制方式有基于以太网、GPRS、GSM短消息、电话网等。电话网络是覆盖面最广的网络，且电话通信的费用低廉，这就为利用电话网进行远程控制提供了可能。本控制器采用性价比较高的单片机AT89C51作为中控CPU控制MT8870对电话按键的双音多频信号进行解码，来实现通过对电话按键的操作来控制远端的被控对象，通过可录放语音芯片ISD1110来播放提示语音。设计实现了简单易操作、安装便捷，低成本的嵌入式远程控制器。该控制器能够检测电话振铃信号，自动模拟摘机，操作者根据语音提示就可以很方便的查询被控对象的运作时的状态，操作电话按键就能改变被控对象的运行状

  /* Coder : Farman Date : 2018-01-02 参考了厂家的TM1637数据手册，在此表示感谢。 */ #include STC89C5XRC.h //包含52单片机头文件 #include Delay.h //////////////////////////////////////////////////////////////////////////// sbit I2C_SCL = P2^1; //定义模拟IIC总线; //定义模拟IIC总线的数据线 #define TM1637_BRIGHTNESS 7 // 0 - 7

  一、基本功能 本项目使用Proteus8.12仿线单片机控制器，使用OLED12864液晶模块、PCF8591 AD模块、按键、电机等。 基本功能： 系统运行后，OLED显示开机显示界面。可通过K1键开始测量血压，气泵阀开启，一段时间后停止，开始测量高压和低压，并将测量值显示在OLED，并且显示当前血压状态。 基本功能如下： （1）OLED显示血压； （2）血压高压测量你； （3）血压低压测量； （4）血压状态显示。 二、硬件资源 51单片机核心模块、OLED12864液晶模块、按键、电机模块、PCF8591 AD模块。 三、软件设计 /* //定义结构体 _sys_ctrl sys_ctrl; //系统参数设置 vo

  的医用血压测量仪设计案例 /

  瑞萨电子RA MCU集成micro-ROS框架，简化专业机器人开发 瑞萨与eProsima携手，推动机器人技术在工业和物联网领域的应用；EK-RA6M5评估套件现在已经成为micro-ROS官方支持开发板 2021年9月2日，日本东京和西班牙马德里讯 - 全球半导体解决方案供应商瑞萨电子集团与专注于中间件解决方案的SME公司eProsima，今日宣布，基于RA MCU的EK-RA6M5评估套件成为micro-ROS开发框架（适用于MCU的机器人操作系统）的官方支持硬件平台。瑞萨与micro-ROS框架的主要开发商eProsima携手，将micro-ROS移植到RA MCU中。 micro-ROS框架允许MCU在机器人

  集成micro-ROS框架，简化专业机器人开发 /

  单片机实现的步进电机控制管理系统具有成本低、使用灵活的特点，大范围的应用于数字控制机床、机器人，定量进给、工业自动控制以及各种可控的有定位要求的机械工具等应用领域。步进电机是数字控制电机，将脉冲信号转换成角位移，电机的转速、停止的位置取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，非超载状态下，根据上述线性关系，再加上步进电机只有周期性误差而无累积误差，因此步进电机适用于单片机控制。步进电机通过输入脉冲信号来控制，即电机的总转动角度由输入脉冲总数决定，而电机的转速由脉冲信号频率决定。步进电机的驱动电路是根据单片机产生的控制信号进行工作。因此，单片机通过向步进电机驱动电路发送控制信号就能实现对步进电机的控制。 1 系统模块设计原理 步进

  设计 /

  使用AVR单片机内部的TWI功能，并采用中断工作模式，能很好的使用Atmega系列的内部资源，并提高程序的稳定性； #include BCD.h unsigned char i2c_sla; unsigned char i2c_addrh,i2c_addrl; unsigned char i2c_wr; unsigned char i2c_sub_flag; unsigned char i2c_num; unsigned char *i2c_buf; unsigned char i2c_end; /*************************************************************

  摘要： 简要介绍内嵌AVR RISC微控制器的无线的功能、内部结构、引脚排列及典型的应用电路。     关键词： 线数据传输 无线发射器 微控制器 概 述 AT86RF401是单片机集成内嵌AVR RISC微控制器的RF无线数据发射器，输出频率范围为250～450MHz，最大输出功率+6dBm，发射率10Kband。芯片内嵌AVR RISC微控制器、2KB（1K×16b）的Flash程序存储器、128B（字节）的可下载的EEPROM数据存储器、128B的RISC SRAM、看门狗定时器、6个通用I/O、在系统可编程。工作电压

  级电磁兼容性分析方法

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