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借助实时@@微控制器@@优化可再生能源@@@@和工业系统的@@功率效率和功率密度@@

judy — Mon, 04 Dec 2023 09:34:53 +0000

电力@@电子产品设计人@@员致力于提升工业和汽车@@系统的@@功率效率和功率密度@@，这些设计涵盖多轴驱动器@@、太阳能@@、储能@@、电动汽车@@充电站和电动汽车@@车载充电器等@@。

这些系统的@@主要设计挑战之一是在@@降低系统成本的@@同时@@@@，实现更出色的@@实时@@控制@@性能@@@@。要应对这一挑战@@，常用的@@方法是使用拥有超低延迟@@控制环路处理功能的@@模拟和控制外设的@@高度集成的@@微控制器@@@@ (MCU) 。

实时@@控制@@性能@@：延迟@@是关键@@
在@@深入应用实例之前@@，先让我们简要看下@@“延迟@@”。在@@多轴驱动器@@、机器人@@@@、具有储能@@系统的@@光伏逆变器@@、电动汽车@@充电站和电动汽车@@中@@，控制性能与@@@@ MCU 对信号进行采样@@、处理和控制的@@速度直接相关@@。图@@ 1 展示了实时@@信号链和信号延迟@@之间的@@关系@@，信号延迟@@指从模数转换器@@@@ (ADC) 测量信号@@，到@@ CPU 处理信息@@，以@@及脉宽调制器@@ (PWM) 控制功率的@@时@@间@@。这个时@@间需要尽可能小@@，才能实现超低延迟@@控制环路处理@@。

图@@ 1：实时@@性能和延迟@@的@@概念@@

对于数字电源来说@@，实现较高的@@功率密度意味着要将@@@@ DC/DC 的@@开关频率@@从@@ 50kHz 提高到@@@@ 100kHz、500kHz 或更高@@。如果您使用的@@@@ MCU 以@@ 100MHz 运行并且稳压环路同步到@@@@ PWM 频率@@，在@@ 10kHz 时@@，PWM 中断之间的@@可用@@ CPU 周期数为@@ 10,000，而@@在@@@@ 100kHz 时@@会降为@@ 1,000。随着频率@@上升@@，可用于检测流程控制的@@时@@间缩短@@，因此您需要优化@@ MCU 架构@@，以@@便在@@实时@@信号链中尽量节省每个周期的@@时@@间@@。

在@@光伏逆变器和储能@@系统中实现下一代电源@@
如图@@@@ 2 所示@@，光伏逆变器市场不断发展@@，出现了集成储能@@系统的@@混合逆变器@@，带来了控制双向能量转换的@@挑战@@。单芯片架构@@需要使用具有许多高分辨率@@ PWM 通道和额外高带宽@@ ADC 输入的@@@@ MCU，例如@@ TMS320F28P650DK C2000™ 32 位@@ MCU。

图@@ 2：集成了储能@@系统的@@光伏逆变器架构@@@@

为满足许多应用中对可再生能源@@@@不断增长的@@需求@@，光伏逆变器需要更高的@@功率效率和更好的@@总谐波失真性能@@。一种方法是使用更新的@@多相多级逆变器电源架构@@@@。这类架构@@通常通过@@一组复杂的@@电源算法和额外的@@外部逻辑@@（例如@@复杂的@@可编程逻辑器件或现场可编程门阵列@@）来实现@@，以@@便使用正确的@@序列安全地打开和关闭电源开关@@。这种方法会增加布板空间和系统成本@@。

能在@@不同@@ PWM 模块中支持板载定制@@、最小死区和非法组合逻辑@@（用于防止破坏性上电@@/断电序列的@@@@ MCU 特性@@）的@@ MCU 可让设计人@@员在@@降低成本的@@同时@@@@，减少或甚至移除外部逻辑@@，从而@@进一步简化设计@@。

此外@@，务必将@@@@ PWM 单元@@和集成的@@模拟窗口比较器@@进行紧密耦合@@，以@@便为电源转换器@@提供过流和过压保护@@。基于电源拓扑@@，您要选择的@@@@@@ MCU 可能需要搭载能够实现对谐振模式转换器@@峰值电流和谷值电流模式控制的@@@@ PWM 单元@@。

在@@电动汽车@@车载充电器中实现更轻松@@、更快速@@的@@集成@@
随着全球电动汽车@@数量的@@增长@@，设计人@@员需要找到@@新的@@解决方案@@，以@@便使车载充电器进一步集成并降低其成本@@。典型的@@实现方案为两个彼此隔离的@@@@ MCU，一个用于车载充电器功率因数校正@@，另一个用于车载充电器@@ DC/DC。

尽管采用单个@@ MCU 会增加将@@信号发送回@@ MCU 所需的@@隔离器件@@，但其增加的@@成本可与@@减少@@188足彩外围@@app 数量节省的@@成本相抵@@，包括减少@@ CAN 收发器@@、稳压器@@、电源管理集成电路@@、运算放大器以@@及实现返回主机@@ MCU 通信所需的@@隔离@@。

图@@ 3 展示了单个@@ MCU 控制高达@@ 22kW 的@@三相车载充电器功率级拓扑@@。PFC 级是两相交错式图@@腾柱@@，而@@ DC/DC 级是双电容@@@@-电感@@-电感@@-电感@@-电容@@ (CLLLC)，可减小变压器尺寸和场效应晶体管的@@电流等级@@。

图@@ 3：由单个@@ MCU 控制的@@三相电动汽车@@车载充电器@@（PFC 与@@ DC/DC）

确定所需的@@最少@@ MCU 硬件资源@@（PWM、ADC、比较器@@）后@@，您可能还希望在@@降低@@ CPU 开销的@@同时@@@@，实现更多的@@软件集成@@。由于集成可以@@实现对单个器件上更多信号的@@采样@@，选择的@@@@ MCU 如包含内置基于硬件的@@过采样和偏移量校准功能的@@@@ ADC，可简化软件设计@@，从而@@使@@ MCU 具有更高的@@周期效率@@，并能够更快运行控制环路@@。

另一个挑战是对具有不同实时@@限制的@@多个任务进行软件集成@@：PFC、DC/DC 以@@及辅助控制和安全性需要共存@@，这让软件开发变得更加复杂@@。

从单核@@ MCU 转向多核@@ MCU 架构@@并在@@@@ MCU 内核之间分配存储器@@、PWM 和模拟资源@@，可帮助实现向多个内核分配不同的@@控制环路频率@@@@，例如@@，一个内核用于控制@@ PFC，另一个用于运行两个@@ CLLLC。每个内核以@@不同的@@独立频率@@运行控制环路@@：图@@腾柱通常为固定频率@@@@，但车载充电器的@@直流@@@@/直流@@电源转换级@@（图@@ 3）不断变化@@。使用多核架构@@还有助于实现更可靠@@@@、更精密的@@过流和过压保护@@（因为可以@@针对每个内核优化每个控制环路@@），无需外部监控@@188足彩外围@@app ，还可以@@降低成本@@。

电动汽车@@将@@在@@数分钟内充满电@@，每个家庭都将@@使用光伏和储能@@系统@@，工厂将@@使用更多高效的@@机器人@@@@并实现能源足迹更少的@@自@@动化@@……实时@@控制@@ MCU 的@@创新将@@为实现@@更清洁@@、更安全@@、更高效的@@世界铺平道路@@。

关于德州仪器@@@@ (TI)
德州仪器@@ (TI)（纳斯达克股票代码@@：TXN）是一家全球性的@@半导体公司@@，致力于设计@@、制造@@、测试和销售模拟和嵌入式处理芯片@@，用于工业@@、汽车@@、个人@@电子产品@@、通信设备和企业系统等市场@@。我们致力于通过@@@@半导体技术让电子产品更经济实用@@，创造一个更美好的@@世界@@。如今@@，每一代创新都建立在@@上一代创新的@@基础之上@@，使我们的@@技术变得更小巧@@、更快速@@、更可靠@@、更实惠@@，从而@@实现半导体在@@电子产品领域的@@广泛应用@@，这就是工程的@@进步@@。这正是我们数十年@@来乃至现在@@一直在@@做的@@事@@。欲了解更多信息@@，请访问公司网@@站@@www.ti.com.cn

将@@ICT与@@可再生能源@@@@相结合的@@智能电网@@@@需要怎样的@@电源@@？

judy — Mon, 23 May 2022 02:50:35 +0000

在@@人@@类不断努力实现可持续发展社会的@@过程中@@，智能电网@@@@（下一代输电线路@@）正在@@成为推动太阳能@@和风力等可再生能源@@@@采用的@@关键技术@@。智能电网@@@@是一种利用计算机和通信技术来提高输电和供电效率的@@能源网@@络系统@@。TDK 的@@双向直流@@@@-直流@@转换器@@@@在@@此范式中发挥着重要作用@@。

智能电网@@@@对于利用可再生能源@@@@至关重要@@
在@@我们努力实现脱碳社会的@@过程中@@，推广对环境友好的@@可再生能源@@@@是我们目前在@@全球范围内面临的@@一大挑战@@。然而@@@@，因难以@@平衡供需@@，太阳能@@和风能等可再生电力@@来源存在@@固有的@@劣势@@，主要原因是由@@于其发电量会根据天气条件和其他因素而@@波动@@。由于电力@@难以@@大量储存@@，供需必须始终保持平衡@@。如果这种平衡被打破@@，作为@@电力@@质量关键指标的@@频率@@就可能会下降@@，在@@最坏的@@情况下可能会引发大范围的@@停电@@。

作为@@解决这一问题的@@一种途径@@，智能电网@@@@的@@建设正在@@引起全世界的@@关注@@。由于智能电网@@@@利用@@ ICT 和其他技术来优化电力@@的@@供需平衡@@，它们对于基于可再生能源@@@@的@@电力@@系统来说可谓是不可或缺的@@@@。

区域智能电网@@@@@@（智慧城市@@）的@@概念图@@@@

智能电网@@@@还可以@@通过@@双向通信利用智能电表@@，利用数值以@@及图@@表可视化的@@显示住宅@@、办公室和工厂的@@用电量@@，从而@@有助于节约能源@@。此外@@，每个设施的@@发电和储电量可以@@在@@智能电网@@@@内共享@@，以@@提高效率@@。

直流@@-直流@@转换器@@@@在@@智能电网@@@@中的@@作用@@及其面临的@@技术挑战@@
智能电网@@@@使用直流@@电源代替传统的@@商用交流电源@@，因为太阳能@@@@、风能和其他能源在@@直流@@@@（直流@@微电网@@@@*1）中产生电力@@@@。剩余电力@@使用锂离子电池和其他类型的@@充电电池进行储存@@。直流@@微电网@@@@和充电电池之间的@@电力@@交换通过@@一种称为直流@@@@-直流@@转换器@@@@的@@电源设备实现@@。直流@@-直流@@转换器@@@@通过@@将@@直流@@转换为另一种形式的@@直流@@@@，在@@为电子设备产生最佳稳定电压上发挥着关键作用@@。

为了稳定可再生能源@@@@产生的@@波动功率@@，直流@@-直流@@转换器@@@@必须精确且连续地控制充电电池的@@充电和放电@@，这需要先进的@@电力@@转换技术@@。给电网@@的@@电池充电和放电还需要两个独立的@@直流@@@@-直流@@转换器@@@@，每个方向一个@@，这就是另一个问题了@@。

直流@@-直流@@转换器@@@@在@@智能电网@@@@中的@@作用@@

在@@单个单元@@中双向交换直流@@电源的@@直流@@@@-直流@@转换器@@@@解决方案@@
TDK 的@@EZA 系列@@双向直流@@@@-直流@@转换器@@@@通过@@一个单元@@即可实现电池充电和放电所需的@@电力@@转换@@，从而@@解决了上述问题@@。

它们采用最新的@@数字控制技术@@，实现了先进功率转换这一具有挑战性的@@目标@@@@，在@@双向上都实现了高达@@ 94% 或更高@@的@@效率@@。EZA 系列@@还具有自@@动运行模式@@，可检测直流@@微电网@@@@的@@电压并自@@行确定转换方向@@，有助于稳定馈线网@@络的@@电压@@。此外@@，该系统还可以@@在@@不暂停直流@@@@-直流@@转换的@@情况下高速切换转换方向@@，即使在@@频繁切换时@@也能实现无缝@@、不间断的@@电力@@转换@@，最终为智能电网@@@@的@@部署提供支持@@。此外@@，过去需要两个单独直流@@@@-直流@@转换器@@@@的@@任务现在@@可以@@在@@一个单元@@中完成@@，从而@@节省空间和能源@@。

除了稳定直流@@供电外@@，EZA 系列@@还以@@多种其他方式与@@充电电池互操作@@，例如@@均衡功耗以@@及在@@停电期间提供备用电源@@。对于智能城市@@（智能社区@@）*2，即采用智能电网@@@@技术的@@下一代环保城市@@，它们是必不可少的@@先进双向直流@@@@-直流@@转换器@@@@。

同时@@也促进了再生能源@@在@@工业设备中的@@使用@@

除了智能电网@@@@@@，对于在@@一系列@@使用电机的@@工业设备中采用再生能源@@@@*3，如起重机@@、电梯@@、自@@动导引车和叉车等@@，EZA 系列@@也可以@@发挥核心作用@@。

负责@@ EZA 系列@@的@@@@ TDK-Lambda股份有限公司@@工程师@@@@ Hiroshige Yanagi 谈到@@了它的@@未来前景@@。“EZA 系列@@是@@双向直流@@@@-直流@@转换器@@@@系列@@@@，通过@@ TDK 的@@核心技术实现了世界高水平的@@功率密度和效率@@。通过@@将@@其与@@可再生能源@@@@和充电电池相结合@@，可以@@构建灵活@@、高度可扩展的@@系统@@。我们预计未来需求将@@呈增长趋势@@，产品阵容也将@@得到@@扩充@@。我们致力于通过@@@@EZA系列@@推动实现可持续发展的@@社会@@。”TDK 通过@@EZA 系列@@支持可再生能源@@@@的@@采用@@，为实现@@脱碳社会奠定基础@@，助力推动智能电网@@@@的@@部署@@。

Hiroshige Yanagi
工程师@@
研发部@@ 新能源系统部@@
TDK-Lambda股份有限公司@@

EZA 系列@@：绝缘型双向直流@@@@-直流@@转换器@@@@

EZA 系列@@是@@ TDK-Lambda 品牌下提供的@@紧凑式@@、薄型@@、高效双向直流@@@@-直流@@转换器@@@@系列@@@@，有多种型号可供选择@@。有关产品的@@更多信息@@，请访问产品中心@@。

术语@@
1. 直流@@微电网@@@@：也称为直流@@电源总线@@。指高压直流@@电源系统的@@公共部分@@。
2. 智慧城市@@（智慧社区@@）：一种区域能源管理形式@@（在@@本地生产和消费能源@@），利用智能电网@@@@技术将@@可再生能源@@@@@@、家用电器@@、充电电池和电动汽车@@相互连接@@，还结合了交通系统等@@。
3. 再生能源@@：一般是指从设备中回收后@@转化为电能再利用的@@剩余能量@@。

为实现@@RE100目标@@，村田再添两地@@100%使用可再生能源@@@@的@@设施@@

judy — Fri, 01 Apr 2022 01:17:56 +0000

近年@@来@@，因全球变暖而@@导致的@@海平面与@@气温的@@上升@@，以@@及异常气象的@@产生等已成为重大社会课题@@。为解决此类社会课题@@，以@@各企业级别努力促进再生能源@@的@@利用@@，实现可持续发展的@@社会则变得至关重要@@。为了实现@@RE100，村田制作所集团持续推行全集团事业活动中使用电力@@的@@可再生能源@@@@化@@@@。

株式会社村田制作所的@@生产子公司@@——株式会社仙台村田制作所从@@@@4月@@1日@@起@@，将@@把所有使用电力@@转换为可再生能源@@@@@@。

“港未来创新中心@@”是株式会社村田制作所在@@关东地区@@最大的@@研究开发据点@@，该中心从@@2022年@@3月@@1日@@起@@，已将@@所有使用电力@@转换为可再生能源@@@@@@@@。

RE100是一项由全球具有影响力的@@企业组成的@@合作倡议@@，旨在@@实现事业运营中使用电力@@的@@@@100%可再生能源@@@@化@@。RE100由来自@@多种领域的@@企业参加@@，总收入超过了@@6兆@@6000亿美元@@，通过@@在@@各种领域开展的@@活动@@，将@@加速向清洁经济转移的@@强有力信号传达给政策制定者和投资家等@@。RE100是由@@The Climate Group（气候组织@@）与@@CDP共同合作主办@@，同时@@也作为@@@@We Mean Business（全球商业气候联盟@@）的@@一部分在@@运营@@。在@@日@@本@@，自@@2017年@@以@@来@@，日@@本气候领导者伙伴关系@@（JCLP）作为@@RE100的@@官方地区@@合作伙伴@@，一直支持着日@@本企业的@@参与@@和活动@@。

仙台村田制作所从@@4月@@1日@@起@@转换为可再生能源@@@@后@@@@，预计将@@于@@2022年@@夏季左右导入株式会社金津村田制作所@@2021年@@10月@@采用的@@同类型蓄电池系统@@，以@@减轻对电力@@供给网@@的@@负担@@。各个据点因气象条件和生产项目等的@@不同@@，操作状况存在@@很大差异@@，村田将@@对不同操作状况下的@@系统运转状况进行分析和积累意见@@，努力开发可有效用于各制造@@据点的@@系统@@。

预计于@@2022年@@夏季导入的@@蓄电池系统概要@@（计划@@）

仙台村田制作所设立于@@2021年@@7月@@1日@@，主要事业内容为高频@@188足彩外围@@app （表面波滤波器@@）的@@开发@@、设计和制造@@@@，员工人@@数@@719人@@（截至@@2022年@@3月@@1日@@）。

村田制作所的@@港未来创新中心@@位@@于港未来@@21地区@@，为了在@@@@2030年@@之前实现伴随电力@@消耗而@@产生的@@二氧化碳的@@实质零排放@@，该中心使用了可减轻空调冷热负荷的@@隔热材料@@，并有效利用太阳能@@发电设备和蓄电设备等@@，一直以@@来致力于能源管理的@@高效化@@。该中心本次导入了横浜市和东京电力@@能源合作伙伴公司提供的@@@@“Hamakko电力@@”，将@@所有使用电力@@转换为可再生能源@@@@@@。通过@@使用具有环境价值的@@电力@@@@，面向脱碳化@@@@，村田将@@继续为实现@@横浜市提出的@@@@“零碳横浜@@”做出贡献@@。

“Hamakko电力@@”是由@@一般电力@@和主要从横浜市资源循环局焚烧工厂产生的@@环境价值组合而@@成的@@提供实质无二氧化碳电力@@的@@规划框架@@。

“零碳横浜@@”是横浜市的@@一项方针@@，将@@2050年@@之前的@@温室气体实质零排放@@（脱碳化@@）制定为温室效应对策的@@努力目标@@@@。

为了对解决全球社会课题做出贡献@@@@，村田制作所将@@@@“强化气候变化对策@@”设定为重要课题@@，一直在@@推行促进可再生能源@@@@导入的@@措施@@。开展事业运营时@@@@，努力实现全集团温室气体减排总量目标@@@@，在@@各事业所积极推进有助于促进节能化和可再生能源@@@@利用的@@措施@@。

村田制作所有关社会价值的@@经营目标@@@@

村田制作所今后@@也将@@继续促进国内和海外据点的@@可再生能源@@@@的@@利用@@，不断推进应对气候变化的@@措施@@。