ADI

半导体技术的进步将电路尺寸不断压缩,曾经用一个大房间才能存放的大型计算机性能今天一台笔记本就可以做到,集成电路的集成度已经达到单芯片数亿晶体管的规模。然而,半导体技术一路高歌猛进却似乎总是有几道“魔咒”难以破除,包括电容、电感、光耦和变压器这样的无源器件的集成一直没有明显的突破,特别是尺寸庞大但应用广泛的变压器成了开关电源设计工程师一直以来的噩梦,大尺寸、高功耗、EMI辐射、纹波……各种掣肘如影随形。

作为高性能模拟技术提供商,ADI一直在尝试突破这些阻碍模拟技术进步的“魔障”,其研发的iCoupler磁隔离技术将传统的变压器用标准半导体制造工艺实现了集成,将传统的采用磁芯的机械式变压器片上化,并且具有高带宽、低电感和高阻抗等优点。ADI公司利用微变压器设计方面的经验,开发出了芯片级DC-DC功率转换器isoPower系列。最近,ADI再次发布isoPower系列新品,将产品的关键性能EMI指标实现“大跃进”,磁隔离在传统性能优势上进一步解决了过去EMI短板,实现鱼与熊掌可以得兼的目标。

隔离电源EMI辐射示意框图

革命性电源架构第二代克服EMI短板

ADI磁隔离技术历经近20年的发展,最开始的产品是信号隔离。磁隔离的特点就是它含有全能量,基于该技术ADI多年后又推出了内置变压器的芯片级电源隔离产品,跟普通芯片一样在纯净厂房里跟半导体器件一样生产出来,而不是像传统的零散机械元件组装而成。

第二代技术满足了无线电干扰特性CISPR 22/EN 55022 B类辐射标准

“第一代技术尺寸特别小的特点为大家所欢迎,但缺点也明显——EMI不是很好,辐射比较大。因为芯片级的线圈尺寸很小,所以它的工作频率特别高,数百兆的工作频率把能量传到隔离带时,必然有一些共模的信号或者噪声会辐射出去。” ADI数字隔离器产品部经理陈捷在一场演讲中表示。过去ADI工程师对这些问题也给予了修正的方法,如建议在隔离芯片两端跨接安规电容,用电容给它提供一个基础的反馈路径,或者利用四层PCB的内层要做一个交叠形成电容特性,从而提供一个低阻抗的反馈路径来抑制EMI。

“但很明显,这两种方法或多或少会给客户带来一些麻烦。所以,我们的研发团队一直在努力克服这个问题,我们现在的第二代产品就从芯片本身成功地解决了这个EMI的问题。”陈捷解释道。第二代产品在线圈的设计上做了一些改进,对称性更好,并在频率频谱上增加扩频,将原来频谱工作频率的尖峰峰值扩开。“原来可以看到是一个单点的尖峰,现在用扩频的方式把它展开了,就把能量降下来了。”陈捷指出,新的指标可以轻松达到Class A、Class B的辐射标准。“利用第二代技术不需要做任何跨接电容处理,可以只用两层PCB板,在输出端加两个磁珠和两个电容即可。”陈捷表示。

100mA时使用2层PCB:准峰值满足CISPR 22 B类标准,915MHz时裕为-5.1dBμV

陈捷口中的第二代产品是ADI近日宣布推出的其新一代增强隔离式电源转换器ADuM5020/6020和ADuM5028/6028系列,可以使系统满足EN 55022/CISPR 22 B类电磁干扰标准的需求,无需在应用层面使用高成本的EMI抑制技术,并且可简化EMI认证流程,降低设计成本和缩短设计时间。ADI将其隔离产品的“断代”的关键参考指标放在EMI特性上,在十多年前推出第一代隔离电源之后ADI陆续推出了若干系列新品,但因为在EMI方面没有做太多的优化而仍归属第一代产品。随着行业对EMI特性关注度越来越高,ADI投入几十人用了两年时间,完成了从研发到工艺、封装、测试,完整完成新一代低EMI产品研发。

集成化趋势下,通道隔离需求再上台阶

电源隔离集成化趋势已经形成,在新能源汽车、工业控制、仪器仪表和医疗等行业,越来越多的要用到高集成度的通道与通道之间隔离。“比如我们看到有些温度采样的设备,它可能一个板子上8个通道、8个ADC,要给这个ADC做隔离、信号要隔离,还要隔离电源,那用我们这种隔离芯片就特别方便。”陈捷指出,“现在有些高端产品就是要求每个通道之间都要隔离,它不能共用隔离电源。”仪器行业的小型化趋势也正在促进集成隔离电源的需求增加,甚至在一些便携式的医疗设备上也开始对隔离性能提出更高需求。

简化两层PCB布局的ADuM5020/ADuM5028评估板

“例如医疗这块会有更高隔离等级的标准,ADuM6000系列以及ADuM6020的隔离等级就更高。另外,像汽车应用对辐射的要求也越来越高,所以我们希望能在辐射的能量上进一步的抑制,有更大的裕量。”陈捷表示,“我们还做了一个更小的SO8封装,堪称业界最小的隔离电源解决方案。另外,由于这个技术输出的功率不是很大,尽管现在的500毫瓦已经能满足许多的应用,但将来ADI可能会往更大的输出功率去发展。”

成功挑战光耦传统市场,磁隔离持续走强

作为最传统的一种隔离方式,光耦在市面上应用已超过50年,目前在很多场合还占领主流应用。ADI第二代隔离电源产品突破EMI的最大掣肘是否能在隔离电源大展拳脚、攻城略地?“隔离应用通常与安全以及产品性能认证直接相关,导致市场对新技术采纳偏向保守,新产品和技术的市场渗透和切换会比别的产品慢,这是这个市场的特点。”陈捷表示。

然而光耦的显著缺点这些年正在为新型隔离技术提供了切入点,尤其是相对于磁隔离最大的一个问题是集成度差。“特别是做多通道隔离时光耦技术单个封装实现不了,必须是一个通道一个器件,而数字磁隔离可以将3、4个甚至是6个通道放在一个封装里。”陈捷指出。事实上,电源隔离也面临这样的技术差异,特别是光没有办法传递电源能量,而磁隔可以。从技术本身来讲它的应用更灵活、集成度更高。

“未来越来越多的应用肯定是数字隔离器的市场份额会进一步扩大,光耦的市场会有所萎缩。但数字隔离器也不可能完全取代光耦,因为光耦在低成本、低速率的场合有它的优势。”陈捷坦陈。据他透露,在1MBPS以下的应用,光耦的价格与其通讯速度呈指数相关,比如到了1M甚至10MBPS以上,它的价格就比数字隔离高很多,但在低速时成本非常低。“所以一定有些市场是数字隔离器不会去碰的,但是未来的发展趋势肯定是速度越来越快,所以新的增长点、新的市场数字隔离器优势越来越明显。”陈捷表示。

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ADI公司提供多种多样的数字电位计(digiPOT)选项,包括不同的存储器技术、单电源和双电源、各种数字接口、高分辨率器件,以及业界最广泛的端到端电阻选项。

什么是数字电位计?

数字电位计T是一种数字控制式器件,可以用来调整电压或电流,提供与机械电位计或可变电阻器相同的模拟功能。利用它可以实现更精确、更鲁棒、更快速、电压毛刺更小的自动校准过程。digiPOT常用于对模拟信号进行数字调整和校准,通常由I2C、SPI等数字协议或者更基本的上调/下调和按钮协议来控制。

架构

数字电位计T是一种3端器件(见图1),内部结构由电阻和开关阵列组成。每个digiPOT的A端与B端之间都有多个串联的无源电阻。游标端W可以进行数字编程,以访问该电阻串上的任何一个触点(共有2n个)。

A端与B端之间的电阻RAB一般称为端到端电阻。ADI公司提供从1kΩ到1 MΩ的各种端到端电阻选项。

A端与W端之间的电阻RAW和B端与W端之间的电阻RWB是互补的。也就是说,如果RAW增大,则RWB会以相同比例减小。

施加于A、B或W端的电压极性不限。A端至B端、W端至A端和W端至B端的电压可以是任一极性,唯一要求是确保信号不会超过电源轨。同样,电流流向也无限制,唯一要求是最大电流不能超过电流密度规格(典型值约为数mA)。

详文请阅:为您的应用选择合适的数字电位计

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打入行开始就总是会听到有人谈论“伺服和变频之间的区别”,不过我一直觉得,将他们放在一起比较其实是不够严谨的,正如票圈中汉斯总的一段评论所说:

变频其实是指电力传动的工作方式和结构原理,而伺服强调的是控制性能和应用结果,二者并不是同一个范畴内的概念。

如果真的要把他们放在一起比较的话,或许用“同样采用变频驱动技术,交流伺服与一般的变频(电机)驱动系统相比有哪些特别之处”这样的提法会显得更合适些。

而要了解这一点,我们首先还是要来看一下这二者分别面对着怎样的应用对象和场景。

一般的变频驱动系统,解决的是为设备机电系统提供机械传动所需动力的问题,用以驱动负载产生速度、压力,有时也会用于实现简单的位置控制;而伺服系统的目的则是为了给系统提供高动态、高精度的位置、速度或转矩/力的控制。正是这种在应用对象上的巨大差别,让这两种“变频驱动”系统在很多方面都表现出极大的差异。具体来说,可以从以下几个方面进行比较:

控制接口

普通变频驱动系统对于速度、压力、位置...等应用对象在指令更新的时间精度上往往并没有太高的要求,这当然与其相对较低的应用精度有很大的关系。新的控制指令数据早晚几个毫秒送达,对驱动性能的影响几乎可以不用考虑,输入指令的刷新周期出现个几毫秒甚至几十毫秒的偏差,基本上也是可以接受的。因此,我们可以看到以往的变频器通常会采用模拟量或者现场总线作为其控制指令的输入端口;而尽管现在以太网技术在变频器产品中已经越来越普及,但却也很少有使用实时以太网的。

而伺服系统就不同了,较高的控制精度要求其必须将每次指令更新的时间刻度精确到微妙级,并能够以极为确定的时间周期进行实时的数据交互。否则,失之毫厘便会谬以千里,无法达到所需的运动控制性能。这就是为什么长期以来,伺服驱动器都需要使用高频脉冲串和专用运控总线作为控制输入的一个重要原因;而如果要将以太网作为伺服驱动的控制端口,则必须采用具备时间确定性的实时以太网技术。

动态特性

在自动化应用中,只要是闭环控制系统,就需要能够在一定的时间窗口内对应用负载端的动作偏差作出反应并及时调节,变频驱动如此,交流伺服也是一样。但由于伺服系统常常需要应对较高的控制精度,须能以更快的速度对更加细微的误差作出响应,因此其响应调节的时间周期也就必须更短,通常都得是毫秒甚至微秒级的。与此相对应,很多伺服产品的速度频响带宽(BandWidth)都能够达到 kHz 级别。而反观一般的变频驱动产品,这个频响带宽往往也就在几百 Hz。

应用反馈

要能够及时响应应用端的动作误差,自然离不开来自负载侧的速度和位置反馈。正如前文中所述,系统中是否有用于实现控制的面向应用对象的反馈机制,是伺服区别于一般的电机传动技术的一个重要标志。同时,还是因为在控制精度和响应速度上的高要求,伺服应用的反馈往往需要具备极高的测量精度和分辨率,以做到对包括速度、压力、位置...等在内的应用对象的任何细微动态变化都足够敏感,在这种情况下,几千线的电机反馈,其实已经很难满足伺服应用的性能要求了。

当然,现在通用的变频驱动系统采用闭环反馈的控制方式也已经很普遍了,但总的来说,它们对应用端反馈在测量精度和分辨率等方面的各项要求远不如伺服运控系统那么高,并且多以速度反馈为主,很多时候,简单的 PG 反馈也就足够了。

运行模式与控制方式

运行模式指的是系统所要控制的应用对象类型是位置、速度还是转矩。从这个角度看伺服系统大都还是以位置模式为主的,有时会根据应用需求切换到速度或转矩模式;而对于一般的变频系统来说,主要就是速度和转矩模式了,少数变频产品会有一些简单的位置模式可供选择。

控制方式说的是在实现对某个应用对象的控制时,采取怎样的方法。这个,在伺服系统里,基本就只有矢量控制了,显然,这是由伺服应用本身所要达到的控制精度决定的。而在通用的变频系统中,为了能够满足不同类型和级别的应用需求,可供选择的控制方式就有很多,比如:电压/频率(v/f)、直接转矩、矢量控制...等等。

这一点也再次印证了我们之前所说的,伺服和变频其实是两个不同范畴的概念,伺服强调的是控制性能和应用结果,所以在系统配置时更关注运行模式;而变频其实指的是电力传动的工作方式和结构原理,因此在使用时会更看重控制方式。

适配电机和动力执行机构

为了能够达到较高的控制精度和应用性能,伺服运控系统对配套电机和执行机构的选择通常会有着极为严格的要求。

这不仅仅体现在永磁同步电机的使用上,还包括对适配电机各项规格的制定和设计以及不同类型的电机执行机构的选择方面,例如:

须根据负载和运行曲线,基于堵转转矩(力)、峰值转矩(力)和额定速度选择电机,并匹配机械传动速比;
更低的转子惯量用于提升动态性能、中/高惯量用于提升控制的稳定性;
专用电气连接端口,以提升系统的 EMC 电磁兼容(抗干扰)性能;
不同类型机械动力输出的连接方式(如:标准输出轴、空心轴、法兰输出...),以适应不同类型的应用负载;
多种电机和动力执行机构选项(如:直线电机、直驱电机、集成减速机电机、直线电动缸...),以满足各类运控应用的性能需求;
...

大部分伺服厂商往往会推荐用户使用其标配的驱动和电机/执行机构(甚至电缆和连接器)产品组合,很大程度上也是出于确保系统性能的角度所考虑的。(当然,竞争的排他性也正在于此。)

而这些苛刻的要求在一般的变频系统中就不多见了。大部分的通用变频应用都会采用异步电机(有些应用会使用永磁同步电机,多数是出于节能的角度考虑),选型时需要考虑的主要就是功率、额定转速和工作制...等等;除此以外就是基于应用环境,选择电机的防护等级、冷却方式、安装方式...等等。而对于电机惯量、电气连接、输出方式...等方面,就没有太过严苛的要求,同时厂家基本上也不会用所谓的“配套组合”来限制用户对于电机品牌的选择。

功率范围

此外,由于伺服所面对的往往是那些要求高精度、高动态响应的应用环境,因此总体负载也会相对较轻,其总体输出功率的范围一般也就在几十千瓦以内,比起以动力传动见长的变频驱动系统来说会小很多;而那些负载较重的运控应用,通常都并不会有过高的响应特性需求,一般来说异步变频也是可以满足要求的。

上述伺服和变频的技术比较,更多其实还是侧重在应用的角度来看待它们二者之间的差别,而并没有涉及到太多关于产品本身的部分,比如:三环的差异、内部结构和组成元器件的不同、过载能力的差异...等等。有关这些内容,我会在后面的推文中和大伙儿慢慢探讨。

本文转自:伺服和变频到底有啥区别

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Zhongming Ye ADI公司

低噪声Silent Switcher架构简化了EMI设计

汽车、交通运输和工业应用对噪声敏感并且需要低EMI电源解决方案。传统方法通过减慢开关边沿或降低开关频率来控制EMI。这两种方法都会产生不良的影响,例如效率下降,最短接通和关断时间增加,以及需要采用大尺寸的解决方案。EMI滤波器或金属屏蔽等替代方案在所需的电路板空间、组件和装配方面增加了大量成本,并使热管理和测试复杂化。

我们的低噪声μModule®技术给开关稳压器设计带来了突破。

采用µModule封装的LTM8003稳压器配备专有的Silent Switcher®架构,以最大限度降低EMI辐射,并在高开关频率下提供高效率。稳压器的架构和µModule器件的内部布局设计旨在最大限度缩小稳压器的输入环路。这能够显著地减少开关节点振铃和在热环路中存储的相关能量,即使存在非常快的开关边沿也不例外。这种安静的开关切换提供了卓越的EMI性能,同时最大限度降低了AC开关损耗,从而使得稳压器能在高开关频率下运行,且效率并无明显下降。

这种架构配合扩展频谱频率操作,极大地简化了EMI滤波器设计和布局,非常适合那些对噪声敏感的环境。图1显示了输入侧的简单EMI滤波器,使演示电路能够以足够的裕量通过CISPR 25 Class 5标准,如图2所示。

图1. 在输入端配置一个简单EMI滤波器的5 V转换器符合CISPR 25 Class 5规格要求。

图2. DC2416A演示电路符合辐射EMI频谱CISPR 25 Class 5规格要求。

3.5 A连续电流和6 A峰值电流提供能力内部稳压器能够安全地提供高达6 A的峰值输出电流,当依靠一个12 V标称输入持续支持3.5 A负载(在3.3 V或5 V范围内)时,LTM8003无需采取额外的热管理措施(气流或散热器)。这满足了工业机器人、工厂自动化和汽车系统中的电池供电型应用之需。

–40°C至+150°C的宽工作温度范围

汽车、工业和军事应用要求电源电路在超过105°C的环境温度下连续安全运行,或者要求为温升留出较大的储备空间。

LTM8003H专为在–40°C至+150°C的内部工作温度范围内满足规格要求而设计。内部过热保护(OTP)电路负责监视结温,并在结温过高时停止开关操作。

图3a是一款可在7 V至40 V的宽输入范围内工作的3.5 A、5 V解决方案。其在12 V标称输入下的热性能如图3b所示。当采用一个12 V输入并具有2 A负载时,典型效率高于92%。

图3. 一款用于7 V至40 V输入并采用H级版本的5 V、3.5 A解决方案。热成像显示无需采用庞大笨重的散热组件。

从+3.5 V至+35 V输入产生–5 V负输出

图4是一款采用一个12 V标称输入(35 V最大输入)产生–5 V、4 A输出的解决方案。BIAS 引脚应连接至 GND。

图4. 一款采用+5 V至+35 V输入提供高达4 A输出电流的–5 V电源。

结论

LTM8003是一款采用Silent Switcher架构的宽输入和输出范围、低噪声、3.5 A降压型µModule稳压器。依靠3.4 V至40 V输入能够产生0.97 V至18 V输出,从而无需通过电池或工业电源进行中间稳压。其引脚排列专为符合FMEA(失效模式影响分析)要求而特别设计,因此如果相邻引脚短路、单个引脚短路至地、或某些引脚处于浮置状态,输出电压将保持在或低于调节电压。在焊点因振动、老化或宽幅温度变化而松动或开路的情况下(例如:在汽车和交通运输应用中),冗余引脚可增强电气连接。

完整的解决方案可安装在一个比LTM8003的6.25 mm × 9 mm ×3.32 mm BGA封装面积大不了多少的紧凑空间内(包括输入和输出电容)。通常,25 µA的静态电流和–40°C至+150°C(H 级)的宽工作温度范围使其非常适合那些空间拥挤、工作环境严酷、以及强制要求低静态电流和高可靠性的运行环境。该器件的特性有助于最大限度减少设计工作量,并满足针对工业机器人、工厂自动化、航空电子设备和汽车系统的严格标准。

图5. 一款完整的降压解决方案仅稍大于LTM8003 µModule稳压器的6.25 mm x 9 mm占板面积。

作者简介

Zhongming Ye是Analog Devices公司的一名电源产品高级应用工程师,工作地点位于美国加利福尼亚州米尔皮塔斯。他自2009年以来一直在凌力尔特(现隶属ADI)工作,负责提供各种不同产品的应用支持,包括降压、升压、反激式和正激式转换器。他在电源管理领域的关注点包括面向汽车、医疗和工业应用的高效率、高功率密度和低EMI的高性能电源转换器和稳压器。在此之前,他在Intersil公司工作了三年,从事的领域是用于隔离式电源产品的PWM控制器。他在加拿大金斯顿女王大学获得电气工程博士学位。Zhongming是IEEE电力电子学会的高级会员。联系方式:zhongming.ye@analog.com

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提到智能家居,市面上已能看到各种扫地机器人、智能喇叭等智能家电。在消费电子市场,国际大厂纷纷推出各式终端产品,语音识别、手势辨识等人机接口的讨论正火热。另外,智能电表/水表这类公共建设,则需要政府投入才能普及。

从2017年底的日本CEATEC到2018年的国际消费性电子展(CES),许多品牌大厂都将人工智能(AI)与物联网(IoT)功能当作新一代家用电子产品的主要卖点。许多新时代家电陆续推出,这些产品不只能对外连上互联网,也能彼此互联,更能结合新兴的智能音箱或语音助理,实现创新的智能生活应用。

图1 资策会智能系统研究所董一志提到,物联网概念提出初期,较着重智能水表、智能电表等等公共建设的应用。

智能家居应用正历经新一轮转变,市场也正逐渐扩大当中。研究单位IDC便指出指出,智能家居市场将持续成长,预计到2022年,规模将会成长18%,达到全球940万台智能家居设备的规模。AIoT新思维也正快速翻转智能家居应用市场。

人工智能自1970年代起便开始被讨论,而物联网则是新兴的概念。资策会智能系统研究所董一志(图1)提到,物联网概念提出初期,其实是对于智能水表、智能电表等等公共建设的应用发想较多,消费性电子产品则为其次。然而,近年来智能照明等等消费性电子的应用发展快速,这两方面的技术进展与市场推广更是需要完全不一样的经营逻辑。

董一志也认为,在AIoT趋势影响之下,无论是公共建设的推广还是消费电子产品的问世,厂商必须去思考人们真正的需求为何。众台厂应该尽速找到该市场中的关键应用,不能再等国际大厂发表新应用才跟进,应该要以更快的速度做到新的整合设计。

放下遥控器 智能家居控制靠语音

面对AIoT与智能家居的技术持续发展,人机接口的变革势必将持续发生。自从iPhone导入了多点触控功能之后,该操作方式为今天的设备使用者带来的全新的使用习惯,也让智能设备变得更加便利。英飞凌(Infineon)大中华区营销经理钟至仁(图2)指出,目前多点触控已成为智能设备的操作接口主流,然而在未来,将会看到越来越多非触控的接口陆续出现。

图2 英飞凌大中华区营销经理钟至仁指出在未来,将会看到越来越多非触控的接口陆续出现。

钟至仁提到,未来在智能家居使用情境之中,非触控的人机接口将会越来越普及。其中,不外乎手势控制与语音控制两大分类。

手势控制便是透过理解人类的手势,了解用户需求,使智能装置可以遵从指挥调节与控制,并提前做出相对应的反应。

而在语音控制方面,其实在1961年IBM便已开始发展语音控制系统,然而当时能够判别的字符数与正确度完全无法与今天的技术高度同日而语。

钟至仁说明,在2011年苹果推出了Siri语音助理之后,2013年起Google与微软也纷纷跟进推出自家的语音助理系统;在2017年,中国的百度、阿里巴巴、腾讯更开始打造中文的语音控制平台。由各国际大厂竞相推出相对应的解决方案可以看出,语音控制人机接口将逐渐深入到日常生活之中。

有鉴于非触控与语音人机界面的发展,英飞凌亦推出了相对应的感测融合解决方案,致力于整合智能家居设备所需的各种感测功能。其中包含麦克风与压力感测结合的解决方案,以做到更可靠的居家警报系统;另外,麦克风加上雷达的感测整合解决方案,则使得使用者在靠近智能设备时,能够自动唤醒设备,而不用受到Hi Alexa等唤醒语的局限;更有麦克风加上时差测距(TOF)3D传感器的解决方案,透过融合声纹辨识与人脸辨识,协助智能家居的安全防护再升级。

Wi-SUN助能源管理 长照监控应用多

近年来,由于日本政府对于智能电表的推广,由日本政府制定的Wi-SUN协议开始导入至智能家居应用当中。台湾地区亦开始投入智能电网的建设工作,预计将在2020年设置300万台智能电表。设置智能电表不仅能管理电表相关数据信息,亦能将数据导入至长照监控应用之中。

图3 罗姆营业部课长李师诚指出,透过用电资料能观察住户作息,了解家庭成员活动情况,以提供居家照护。

Wi-SUN是一由日本政府规范的Sub-GHz通讯协议,频段介于922~928GHz。罗姆半导体(ROHM Semiconductor)营业部课长李师诚(图3)分享,该通讯协议的最大优势在于传输距离远,若在空旷地区传输距离可达一公里之远;根据资策会的测试结果指出,垂直穿透力可达三层楼,相对于Wi-Fi和蓝牙而言,也能达到较高的穿透力。另一方面,Wi-SUN相当省电,若是使用三颗三号电池,以每个月发送3,000次讯号的频率来说,Wi-SUN模块可以使用十年之久。

正因以上诸多优势,日本政府将Wi-SUN纳入国家智能电网布建计划之中。在2017年底,日本已导入3,000万台Wi-SUN通讯模块的智能电表,并计划在2024年换装完成8,000万台智能电表。

台湾近年来亦积极投入智能电网的建设工作,台电便计划在2018年设置20万台智能电表,并于2019年设置100万台,更希望在2020年设置300万台。台湾地区总家庭户数大约有700万户,由此可以看见台电相当积极投入该技术建设。

李师诚指出,由日本电信商IIJ所搜集整理的数据中,可以看出日本家庭的用电状况。依照每十秒接收一次的用电数据,在未来能够运用在长照领域中。

由于日本对于隐私权较为重视,因此对于老人照护的监控工作较不偏好采用IP Cam,如此,便能够屏除影像监控的隐私安全疑虑,透过用电资料来观察住户作息,来了解长者是否起床活动、用餐情况等情况以利居家照护。

Mesh架构助智能家居联机 多通讯协议提升兼容性

由于智能家居的兴起,该市场对于网状网络(Mesh Network)的需求也逐渐增高,然而主流通讯协议目前尚未出现定论,因此许多设备厂商会将多种通讯协议同时导入至产品之中。因此,多通讯协议(Multiprotocol)芯片的重要性也日趋增加。

图4 芯科科技资深应用工程师林仕文指出,若要做到多通讯协议模块,底层必须要有一颗强而有力的IC支援。

在智能家居应用之中,网状网络具备许多优点。芯科科技(Silicon Labs)资深应用工程师林仕文(图4)指出,其中最大的优势在于网状网络可以延长联机距离,因此尽管为数尚不多,也有许多厂商将Mesh架构应用于户外联机应用。也由于网状网络可透过经由许多节点的方式传输,因此每次传输的用电量较小,能有效节电。

另一方面,也由于信息可透过多节点传输,因此若有节点损坏,信息依然可以透过其他节点传输,能有效提升智能家电的可靠度。

林仕文进一步解释,全部节点皆可互相连接的Full Mesh架构是最为理想的网状网络结构,但目前在市面上较为多见的是在中央设置一个集线器(Hub)的Star Network架构。不同的无线联机技术各有优势与缺点,能在不同的应用场景之中发挥所长。

林仕文说明,随着智能手机的普及,人们普遍习惯使用智能型手机来做到智能家居的控制。因此,当使用者回到住所时,可以利用手机透过Beacon感测解开智能门锁,在进到家中客厅时再透过Zigbee将电灯打开。在智能家居使用情境之中,将涉及到多种通讯协议。

林仕文指出,若要做到多通讯协议模块,底层必须要有一颗强而有力的IC支持,因此芯科科技推出了ARM Cortex-M4产品,该产品支持2.4GHz与sub-GHz,亦具备省电机制。更能使得厂商的备货程序更加单纯,同时降低产品的材料成本(BOM Cost)。

本文来源:公共建设/消费电子应用齐发 智能家居市场引爆在即

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George Qian 和 Michael Wu Analog Devices 公司

隔离型反激式转换器广泛用于汽车、工业、医疗和电信领域,在此类应用中电源必须具有可靠、易用、高电压和隔离的特性,隔离型反激式转换器必须随着负载、电压和温度的变化提供卓越的稳压性能。LT8304-1 是一款隔离型、非光反激式转换器,其专为高输出电压应用而优化,可提供高达 1000 V 的
输出。

传统上,稳压反馈环路需要一个体积庞大的高电压分压器连同光耦合器,前者用于直接检测高输出电压,后者则用于穿过隔离势垒传回反馈信息。由于一个 1206 电阻器最多能承受200 V(最大值)的高电压,因而产生了尺寸庞大的电阻器解决方案。这样一来,为了检测 1000 V 的电压,需要至少 6 个
1206 电阻器和一个小的底端电阻器。

从一个 4 V 至 28 V 输入产生 1000 V/15 mA 输出LT8304-1 反激式转换器设计采用的组件较少。图 1 显示一款完整的 4 V~28 V 输入至 1000 V 输出解决方案,其能够支持 15 mA负载。输出电流能力 随着输入电压的增加而提高,当输入电压高于 24 V 时可达到 13mA。由于 LT8304-1 可通过原边波形检
测输出电压,因此无需配置大尺寸高电压分压器,也不必采用光耦合器。

有关 LT8304-1 周围组件所承受之电压和电流应力计算的说明,详见 LT8304-1 的数据手册。值得注意的是,这款 1000 V 解决方案采用了一个在副边具有 3 个分离输出绕组的变压器。原边至副边匝数比为 1:10:10:10,而不是单副边绕组 1:30 匝数比变压器。1:10:10:10 变压器使得输出电压应力可在 3 个高电压输出二极管和 3 个高电压输出电容器之间分担。单个组件的电压额定值只需为总电压的 1/3,因而有利于获得更多可供选择的输出二极管和输出电容器。

图 1:一款提供 4 V 至 28 V 输入的完整 1000 V/15 mA 隔离型反激式转换器。

图 2 显示这款峰值效率达到 90.5% 的反激式转换器。即使未采用光耦合器,各种不同输入电压下的负载调节仍然很紧,精度通常为 2% 至 3%,如图 3 所示。

图 2:图 1 所示转换器在各种不同输入电压条件下的效率。

图 3:图 1 所示转换器在各种不同输入电压条件下的负载调节性能。

图 4:一款提供 4 V 至 18 V 输入的完整 800 V/10 mA 隔离型反激式转换器。

从 4 V 至 18 V 输入产生 800 V/10 mA 输出

图 4 显示一款完整的 4 V~18 V 输入至 800 V 输出解决方案,其能够提供高达 10 mA 的输出电流。当输入为 18 V 和负载电流为10 mA 时,该反激式转换器可实现 88.2% 的峰值效率。图 5 显示各种不同输入电压下的效率曲线;图 6 显示了卓越的负载调节性能。另外,该解决方案采用的组件较少。

图 5:图 4 所示解决方案在各种不同输入电压条件下的效率。

图 6:图 4 所示解决方案在各种不同输入电压条件下的负载调节性能

结论

LT8304-1 是一款简单易用的单片微功率隔离型反激式转换器,专为高输出电压应用而优化。通过直接从原边反激式波形对隔离输出电压进行采样,完整的解决方案可保持严紧的电压调节— 既不需要输出分压器,也不需要光隔离器。

输出电压简单地利用两个外部电阻器和第三个任选的温度补偿电阻器进行设置。边界模式操作造就了一款具卓越负载调节性能的小型磁性解决方案。一个 2 A、150 V DMOS 电源开关连同所有的高电压电路和控制逻辑单元均集成在耐热性能增强型8 引脚 SO 封装中。LT8304-1 在 3 V 至 100 V 的输入电压范围内工作,并可提供高达 24 W 的隔离输出功率。

作者简介

Zhijun (George) Qian 是 Analog Devices 公司的一名高级工程师。他负责各种非隔离型和隔离型转换器的电源产品应用。他在浙江大学获得学士和硕士学位,并在中佛罗里达大学获得博士学位,所学专业均为电力电子。他于 2010 年加入凌力尔特(现隶属 ADI)。联系方式: zhijun.qian@analog.com

Michael Wu 是 Analog Devices 公司的一名产品应用工程师。他在电源部门工作,专攻隔离型和非隔离型 DC/DC转换器。他毕业于圣路易斯奥比斯波的加州理工州立大学电气工程专业(获得学士和硕士学位)。联系方式: michael.wu@analog.com

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