未來的20年中,亞洲發(fā)展中國(guó)家的用電量將位居全球前列,中國(guó)也將成為第一大電力消耗國(guó)。節(jié)約能源已經(jīng)成為全球范圍的一個(gè)熱門話題。國(guó)際社會(huì)對(duì)能源效率日益重視,推動(dòng)了《京都儀定書》和“能源之星”等新的能源法規(guī)和協(xié)定的誕生。目前,工業(yè)化國(guó)家紛紛承諾在未來十年內(nèi)改善能源效率,減少溫室氣體排放。在某些情況下,這一承諾意味著通過制訂法規(guī)強(qiáng)制性地提高傳統(tǒng)用電系統(tǒng)的效率,因此,新的創(chuàng)新方案的設(shè)計(jì)和實(shí)施已迫在眉睫。 在住宅用電中,照明用電占相當(dāng)大的比重。以家庭用電為例,空調(diào)、冰箱、熱水器等耗電量高的電器一直是大家關(guān)注的焦點(diǎn)。而每天都在使用的照明電反倒被忽視。其實(shí),每張電費(fèi)帳單都要為照明用電支付1/6的費(fèi)用。如何在中國(guó)推廣節(jié)能的照明產(chǎn)品,提高照明系統(tǒng)的能源效率、降低照明用電量已成為中國(guó)工程界面臨的最大挑戰(zhàn),促使工程師們必須考慮采用節(jié)能器件來設(shè)計(jì)自己的產(chǎn)品。 1 數(shù)控電子鎮(zhèn)流器應(yīng)運(yùn)而生 在鱗次櫛比的建筑物中,照明系統(tǒng)最常見的形式是使用各種熒光燈管以及采用簡(jiǎn)單的感應(yīng)器和啟輝器的鎮(zhèn)流器。據(jù)估算,這種傳統(tǒng)的方式可消耗建筑物用電量的40%,既低效又浪費(fèi),且成本高。新的歐洲和國(guó)際立法的引入要求從2005年開始增加效率并停用二種最低效率的鎮(zhèn)流器。這種法規(guī)將對(duì)鎮(zhèn)流器設(shè)計(jì)得施加新的壓力,迫使他們改善已設(shè)計(jì)的能效,開發(fā)有效的、成本低廉的電子照明鎮(zhèn)流器。隨著電子技術(shù)的發(fā)展,利用微控制器(MCU)設(shè)計(jì)電子鎮(zhèn)流器已經(jīng)不是稀罕的事情了。MCU為高能效鎮(zhèn)流器的開發(fā)提供了理想的低成本解決方案。圖1是電子鎮(zhèn)流器的框圖。采用電子鎮(zhèn)流器的優(yōu)點(diǎn):電子鎮(zhèn)流器比傳統(tǒng)的磁性鎮(zhèn)流器增加了系統(tǒng)效率,延長(zhǎng)了工業(yè)區(qū)光管的壽命;電子系統(tǒng)為可變亮度調(diào)整增加了控制級(jí)別;數(shù)字控制可實(shí)現(xiàn)大型照明網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程控制;數(shù)字可尋址照明接口(DALI)協(xié)議使智能建筑物自動(dòng)化和成本經(jīng)濟(jì)的大型照明網(wǎng)絡(luò)控制成為可能。圖12 提高能源效率的器件 使用傳統(tǒng)的鎮(zhèn)流器要消耗大量電能,且對(duì)單一燈管的亮度控制一直是熒光燈照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)者的難題。傳統(tǒng)上,燈管要么全開,要么全關(guān)。飛思卡爾(Freescale Semiconductor)新型單芯片MCU HC908LB*的問世解決了該問題,也使照明系統(tǒng)能源效率的提高又上了一個(gè)臺(tái)階。 飛思卡爾的MC68HC908LB8 8位快閃微控制器是一種高精度的半橋控制器,專門為所有需要功率因數(shù)校正(PFC)或高精度脈寬調(diào)制(PWM)發(fā)生器(HRP)設(shè)計(jì)。它具有高集成度的特點(diǎn),能簡(jiǎn)化整體系統(tǒng)設(shè)計(jì),是需要PFC和/或高精度PWM控制功能應(yīng)用的優(yōu)選方案。它可應(yīng)用于單片智能型熒光燈照明系統(tǒng),也可用于車燈控制、高強(qiáng)度放大電照明系統(tǒng)以及電動(dòng)機(jī)控制。 HC908LB8內(nèi)集成了高精度PWM HRP模塊,可以連續(xù)控制燈管的亮度變化,因而可實(shí)現(xiàn)熒光燈照明系統(tǒng)的暗光控制。它還支持了數(shù)字DALI協(xié)議,從而為大型照明系統(tǒng)提供了智能化功能。例如,設(shè)計(jì)者可對(duì)基于DALI的照明系統(tǒng)進(jìn)行編程,使靠近窗戶的照明光線關(guān)閉或調(diào)暗,從而充分利用自然光線。圖2是MC68HC908LB8的框圖。 MC68HC908LB8采用標(biāo)準(zhǔn)的5V電壓供電,內(nèi)部總線工作頻率為8MHz,采用20引腳PDIP和SOIC封裝。其可微調(diào)的內(nèi)部RC振蕩器在16MHz運(yùn)行時(shí),可用作CPU總線時(shí)鐘(4MHz)的基礎(chǔ),節(jié)省了外部元件成本。設(shè)計(jì)者也能利用諸如外部RC或晶體振蕩器等的時(shí)鐘運(yùn)行器件。其定時(shí)器接口模塊具有執(zhí)行輸入捕獲的能力,輸出比較或脈寬調(diào)制具有低至125ns的定時(shí)精度。 另外,MC68HC908LB8還包括一個(gè)帶有理想驅(qū)動(dòng)半橋互補(bǔ)輸出對(duì)的HRP模塊??删幊痰目蛰d時(shí)間插入和短路預(yù)防功能可保證最高的效率。當(dāng)HRP執(zhí)行定時(shí)頻率或工作周期抖動(dòng)時(shí),定時(shí)精度可減少到3.9ns。如果發(fā)現(xiàn)了問題,故障輸入安全特性可產(chǎn)生一個(gè)信號(hào),進(jìn)行迅速關(guān)機(jī)。它可對(duì)大多數(shù)參數(shù)自動(dòng)計(jì)算,因而容易使用。 MC68HC908LB8有一個(gè)2通道PWM模塊,具有故障輸入檢測(cè)和中斷功能。當(dāng)PWM與運(yùn)算放大器/比較器模塊一起使用時(shí),該單元可實(shí)現(xiàn)低成本的PFC,為主要的功率應(yīng)用提供一種理想的集成解決方案。MC68HC908LB8具有良好的安全特性,包括完全計(jì)算機(jī)運(yùn)行(COP)和低電壓抑制(LVI),-40℃~+125℃的溫度工作范圍,為惡劣的應(yīng)用環(huán)境提供了一個(gè)強(qiáng)大的解決方案。 HC908LB8基于飛思卡爾HC08 CPU內(nèi)核,內(nèi)部總線頻率為8MHz,軟件精度為%26;#177;2%。其主要特點(diǎn)包括: (1)8KB閃存,128B RAM。 (2)高精度PWM HRP。帶有停滯時(shí)間(空載時(shí)間)插入的雙PWM輸出;關(guān)斷輸入;通過頻率抖動(dòng)技術(shù),使輸出的精度達(dá)3.9ns;可變頻率和可變負(fù)載周期模式。 (3)功率因數(shù)校正。2通道PWM模塊,帶有故障輸入檢測(cè)和關(guān)斷功能;集成了運(yùn)放/模擬比較器模塊,可實(shí)現(xiàn)片上PFC。 (4)7通道、8位ADC。 (5)1個(gè)帶有中斷功能的16位定時(shí)器。 (6)帶有抗噪的低電壓抑制技術(shù)和確保軟件安全的計(jì)算操作。 (7)時(shí)鐘模塊可選擇RC振蕩電路、內(nèi)部晶振和外部晶振。 (8)最多可有18個(gè)I/O接口(多路復(fù)用外圍接口)。 (9)7個(gè)I/O可用于鍵盤中斷。 (10)大電流控制邏輯I/O(sink/osurce),典型值為10mA。 (11)多種電氣安全特性。 值得一提的是,在有效的主電源供電應(yīng)用中,作為關(guān)鍵要求的PFC可將輸入電流轉(zhuǎn)化為與輸入電壓保持同相的正弦波,從而提高效率、降低信號(hào)失真、降低運(yùn)行成本和噪音。HC908LB8帶有成本經(jīng)濟(jì)的PFC功能,為主電源供電應(yīng)用提供了理想的集成方案。 3 節(jié)約成本 加速產(chǎn)品開發(fā) 在典型的鎮(zhèn)流器應(yīng)用中使用HC908LB8,可將分立數(shù)字系統(tǒng)元件的數(shù)量減少50%。除了能節(jié)省空間,還可縮少PCB尺寸,降低生產(chǎn)成本,并有助于降低管理成本。為了演示該器件的各種特點(diǎn),飛思卡爾將通過提供價(jià)格適當(dāng)?shù)拈_發(fā)硬件(評(píng)估板和演示板)、免費(fèi)的參考設(shè)計(jì),以及應(yīng)用指南和在線教程、配套軟件、系統(tǒng)框圖和材料清單,幫助設(shè)計(jì)者加速產(chǎn)品開發(fā)進(jìn)程。系統(tǒng)仿真模塊FSICEKITLB8 Freescale Complete FSICE是一個(gè)高性能的仿真工具,包括仿真器、電纜、連接適配器(head adapter)和編程適配器。另外,設(shè)計(jì)者還能得到第三方的支持,如Metrowerks公司提供的Code Warrior TM IDE特別版。高度擬器和Processor Expert TM代碼生成工具。 該參考設(shè)計(jì)為2個(gè)并行連接的熒光燈提供了具有PFC功能的完整的數(shù)字減光型鎮(zhèn)流器設(shè)計(jì),可以滿足能源保護(hù)及其相關(guān)立法對(duì)高效照明鎮(zhèn)流器設(shè)計(jì)的需求;同時(shí)也為控制照明網(wǎng)絡(luò)的DALI標(biāo)準(zhǔn),尤其是熒光鎮(zhèn)流器的開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。目前,全球主要照明制造商都承諾支持DALI接口,以實(shí)現(xiàn)低成本控制的大型照明網(wǎng)絡(luò)。該參考設(shè)計(jì)為用戶示范了如何在主從配置中利用飛思卡爾的68HC908KX8與簡(jiǎn)單的協(xié)議進(jìn)行通信。圖3是演示板的照片。新的參考設(shè)計(jì)可以大幅度改善鎮(zhèn)流器的能效,減少系統(tǒng)復(fù)雜度,降低成本,并滿足日益苛刻的能效要求。與目前市場(chǎng)上的傳統(tǒng)技術(shù)相比,該解決方案可幫助設(shè)計(jì)者設(shè)計(jì)出具有更高能效和成本低廉的電子鎮(zhèn)流器。 總之,使用MC68HC908LB8的好處包括如下幾個(gè)方面:利用PFC減少功率損耗和失真;利用高精度PWM信號(hào)實(shí)現(xiàn)精確控制;高度的集成可減少系統(tǒng)尺寸和成本;滿足熒光照明系統(tǒng)鎮(zhèn)流器的能量效率要求。 飛思卡爾認(rèn)為,未來驅(qū)動(dòng)工業(yè)市場(chǎng)發(fā)展的趨勢(shì)是對(duì)無處不在的連接和能量的有效管理。作為全球半導(dǎo)體工業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)者,飛思卡爾是最大的汽車IC供應(yīng)商,在8位和32位MCU市場(chǎng)也名列第一,在整個(gè)MCU市場(chǎng)位居第二。飛思卡爾可以為不同的應(yīng)用提供完整的MCU產(chǎn)品線。今天,設(shè)計(jì)者終于可以通過使用飛思卡爾半導(dǎo)體先進(jìn)的具有汽車應(yīng)用嵌入式能力的8位MCU,來設(shè)計(jì)性能優(yōu)越的電子鎮(zhèn)流器,同時(shí)降低產(chǎn)品的成本,縮短產(chǎn)品進(jìn)入市場(chǎng)的時(shí)間。
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