智能能源意味著電力生成，分配和消耗的智能水平。在某種程度上，這已被政府強加給公用事業(yè)公司，但它比單純的立法更加深刻。更廣泛的社會良知意味著它現(xiàn)在影響著各種形式和各個層面的權(quán)力處理。

越來越多地嵌入米，器具，機械甚至建筑物中的“智能”旨在幫助獲得能量控制下。不斷擴大的全球人口和有限的化石燃料，再加上利用這些資源對環(huán)境的負面影響，正在改變世界的能源格局。

可再生能源變得越來越重要。國際能源署最近發(fā)布的數(shù)據(jù)表明，能源生產(chǎn)和消費的關(guān)鍵領(lǐng)域如何進一步推動“巴黎協(xié)定”的目標(biāo)。電動汽車，太陽能光伏和陸上風(fēng)電場正在滿足當(dāng)前的預(yù)期，而其他舉措包括碳捕獲和儲存以及提高燃煤發(fā)電效率則不然。其他形式的可再生能源（如核電和儲能）的指標(biāo)顯示需要做出更多努力，如運輸，工業(yè)和家用電器和照明等消費應(yīng)用等終端市場也是如此。

能源效率低下是轉(zhuǎn)換階段，自然會產(chǎn)生損失，但正在開發(fā)的技術(shù)和技術(shù)可以幫助減少它們。該行業(yè)繼續(xù)向數(shù)字領(lǐng)域過渡，與純粹的模擬方法相比，它提供了更好的控制，靈活性和效率。由于這種轉(zhuǎn)變，越來越多的解決方案結(jié)合了一系列專門針對電源轉(zhuǎn)換的功能。

監(jiān)控能源使用

智能電表正在推出在許多國家，消費者可以更好地控制他們的能源使用，并幫助公用事業(yè)公司監(jiān)控需求，以確保他們只生產(chǎn)足夠的能源來滿足這種需求。公用事業(yè)公司越了解消費者的習(xí)慣，就越容易采用對環(huán)境負責(zé)的能源生產(chǎn)和分銷方法。雖然術(shù)語“智能電表”涵蓋了這個應(yīng)用領(lǐng)域，但它們的功能可能會有很大差異。有些人可能只是簡單地將數(shù)據(jù)傳遞回公用事業(yè)提供商，而其他人則可以讓房主全面了解他們的能源使用情況。

賽普拉斯半導(dǎo)體的FM4 S6E2Dx系列微控制器針對的是尋求開發(fā)系統(tǒng)的OEM可以連接智能電表并提供豐富的信息。它可以構(gòu)成家庭能源管理系統(tǒng)（HEMS）的核心，如圖1和圖2所示。它集成了ARM Cortex-M4F核心與圖形子系統(tǒng)，以及許多其他外圍設(shè)備，以支持有線和無線接口。

圖1：賽普拉斯半導(dǎo)體的家庭能源管理系統(tǒng)控制器為開發(fā)智能能源解決方案提供了完美的平臺。

圖2：賽普拉斯半導(dǎo)體的HEMS控制器，采用FM4 S6E2Dx微控制器。

在同一系列中，F(xiàn)M0 + S6E1A1系列針對能源管理進行了優(yōu)化不同的形式，電機控制。無刷直流電機（BLDC）和永磁同步電機（PMSM）的數(shù)字控制是能源管理領(lǐng)域，是優(yōu)化的關(guān)鍵。兩種類型的電動機都存在于越來越多的工業(yè)機器和消費電器中，并且一直是努力提高能效的主題。磁場定向控制（FOC）是一種使PMSM和BLDC的驅(qū)動和控制更加高效的技術(shù)，但它確實需要相對較高的處理能力。 FM0 + S6E1A系列非常適用于BLDC和PMSM電機的FOC，這些應(yīng)用完全受制造商賽普拉斯半導(dǎo)體公司設(shè)計指南的支持。

圖3：FM0 + S6E1A1集成了開發(fā)基于FOC的BLDC和PMSM電機控制解決方案所需的一切。

電源轉(zhuǎn)換

< p>雖然一些電器使用交流電源供電，但更多電器需要降壓和穩(wěn)壓直流電源，這使得開關(guān)模式電源（SMPS）的使用變得非常普遍。轉(zhuǎn)向數(shù)字控制使OEM能夠生產(chǎn)更小，更高效的SMPS，并繼續(xù)努力進一步提高這一關(guān)鍵領(lǐng)域的效率。

Microchip的dsPIC33F系列數(shù)字信號控制器（DSC）定位于智能電源轉(zhuǎn)換，提供動態(tài)控制和環(huán)路調(diào)整，預(yù)測控制環(huán)路算法以及針對不同功率級別的操作靈活性。這種級別的數(shù)字控制旨在消除對標(biāo)準(zhǔn)模擬控制回路的需求，同時提供更好的控制。調(diào)節(jié)由DSC上運行的軟件控制，支持用于非線性預(yù)測和自適應(yīng)控制的數(shù)字補償算法。簡而言之，電源能夠更好地處理輸入功率和負載的變化，以便在各種條件下以最佳效率運行。在這種情況下，DSC上運行的算法使用高速和高帶寬ADC以及高速PWM收集的反饋。 dsPIC33F上的PWM模塊能夠直接驅(qū)動所有常見的電源拓撲結(jié)構(gòu)，同時在處理內(nèi)核上執(zhí)行數(shù)字補償算法。

如圖4所示，dsPIC33F還能夠通過以下方式實現(xiàn)功率因數(shù)校正。 Boost-PFC算法，使用平均電流模式控制。通過計算整流輸入電壓，輸出電壓誤差補償器和電壓前饋輸出的乘積，以數(shù)字方式導(dǎo)出參考電流。即使在運行此應(yīng)用程序時，dsPIC33F也為其他應(yīng)用程序軟件提供了充足的處理空間。

圖4：dsPIC33F能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜的自適應(yīng)數(shù)字電源控制，并具有處理余量。

完全集成解決方案

轉(zhuǎn)換，分發(fā)和應(yīng)用程序作為一般部門有許多方面，但每個方面都有自己的特定變體。期望單個器件適用于所有這些區(qū)域可能是不合理的，但有一些解決方案可以接近。

一個這樣的例子是來自Active Semi的PAC5223，它是更廣泛的一部分電源應(yīng)用控制器（PAC）系列產(chǎn)品已針對新一波智能電器和設(shè)備進行了優(yōu)化（圖5）。它基于ARM Cortex-M0內(nèi)核，采用Active Semi的專有技術(shù)，包括多模電源管理器，專用電源驅(qū)動器和可配置前端。

圖5：PAC5233電源應(yīng)用控制器提供了令人印象深刻的集成功能，涵蓋了大多數(shù)電源轉(zhuǎn)換和管理應(yīng)用。

多模式電源管理器被描述為多種類型電源的“一體化”解決方案，具有多模式開關(guān)電源控制器，可用于降壓，SEPIC或AD/DC反激模式，以及處理多達四個線性穩(wěn)壓電源。專用功率驅(qū)動器包括能夠?qū)崿F(xiàn)半橋，H橋，三相和通用控制的高側(cè)和低側(cè)柵極驅(qū)動器。可配置前端包括電源應(yīng)用所需的所有模擬功能，包括可編程差分和單端增益放大器，數(shù)模轉(zhuǎn)換器和比較器。它還可以接受多個模擬輸入信號，甚至可以為傳感器輸入提供放大。

PAC系列解決的應(yīng)用非常廣泛，包括通用高壓系統(tǒng)控制器，家用電器，電動工具，電機控制器，LED照明控制器和不間斷電源。它還可用于太陽能微型逆變器以及廣泛的工業(yè)應(yīng)用。圖6顯示了典型的應(yīng)用程序。

圖6：典型應(yīng)用中的PAC52xx。

HYDRA-X23/X23S開發(fā)也支持PAC5223該平臺旨在支持開發(fā)電源應(yīng)用的工程師。與其名稱相同，開發(fā)套件接受不同的“頭部”以擴展其功能，而主套件（或“主體”）提供分線連接器，以便于訪問所有PAC5223的外圍設(shè)備。

結(jié)論

獲得關(guān)于電源的“智能”涉及盡可能遷移到數(shù)字控制。這種新的權(quán)力范例非常重要，政府正在制定立法，以確保在氣候遭受不可挽回的損害之前發(fā)生。

電子工程界通過采用所有適用的數(shù)字控制，在這次遷移中發(fā)揮著重要作用。的情況。半導(dǎo)體行業(yè)正在努力通過高度集成的設(shè)備和功能齊全的開發(fā)套件來實現(xiàn)這一目標(biāo)。

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