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数字信号控制器(DSC)响应节能倡议

更新时间: 2019-01-07
阅读量:882

 照明应用的新趋势:高强度气体放电灯(HID)与发光二极管(LED)研究表明,在印度广泛使用的传统白炽灯泡消耗的电能占其国内总能耗的 30%,合计高达8,000 至10,000 兆瓦。如果采用阴极管荧光灯(CFL)、高强度气体放电灯(HID)和发光二极管(LED)则能节省 6,000 兆瓦的电能。CFL 灯可满足家庭照明之用,但不能完全满足所有照明需求。很多商业建筑和写字楼、街道以及公园都要求更好的发光和聚光效果。采用HID 灯和LED 照明可满足这种需求,同时能节省大量能源。

 HID 灯是目前功效(以每瓦流为单位)效能最高的灯。HID 灯若要正常工作,需要有镇流器提供适当的启动电压和电流,激发放电,并为电弧持续发光提供能量。在镇流器中使用DSC,能综合提供恒定功率控制、电灯工作模式控制和灯泡使用寿命预测等多种功能。DSC通过采用能够支持不同工作模式的内置高分辨率脉宽调制(PWM)模块,帮助灵活选择最佳电源拓扑。另外,将功率因数校正(PFC)技术应用于镇流器不仅有助于降低传导噪声,而且提高了系统综合效率。总之,DSC 解决方案提供了一个通用平台;用户可对该平台进行优化,以适应不同类型的 HID 灯。

 由于研发投入的加大,LED 的功效迅速提高,有望在短期内超越 HID 灯。在所有照明解决方案中,LED 耐用性最高,使用寿命最长。而且,它还能用于可变色照明系统中。LED系统的使用寿命可达 50,000 小时甚至更长。当 LED 的光输出降至原始值的 70%(L70)以下时,其使用寿命终止。为使 LED 的工作寿命达到最长,必须控制灯的工作电流和环境温度。可使用一个 DSC 来执行和控制多个 LED 恒流驱动电路,这在可变色应用中大有用处。同一器件还能控制 PFC 输入级。在对可靠性要求极高的应用中,包括用于工业领域或户外环境的应用,可采用电子温度管理作为机械热保护的补充。

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  利用 DSC 提高电源效率作为电信、消费电子和计算机产品的有机组成部分,电源已经从线性模式转变为开关模式。开关电源(SMPS)的功效一般为 75%,其余电能都变成热而浪费掉了。如果将电源效率再提高 15% 到 18%,就能显著提升节能效果。为此,必须利用零电压转换(ZVT)及同步整流与谐振转换等高端开关技术来大大降低开关损耗。也可以购买分立式PWM 控制器或使用DSP 片外外设来实现这一功能,但这两种方案的费用更高。

 最近对DSC 进行了改进,使之包含一些适用于数字电源转换应用的高性能片内外设,能以一种低成本、高效益的方式实现上述目标。专为高效电源应用设计的 DSC 能为执行控制循环软件提供所需的速度,同时提供片上高分辨率 PWM 模块来支持动态相移和软开关功能。高速度、高分辨率 PWM 能够降低变压器及其他相关电感和电容的大小。内置模拟比较器及采用异步采样方式的参考数模转换器(DAC)和模数转换器(ADC),都十分有利于电流模式控制。Microchip 专门用于开关电源(SMPS)以及数字电源转换的dsPIC® DSC 系列可支持多种不同的电源拓扑,并提供占空比分辨率达到 1 纳秒的独立 PWM。可配置的内部控制结构能使 PWM、ADC 和比较器彼此直接交互,无须占用 CPU 带宽。

 除了提高效率以外,采用 DSC 的数字电源转换方法还能为整个电源范围提供单个控制器平台。很多体积过大、功率过高的分立元器件都可以撤除,从而降低物料清单(BOM)成本并节省电路板空间。制造商也能受益于测试和维护成本的降低,使得用户在实现更高电源效率的同时又得到了实惠。

 使用永磁同步电机,提升家电的“能源之星”评级

 印度能源效率局(IBEE)正对家用电器强制实施“能源之星”评级计划,旨在为消费者在节能方面提供明智之选。采用“能源之星”评级的电器包括空调、洗衣机、电风扇和冰箱等。在家电中使用永磁同步电机(PMSM)可以节能,因为这种电机可变速运行以优化性能,同时实现可靠而安静的运行。在采用 PMSM 的家电中,磁场定向控制(FOC)因无需位置传感器而降低成本,同时节省了制造和维护成本。这是因为位置传感器的安放或更换成本远高于传感器本身的成本。FOC 使制造商能在成本略微增加的情况下生产出高效节能型家电,而消费者在两年内就能收回这部分多出的成本。使用单片机/外设或专有FOC ASIC 可以实现更为复杂的电机FOC 控制算法。DSC 是一种低成本替代方案并为上述应用带来多种优势,原因是电机控制外设与 DSP 资源都包含在同一个器件中。例如,dsPIC® DSC 电机控制系列具有 ADC 功能,能以 1 msps 的速率同时转换 4 路输入信号。ADC 具有多个触发选项,允许利用廉价的电流检测电阻来测量电机相绕组电流。另外,dsPIC DSC 能在单块芯片上执行电机控制和有功PFC 算法,十分适合于必须使用清洁电力的应用。

 促进可再生能源的利用:太阳能逆变器

 太阳能逆变器在印度正受到越来越多的青睐。它提供一种选择:既可以独立运转,又能并入现有电网。在分立式系统中,需要采用精密电子器件对电池有效充电,然后将电池中存

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 储的电荷转化为 230 V AC,用于家庭照明和供暖。如果并入现有电网,太阳能逆变器产生的多余电能就会馈入电站电网,从而减少用户的电费。各种电源转换(包括直流到直流和直流到交流)通常都在逆变器中完成。采用高性能片内外设(如 PWM、ADC 和模拟比较器)的 DSC 的发展有助于电源转换各个阶段完成任务。DSC 所支持的高效高速开关功能有助于淘汰那些大个头磁性元件及储能元器件。另外,软件中采用的数字控制循环具有自校正功能,因而能不受元器件公差影响。

 总之,低成本 DSC 的功能可以完美迎合能源效率和清洁电力的需求。有了 DSC 的支持,数字电源控制技术如虎添翼,能以很低的成本实现很高的效率。

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