我們一直在跟蹤 POE 世界中的一個有趣趨勢,對于任何支付電費的人……或認識支付電費的人來說,這應(yīng)該不足為奇:人們越來越關(guān)注產(chǎn)品生命周期內(nèi)的總功耗。 總擁有成本通常被認為是 CAPEX(資本支出......或購買價格)和 OPEX(運營支出......或運行成本)的總和。設(shè)計師和硬件開發(fā)經(jīng)理歷來更關(guān)注 CAPEX 而不是 OPEX,但現(xiàn)在開始將轉(zhuǎn)向總擁有成本視為判斷解決方案的正確指標。這是來自實際需要付費購買和運行此類設(shè)備的最終用戶。
許多照明應(yīng)用需要提供直流控制、高效率、脈寬調(diào)制 (PWM) 調(diào)光、電壓保護和設(shè)計簡單性的 LED 背光驅(qū)動器解決方案。驅(qū)動器拓撲主要分為三大類:線性穩(wěn)壓器、電荷泵和開關(guān)。DC/DC 轉(zhuǎn)換器基于一系列保證高效率的拓撲結(jié)構(gòu),由于其靈活性,已在各種 LED 應(yīng)用中找到了設(shè)計空間。它們接受寬范圍的輸入電壓,從而可以達到高功率密度。
系統(tǒng)電源設(shè)計正變得越來越復雜,趨勢仍然是成本、可靠性、效率、易用性和功率密度(每單位體積的輸出功率)。 通常情況下,系統(tǒng)設(shè)計人員將電源設(shè)計作為其設(shè)計的最后階段只是為了意識到在 CPU/DSP、內(nèi)存、芯片組、主機處理器/FPGA 和其他系統(tǒng)組件區(qū)域被修復后沒有太多空間。
讓我們仔細看看電源管理在系統(tǒng)設(shè)計中扮演的角色。電源管理是“始終開啟”超低功耗系統(tǒng)控制器(如 MSP430 器件)最好執(zhí)行的另一項功能。這樣做的原因有兩個。首先,電池充電和監(jiān)控需要每隔幾分鐘甚至幾秒持續(xù)進行一次。與超低功耗 MSP430 微控制器相比,應(yīng)用處理器需要更長的時間才能喚醒并且消耗更多的功率來完成同樣的功能。其次,從系統(tǒng)架構(gòu)的角度來看,使用應(yīng)用處理器輪詢電池充電器、電量計和溫度傳感器會“分散”運行操作系統(tǒng) (OS) 和關(guān)注用戶體驗的注意力。此外,電源設(shè)計團隊通常不同于應(yīng)用處理器團隊。分離電源管理控制器允許在架構(gòu)解決方案時有更多的自主權(quán)。
我們需要了解數(shù)字控制的另一個非常重要的方面;這就是 PWM 過程。正如 ADC 是模擬世界和數(shù)字世界之間的紐帶一樣,PWM 模塊將同樣的功能帶回模擬世界??紤]到它對您的控制回路性能的戰(zhàn)略貢獻,我們花一些時間討論它是很合適的。
當我在 70 年代后期學習控制理論時,我們從未學習過前饋系統(tǒng)。一切都基于反饋和“G/(1+GH)”。如果我想從我的控制回路中得到一個僵硬的響應(yīng),我唯一知道要做的就是提高我的增益,直到我的系統(tǒng)剛好避免振蕩!但后來我在 90 年代中期閱讀了 Curtis Wilson(無關(guān))的一篇關(guān)于前饋控制的文章,它改變了我對控制系統(tǒng)的看法。
上一篇文章我們討論了模數(shù)轉(zhuǎn)換器,更具體地說,是與獲取輸入樣本相關(guān)的時序。但是,如果你不小心的話,雜草中還有一個更大的問題正在逼近,它可能會咬你。ADC 轉(zhuǎn)換完成后,結(jié)果意味著什么?基于查看這些位,您對輸入信號的真正了解程度如何?您真正需要多少位,您真正可以信任多少位?
上一篇我討論了與模擬和代碼生成相關(guān)的更一般的問題。但今天我想把焦點轉(zhuǎn)向模數(shù)轉(zhuǎn)換器。ADC 是數(shù)字控制應(yīng)用中最關(guān)鍵的外設(shè)之一,因為它構(gòu)成了模擬世界和數(shù)字世界之間的紐帶。它也是最容易被誤解的外圍設(shè)備之一。對于 ADC,許多工程師只滿足于知道位數(shù)和轉(zhuǎn)換速度。但在數(shù)字控制應(yīng)用中,如果我們想要獲得滿意的結(jié)果,就必須更深入地研究 ADC 規(guī)范。
數(shù)字集成電路設(shè)計是一個程序化的過程,包括將規(guī)格和特性轉(zhuǎn)換成數(shù)字塊,然后再進一步轉(zhuǎn)換成邏輯電路。與數(shù)字集成電路設(shè)計相關(guān)的許多限制來自鑄造工藝和技術(shù)限制。數(shù)字IC強調(diào)的是運算速度與成本比,數(shù)字IC設(shè)計的目標是在盡量低的成本下達到目標運算速度。設(shè)計者必須不斷采用更高效率的算法來處理數(shù)字信號,或者利用新工藝提高集成度降低成本。
那么,哪種 PWM 技術(shù)最適合您的電機控制應(yīng)用?到目前為止,我們已經(jīng)研究了兩種電機驅(qū)動拓撲結(jié)構(gòu),它們會在電機上產(chǎn)生單極 PWM 電壓波形,
EPAD MOSFET 在以適當?shù)臇艠O電壓開啟時充當開關(guān),其中在漏極和源極端子之間形成導電通道。源極端子作為輸入,漏極端子作為輸出。開關(guān)的導通電阻取決于由柵極電壓控制的溝道導通電流。在這種情況下,如果使用增強型器件,則可以通過柵極端子上的正偏置電壓打開開關(guān),信號從源極傳播到漏極端子。信號本質(zhì)上可以是數(shù)字的或模擬的,只要用戶考慮相對于開關(guān)通道導通電阻的輸入和輸出阻抗水平。
許多電路需要將其輸入和輸入阻抗與輸出阻抗隔離,以便輸出負載不會干擾輸入信號。這有時可以通過使用晶體管緩沖器或運算放大器緩沖器來實現(xiàn),每種緩沖器都存在許多設(shè)計權(quán)衡。例如,使用 ALD110800 零閾值 MOSFET,可以提供這種隔離,同時提供偏置到與輸入電平范圍相同的電壓電平的電路輸出。這是零閾值 MOSFET 的基本能力。輸入和輸出電平也可以偏置在固定電壓附近,例如 0.0V。
在 5V、3.3V 或更低電壓下運行的低壓系統(tǒng)通常需要具有 1V 或更低閾值或開啟電壓的有源 MOSFET 器件。對于模擬設(shè)計,該閾值電壓直接影響工作信號電壓范圍。
EPAD MOSFET 專為實現(xiàn)器件電氣特性的出色匹配而設(shè)計。這些器件專為實現(xiàn)最小失調(diào)電壓和差分熱響應(yīng)而構(gòu)建。由于集成在同一塊單片芯片上,它們還具有出色的溫度系數(shù)跟蹤特性。
在電路設(shè)計中追求更低的工作電壓和更低的功耗水平是一種趨勢,這給電氣工程師帶來了艱巨的挑戰(zhàn),因為他們遇到了基本半導體器件特性對他們施加的限制。長期以來,工程師們一直將這些特性視為基本特性,并且可能阻礙了他們將可用電壓范圍最大化,否則會使新電路獲得成功。