如何选择一个MCU智能功率控制的应用程序？

电力供应继续提供新功能来提高效率,安全,和可管理性要求通信、工业和医疗应用程序。越来越多的单片机是一个关键因素在这些智能电源和实现大范围的控制,传感和管理功能。看一些更先进的单片机的硬件特性和方式简化智能电源的设计将是有用的任何硬件设计师和嵌入式系统一起工作。

本文将介绍一些关键的单片机特性解决智能电源需求的嵌入式设计者。控制电源的启动条件是一个明显的需求,但传感、日志记录和交流电源操作也许是单片机功能的地方是最好的应用。

可靠性、安全性和效率

今天的可靠性、安全性和效率是关键客户问题对于大多数电源子系统。然而,这些需求经常冲突与传统的低成本的关切,小板空间、易于设计。使用先进的单片机作为智能电源控制器的设计可以帮助减轻一些冲突来创建一个更优化的设计。现代单片机包重大董事会功能在一个小空间,小成本和可用性的参考设计,代码示例,开发平台大大简化实现。

通常单片机需要一些外部支持设备来完成设计。找到正确的合适的单片机和外部设备是有效实现的关键。快速浏览一些重要的芯片上的单片机功能和一些常见的外部设备,有效地与一个单片机将指引你走向自己的设备选择一种有效的实现基于定制需求。

最重要的趋势之一,帮助位置单片机作为高效电源控制器的开发标准接口内部电源的应用程序。例如,I2C的进化和SPI总线作为单片机外围设备行业标准使得很容易“构建”常见的子系统和杠杆标准司机和更高级的软件功能。闪光的记忆,数模转换器、数模转换器、温度,电压,和电流传感器都可以共享一个共同的SPI和I2C总线,从而减少引线数要求,简化软件设计。
电源管理总线或PMBus是另一个行业标准串行接口和电源控制了。这车是基于I2C标准但包括一些feature-specific功能来简化通信常见的元素,如测量电流供应水平,电压水平,温度,风扇速度。公共汽车使DC / DC控制器的发展,监管机构,和接口设备,大大增加的潜在情报用于单片机电源子系统。一些PMBus-oriented直流/直流控制器和监管机构的例子线性技术(如LTC3883下面的图1所示。


图1:线性技术PMBus框图。(由线性技术)

还有各种直流/直流控制器和监管者,线性也DC1613 PMBus控制器,显示在图1的左上角。这个接口直接塞到一个笔记本和一个SMBus连接器。结合使用时,可以使用LTC LTPowerPlay软件部分提供快速测试和配置PMBus设备加快系统开发。LTC也提供了一个评估工具,DC1778A,可用于探索使用PMBus-based LTC3883直流/直流控制器。

大多数现代单片机直接支持PMBus标准,这使得它容易实现所需的情报高级电源子系统。例如,NXPLPC11xx单片机串行外围控制器,可以实现PMBus和应用注一解释如何实现PMBus软件栈。寻找这些类型的资源,简化代码在超速用于单片机实现发展是无价的。

除了芯片上PMBus支持其他一些常见的电源需求可以帮助驱动一个单片机控制器的选择。通常脉冲宽度调制、脉宽调制技术用于控制电压或电流智能电源的设计。例如,设置“准时”的工作周期的电流控制MOSFET开关通常是用一个PWM-capable计时器所以单片机外围不用花大量CPU周期管理MOSFET控制输出。一些单片机芯片上的模数转换器和数模转换器,可用于温度传感和控制电压模拟外设。快速存储非易失性数据片上的能力是另一个有用的功能,当需要数据记录跟踪电源子系统的性能。的瑞萨RL78单片机,如图2所示的一个例子是一个现代单片机的芯片上的功能确定到目前为止。定时器的一个广泛的阵列,PWM功能,flash芯片上的数据,模拟-数字转换器和一个串行接口,支持PMBus都可以用于优势智能电源的设计。


图2:瑞萨RL78单片机框图。(由瑞萨)

瑞萨还提供了一个应用注释和示例代码演示了如何实现PMBus RL78 / I1A。示例代码显示了如何支持PMBus传输/接收I2C串行接口。在C和可用的代码示例使用瑞萨CubeSuite + IDE。

外部设备支持

一般的单片机不能提供所需的所有功能实现电源子系统。例��,外部大功率MOSFET设备用于所需的大电流开关是最有效地实现为独立的设备。这些设备集成片上通常比使用昂贵的专用设备,所以你会经常使用至少几外部mosfet和igbt,也许专门的司机在你的设计。一些MOSFET驱动集成控制和监视逻辑芯片上,这可以使设计更容易和更聪明。例如,意法半导体PM8834是一个双重下部司机适合充电和放电大电容负载mosfet和igbt。PM8834的框图如下图3所示。


图3:意法半导体PM8834框图。意法半导体(礼貌)

使针很容易覆盖PWM控制输入错误条件,提高安全性和可靠性。此外,UVLO块,中间的方块图,有助于控制高速增长的驱动程序(它使司机直到达到UVLO阈值)。VCC电压大于UVLO阈值(UVLOVCC)PWM输入使司机的控制操作,提供相应的使销主动。内部PWM_1和PWM_2都推倒,如果左浮动,相应的输出插脚出院。简单,但很有用,这样的特性可以简化编码,也提高设计的可靠性和安全性的特点。

在一些大的AC��源子系统close-to-unity功率因数(真正的权力比流入的视在功率的负载电路)是一个要求提高功率输出效率。功率因数校正可以用来“形状”内的电流和电压波形控制子系统的整体功率因数提高电源子系统。这样做的方法是复杂的,但可以在单片机实现足够的处理能力。一个有吸引力的选择,然而,是使用一个专用的外部设备,实现了功率因素校正。的模拟设备ADP1047下面的图4所示,提供了侵入电流控制使用传统的提高功率因素校正技术与输出电压的乘法结合输入电流和电压的反馈。这提供了最佳谐波修正,并将一种改进的系统功率因数。


图4:模拟设备ADP1047框图。(由模拟设备)

有几种状态输出时外部信号快速显示操作偏离名义。所有关键参数也可以通过PMBus报道和调整界面,便于设备包含在一个基于单片机的设计。ADP1047还提供了准确的rms测量输入电压、电流、和力量使它可以添加重要的智能设计。使用专用设备可以增加所需的材料清单,但增加的功能,而不需要学习和实现一个陌生的控制算法可以保存个月的开发时间许多项目的关键优势。

结论

精确混合芯片单片机的功能和外部设备更多一门艺术而不是科学,但是理解这些交易是一种有效的核心设计是一个很好的起点。确保你保持更新新的单片机功能针对电源设计以及新的外部设备,添加特性和简化软件开发复杂的算法。示例代码,参考设计和开发板都应该被包括在任何有效的电源子系统的设计。