Ứng dụng và công nghệ quản lý điện năng số
Bài viết này giới thiệu các đặc điểm cơ bản của nguồn điện kỹ thuật số, ưu điểm của nguồn điện kỹ thuật số so với nguồn điện tương tự và nội dung chính của quản lý nguồn điện kỹ thuật số, đồng thời giới thiệu ứng dụng của công nghệ quản lý nguồn điện kỹ thuật số.
Thế hệ mạch tích hợp mới yêu cầu điện áp nguồn 3,3V, 1,8V hoặc thậm chí thấp hơn. Một thiết bị duy nhất cần nhiều điện áp để cung cấp điện và nhu cầu hiện tại lớn và điện áp phải được cấp cho thiết bị vào đúng thời điểm. Điện áp cấp nguồn cho các thiết bị này phải được tạo ra trên bo mạch (tốt nhất là đặt gần thiết bị) để giảm thiểu sụt áp và ổn định điện áp. Bộ chuyển đổi DC/DC hiệu suất cao phù hợp với đầu vào phạm vi rộng và có thể được sử dụng làm nguồn cấp điện cách ly hoặc bộ chuyển đổi điểm tải không cách ly. Do đó, hầu hết các hệ thống cung cấp điện trên bo mạch đều sử dụng các mô-đun chuyển đổi DC/DC làm thành phần chính của nguồn điện. Tuy nhiên, không thể xây dựng một hệ thống điện hoàn chỉnh và khỏe mạnh nếu không có các mạch quản lý điện năng. Nội dung quản lý điện năng bao gồm: giám sát, sắp xếp thứ tự và theo dõi hệ thống điện, giám sát và dự phòng sự cố. Các thiết bị quản lý nguồn xử lý các chức năng như từ chối chế độ chung, giới hạn khởi động, kiểm soát khởi động và tắt máy, thậm chí hiệu chỉnh hệ số công suất ở đầu vào. Thiết bị quản lý nguồn được cấu hình ở phía đầu ra điều khiển trình tự khởi động và điều chỉnh điện áp đầu ra, đồng thời cung cấp khả năng bảo vệ lỗi tương ứng đối với các điều kiện quá thấp và quá dòng. Hình 1 Ứng dụng bảo vệ các thiết bị quản lý nguồn trong hệ thống nguồn AC/DC bị cô lập. Tất cả các mạch chức năng có liên quan được yêu cầu phải được cách ly khỏi mạch chính.
Giải thích chi tiết về ứng dụng và công nghệ quản lý năng lượng kỹ thuật số
các
Các thiết bị quản lý năng lượng kỹ thuật số chuyên dụng có lợi thế lớn hơn về chi phí, chu kỳ phát triển và độ tin cậy so với các mạch tương tự hoặc vi điều khiển, thiết bị logic khả trình và các phương pháp khác thường được sử dụng. Một thế hệ thiết bị quản lý năng lượng kỹ thuật số mới tích hợp một ADC nhanh có thể đáp ứng các yêu cầu giám sát thời gian thực, giúp nó có thể phản ánh các lỗi nhanh hơn so với ADC ngoài chip của một bộ vi điều khiển đa năng. Dữ liệu giám sát được truyền đến bộ điều khiển chính của nguồn điện thông qua bus I2C hoặc PMBus để đạt được cài đặt điều chỉnh điện áp chính xác, bảo vệ lỗi và các chức năng khác. Đồng hồ bên trong cho phép ghi nhật ký lỗi. Đối với hệ thống điện nhiều đầu ra, bộ điều khiển chính nguồn điện kỹ thuật số đọc dữ liệu giám sát của từng đầu ra từ thiết bị quản lý của từng đầu cuối đầu ra trong thời gian thực thông qua giao diện bus, thực hiện giám sát toàn diện hệ thống điện. Sau khi thiết kế phần mềm được phê duyệt, các tệp nguồn và tệp cấu hình giống nhau có thể được sử dụng cho tất cả các sản phẩm của thiết kế và hiệu suất nhất quán từ thiết bị này sang thiết bị khác, trong khi các mạch tương tự sẽ có hiệu suất khác nhau do sự khác biệt trong chính các thành phần.
Các mạch quản lý hệ thống điện truyền thống dựa trên các mạch tương tự để thực hiện quản lý điện năng và thiết lập các thông số khác nhau thông qua bộ khuếch đại, bộ so sánh và độ trễ thời gian RC không còn ưu việt như các thiết bị quản lý điện kỹ thuật số. Với việc thiết kế sâu hơn, các thành phần sẽ không còn thay đổi khi các tham số thay đổi và bảng mạch sẽ không còn cần phải xử lý lại nhiều lần. Sử dụng một thiết bị quản lý năng lượng kỹ thuật số đặc biệt, cho phép phần mềm cấu hình thiết lập các thông số vận hành. Những thay đổi trong quá trình thiết kế có thể dễ dàng thực hiện trong phần mềm mà không cần thay đổi phần cứng. Phần mềm cấu hình chỉ yêu cầu người thiết kế điều chỉnh một vài thông số. Sau khi tất cả các tham số được thiết lập, chúng có thể được tải xuống thiết bị quản lý nguồn kỹ thuật số thông qua cổng I2C bằng dòng tải xuống lập trình. Hình 2 là sơ đồ khối của các đơn vị chức năng bên trong của một thiết bị quản lý năng lượng điển hình.
Giải thích chi tiết về ứng dụng và công nghệ quản lý năng lượng kỹ thuật số
Ngoài việc áp dụng các mạch tích hợp quản lý năng lượng đặc biệt trong giám sát hệ thống điện, thế hệ mạch tích hợp mới cũng đã bổ sung các chức năng giảm tiêu thụ điện năng và quản lý năng lượng một phần trong thiết kế của chính nó, cung cấp năng lượng kỹ thuật số và quản lý năng lượng kỹ thuật số. giao diện truyền thông của thiết bị. Điều này đã được phản ánh trong các bộ xử lý kỹ thuật số cao cấp hơn. Thông qua giao tiếp giữa bộ xử lý kỹ thuật số, bộ chuyển đổi DC/DC và bộ quản lý nguồn kỹ thuật số, bộ xử lý có thể tự động điều chỉnh điện áp nguồn điện cần thiết theo tốc độ xử lý hiện tại và cường độ tác vụ. Đơn vị quản lý nguồn và cấp nguồn kỹ thuật số chứa một số thanh ghi. Khi điện áp mà bộ xử lý yêu cầu thay đổi, nó sẽ nhận dữ liệu mới thông qua bus để định cấu hình các thanh ghi liên quan hoặc tìm các giá trị cài đặt liên quan trong bảng tra cứu của chương trình nội bộ của nguồn điện kỹ thuật số. Loại sơ đồ này đang trở thành ứng dụng chính trong các lĩnh vực có yêu cầu tiêu thụ điện năng nghiêm ngặt. Đối với các bộ xử lý có nguồn điện riêng cho các bộ phận bên trong, các bộ phận chức năng ở trạng thái chờ hoặc ngủ có thể được tắt hoàn toàn, điều này sẽ giúp giảm mức tiêu thụ điện năng hơn nữa, nhưng lại đặt ra các yêu cầu cao hơn đối với việc quản lý nguồn điện. Không chỉ các cổng đầu ra tăng lên mà việc cài đặt và giám sát các cổng khác nhau cũng sẽ làm tăng đáng kể độ phức tạp của chương trình trong bộ quản lý nguồn kỹ thuật số. Màn hình hiệu suất phần cứng bên trong bộ xử lý có thể cung cấp điện áp nguồn thấp nhất trong một thời gian cụ thể. Thông tin của màn hình đến trực tiếp từ bên trong bộ xử lý, vì vậy vòng khép kín của hệ thống giám sát nằm hoàn toàn bên trong chip xử lý, thực hiện thiết kế SOC của quản lý điện năng.
