NE_1_2009.pdf

(1868 KB) Pobierz
391061663 UNPDF
СОДЕРЖАНИЕ
№1 (65), 2009 г.
ОБЗОРЫ
Информационно-технический
журнал.
СИЛОВАЯ ЭЛЕКТРОНИКА
Силовая электроника – территория энергосбережения
Андрей Агеноров .......................................................................................................3
Учредитель – ЗАО «КОмпэл»
Решения IR для построения регулируемых электроприводов
энергосберегающей техники
Константин Староверов ............................................................................................4
Издается с 2005 г.
От микрокомпьютера к приводу – интегрированные решения
для приводов двигателей
(ON Semiconductor) Гвидо Реммери, Питер Кокс ....................................................6
Свидетельство о регистрации:
пИ № ФС77-19835
Редактор:
Геннадий Каневский
vesti@compel.ru
Выпускающий редактор:
Анна Кузьмина
IRS2158D и IRS2530D – современные микросхемы электронных
балластов
(International Rectifier) Евгений Звонарев ................................................................9
Высоковольтные драйверы мощных светодиодов
(International Rectifier) Евгений Звонарев ..............................................................12
Редакционная коллегия:
Андрей Агеноров
Алексей Гуторов
Евгений Звонарев
Сергей Кривандин
Валерий Куликов
Александр Райхман
Борис Рудяк
Игорь Таранков
Илья Фурман
НОВИНКИ
АНАЛОГОВЫЕ МИКРОСХЕМЫ
INA333 – инструментальный усилитель с нулевым дрейфом
(Texas Instruments) Дмитрий Цветков ....................................................................15
Формирование аналоговых интерфейсов в цифровых системах управления
(Maxim Integrated Products) Анатолий Андрусевич ...............................................18
DSP
Дизайн, графика, верстка:
Елена Георгадзе
Владимир писанко
Евгений Торочков
Применение DSP семейства TMS320C64xx в высокопроизводительных
VoIP-приложениях (Texas Instruments) Алексей Назаров .....................................20
СРЕДСТВА РАЗРАБОТКИ
Распространение:
Анна Кузьмина
Новинки отладочных средств для тракта цифровой обработки
сигналов Texas Instruments
Владимир Бродин ...................................................................................................26
Электронная подписка:
www.compeljournal.ru
В СЛЕДУЮЩЕМ НОМЕРЕ
Отпечатано:
«Гран при»
г. Рыбинск
БРЕНД НОМЕРА – STMicroelecTronicS
Микроконтроллеры ST8
Инерциальные датчики
Новинки линейки Viper
Корректоры мощности
Драйверы LED
Тираж – 1500 экз.
© «Новости электроники»
Подписано в печать:
12 января 2009 г.
Если вы хотите предложить интересную тему для статьи в следующий номер журнала –
пишите на адрес vesti@compel.ru с пометкой «Тема в номер».
НОВОСТИ ЭЛЕКТРОНИКИ №1, 2009
1
391061663.050.png 391061663.051.png 391061663.052.png 391061663.053.png 391061663.001.png 391061663.002.png 391061663.003.png 391061663.004.png
 
ОТ РЕДАКТОРА
Уважаемые
читатели!
Есть несколько сухих, на пер-
вый взгляд, цифр, над которы-
ми стоит задуматься. эти цифры
взяты мною из отчета органи-
зации «Гринпис» по проблеме
энергосбережения в России.
«при сжигании 1 кг нефтя-
ного эквивалента в нашей стра-
не производится товаров и услуг
на сумму 1,9 доллара, тогда как
среднемировой показатель со-
ставляет 4,7 доллара.
Ежегодное производство топ-
ливно-энергетических ресурсов
(ТэР) в России составляет около
1400 миллионов тонн условного
топлива (тут), из которых около
900 млн тут (64%) приходится на
внутреннее потребление.
Большая часть вырабатывае-
мой энергии (около 45%) потре-
бляется в структурах топливно-
энергетического комплекса
(ТэК). На втором месте сто-
ят промышленность и строи-
тельство (около 25%). На долю
ЖКХ приходится порядка 20%,
на сельское хозяйство и транс-
порт – чуть более 10% потребля-
емой энергии.
при этом 35-47% всего объе-
ма получаемой энергии тратится
впустую. Согласно данным, при-
веденным в энергетической стра-
тегии России до 2020 г., потен-
циал энергосбережения в нашей
стране оценивается в 360-430
млн тут. В нефтяном эквивален-
те это составляет 230-250 млн.
т, что сравнимо с объемом всей
экспортируемой из России неф-
ти и нефтепродуктов».
В той экономической ситуа-
ции, в которой мы встретили но-
вый 2009 год, продолжать рас-
точительно относиться к энергии
нельзя. Главным потребителем
энергии в силовой электрони-
ке является электропривод, на
втором месте стоит освещение.
Именно этим двум точкам при-
ложения усилий по энергосбере-
жению посвящена тематическая
часть первого номера нашего
журнала за 2009 год.
Как вы заметили, внешний
вид журнала изменился. Изме-
нится и содержание: мы также
включились в борьбу за энергос-
бережение. В нашем случае это
сбережение энергии наших чита-
телей – разработчиков электро-
ники – затрачиваемой на поиск
рекомендуемых схемотехниче-
ских решений на базе новых
компонентов. материалов прак-
тической направленности ста-
нет больше. мы также решили
усилить обратную связь с чита-
телями: отныне в каждом номе-
ре журнала, на первой странице,
будут публиковаться темы ста-
тей ближайших номеров и адрес
электронной почты, по которо-
му можно предложить свою тему
публикации.
Как всегда, ждем ваших пи-
сем с предложениями и замеча-
ниями.
С уважением,
Геннадий Каневский
2
НОВОСТИ ЭЛЕКТРОНИКИ №1, 2009
391061663.005.png
ОБЗОРЫ
СИЛОВАЯ ЭЛЕКТРОНИКА
Андрей Агеноров (КОМПЭЛ)
СИЛОВАЯ ЭЛЕКТРОНИКА –
ТЕРРИТОРИЯ
ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ
Энергосбережение, в соответствии с экономической ситуацией, ста-
новится во главу угла большинства разработок в электронике. По просьбе
редакции журнала директор компании КОМПЭЛ Андрей Агеноров делится
своими мыслями о важности этого принципа в силовой электронике.
В компании КОмпэл, как уже было
упомянуто, направление компонентов си-
ловой электроники и управления питани-
ем имеет ярко выраженный приоритет.
Что это означает? Опыт работы с номен-
клатурой силовых компонентов практиче-
ски совпадает с временем работы компа-
нии на рынке: буквально с первых дней
работы компании мы продаем силовые
компоненты. поэтому наши инженеры
и менеджеры лучше всего ориентируют-
ся именно в этой номенклатуре. поэтому
самые сильные и опытные инженеры в
нашей компании – «силовики», и они от-
вая электроника – одна из
самых инновационных и ди-
намичных областей совре-
менного производства электронных
компонентов. причина этого очевидна:
стремление производителей найти мак-
симально эффективные решения с точ-
ки зрения энергопотребления. Именно
энергопотребление в огромном количе-
стве приложений становится ключевым
фактором конкуренции. производите-
ли компонентов силовой электроники и
управления питанием с каждым годом
инвестируют в разработки все больше и
больше средств, стремясь максимально
эффективно использовать каждый мил-
ливатт электроэнергии.
Если посмотреть на долю компонен-
тов силовой электроники в общем объеме
производимых в мире полупроводников,
она окажется не так уж высока – око-
ло 10 процентов. В России это соотноше-
ние, кстати, выглядит по-другому: до 25
процентов потребляемых компонентов –
силовые. Связано это со структурой
рынка – у нас нет или почти нет произ-
водства компьютеров и бытовой электро-
ники, зато самый большой сектор – ин-
дустриальный, где «вес» силовой части
максимален в сравнении с другими при-
ложениями. этот факт, в свою очередь,
является главной причиной ярко выра-
женного приоритета силового направле-
ния в бизнесе компании КОмпэл.
По данным аналитиков, более половины электричества – 51% –
«утекает» в электропривод, 19% – в освещение, 16% – в обогрев и
охлаждение и 14% – во все прочие устройства.
Вернемся, однако, к ключевой мис-
сии силовой электроники – энергосбе-
режению. эта миссия обретает очень
четкие и внушительные черты, если
посмотреть на структуру потребления
электроэнергии. Куда растекается «ве-
ликая река» всего производимого в мире
электричества?
по данным аналитиков (рис. 1),
более половины – 51% – «утекает» в
электропривод, 19% – в освещение,
16% – в обогрев
и охлаждение и
14% – во все про-
чие устройства.
Вывод о том, ка-
кие именно ком-
поненты опреде-
ляют «правила
природопользо-
вания» на этой
территории, оче-
виден. это и есть
карта территории,
на которой разво-
рачивается борьба
за эффективность
и с п о л ь з о в а н и я
энергоресурсов,
за конкурентные
преимущества.
ветят на любой или почти на любой во-
прос разработчика. мы проводим боль-
шое количество семинаров и тренингов,
посвященных разнообразным аспектам
силовой электроники, публикуем множе-
ство разнообразных технических статей
по этой тематике. До 33% (треть!) всей
нашей номенклатуры поставок составля-
ют компоненты силовой электроники и
управления питанием от признанных все-
ми производителей: Texas Instruments,
International Rectifier, SEMIKRON,
Maxim, ST Microelectronics, NXP,
OMRON, Hitachi, Sumida. Со всеми пе-
речисленными производителями у нас
установлены официальные дистрибью-
торские отношения, включающие полный
спектр инженерно-технической поддерж-
ки. Таким образом, со всеми предприяти-
ями, разрабатывающими и производящи-
ми электропривод, сварочные аппараты,
частотные преобразователи и источники
питания, у нас точно есть территория со-
трудничества, где мы сможем минимизи-
ровать время разработки и создать важ-
ные конкурентные преимущества.
Рис. 1. Мировое распределение энергоресурсов
Получение технической информации,
заказ образцов, поставка –
e-mail: power.vesti@compel.ru
НОВОСТИ ЭЛЕКТРОНИКИ №1, 2009
3
У правление питанием и сило-
391061663.006.png 391061663.007.png 391061663.008.png
СИЛОВАЯ ЭЛЕКТРОНИКА
ОБЗОРЫ
Константин Староверов
РЕШЕНИЯ IR ДЛЯ ПОСТРОЕНИЯ
РЕГУЛИРУЕМЫХ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ
ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩЕЙ ТЕХНИКИ
В статье рассматривается одно из передовых решений для построения
регулируемых электроприводов бытовой техники - платформа для проекти-
рования iMotion от компании International Rectifier.
рожания энергоресурсов и,
в частности электроэнергии,
производители бытовой тех-
ники ожидают рост спроса на ту про-
дукцию, которая при несущественном
ценовом отличии будет предлагать воз-
можность ощутимой экономии электро-
энергии. Только заменой нерегулируе-
мого электропривода на регулируемый
в такой домашней технике, как стираль-
ные машины, холодильники и кондици-
онеры, можно добиться снижения энер-
гопотребления до 30%. Однако, если
в результате такой модернизации рост
цены окажется существенным, то скорее
всего на массовое восприятие рынком
энергоэффективной продукции вряд ли
можно будет надеяться. Выход – поиск
недорогих, но эффективных решений
управления электродвигателями (эД).
За последние годы появилось множе-
ство решений, упрощающих разработку
цифрового тракта системы управления
электродвигателем, однако разработчи-
ки нуждаются в элементной базе и ин-
струментальных средствах, упрощаю-
щих разработку еще одного не менее
важного тракта – силового каскада.
производителимикроконтроллеровне-
мало сделали для удешевления устройств
управления эД. Яркий пример – появ-
ление DSC-микроконтроллеров, кото-
рые сочетают возможности DSP- и RISC-
процессоров и, кроме того, интегрируют
специальные устройства для управления
эД, в том числе многоканальные широтно-
импульсные мо-
дуляторы с воз-
м о ж н о с т я м и
синхронизирован-
ной работы, проти-
вофазнымивыхода-
ми, возможностями
программирования
паузы неперекры-
тия противофаз-
ных выходов и др.
Однако, несмотря
на доступность для
таких микрокон-
троллеров большо-
го числа примеров
программ и реко-
мендаций по при-
менению, процесс
их имплементации
может оказаться затратным по времени.
Альтернативное решение, которое
под силу быстро освоить даже нович-
кам, разработала компания International
Rectifier. Идея этого решения – интегра-
ция в состав микроконтроллера не только
каналов ШИм, но и всей логики управ-
ления эД на аппаратном уровне. Таким
образом, полностью исключается необ-
ходимость разработки кода программы,
реализующего алгоритмы управления
вращающим моментом и частотой враще-
ния эД. Более того, данные микрокон-
троллеры являют-
ся представителями
интегрированной
платформы для
проектирования
iMOTION, в кото-
рую также входят
завершенные моду-
ли силового каска-
да (модули IPM ) и
ряд инструменталь-
ных средств, по-
зволяющих после
ввода параметров
системы получить
готовый проект.
На рисунке 1
показан пример
применения про-
дукции iMOTION
для построения контроллера стиральной
машины [1]. Его основными элемента-
ми являются ИС цифрового управления
и силовой модуль IPM. ИС цифрово-
го управления состоит из трех блоков:
8-битный 8051-совместимый микрокон-
троллер, 16-битный блок управления
движением (блок MCE) и блок аналого-
вой обработки (блок ASE) для измере-
ния токов, напряжений и температуры.
Всего в семейство ИС цифрового управ-
ления IRMCF3xx входит пять предста-
вителей, ориентированных на различные
области применения (см. таблицу 1). Тот
факт, что многие ИС IRMCF3xx имеют
возможность управления двумя эД и од-
ним каскадом коррекции коэффициента
мощности (ККм) и при этом содержат
программируемый микроконтроллер, де-
лает предложение IR беспрецедентным.
Важно обратить внимание, что блок
MCE ориентирован на совместную ра-
боту с конкретным типом двигателя –
синхронный эД на постоянных магни-
Идея решения International
Rectiier – интеграция в состав
микроконтроллера не только
каналов ШИМ, но и всей логи-
ки управления электродвига-
телем на аппаратном уровне.
Таким образом, полностью
исключается необходимость
разработки кода программы,
реализующего алгоритмы
управления вращающим мо-
ментом и частотой вращения
электродвигателя.
Рис. 1. Модуль IPM и ИС цифрового управления компании IR на примере контроллера стиральной
машины
4
НОВОСТИ ЭЛЕКТРОНИКИ №1, 2009
В условиях непрерывного удо-
391061663.009.png 391061663.010.png 391061663.011.png 391061663.012.png 391061663.013.png 391061663.014.png 391061663.015.png 391061663.016.png 391061663.017.png 391061663.018.png 391061663.019.png 391061663.020.png 391061663.021.png 391061663.022.png 391061663.023.png 391061663.024.png 391061663.025.png 391061663.026.png 391061663.027.png 391061663.028.png 391061663.029.png 391061663.030.png 391061663.031.png 391061663.032.png 391061663.033.png 391061663.034.png 391061663.035.png 391061663.036.png 391061663.037.png
ОБЗОРЫ
СИЛОВАЯ ЭЛЕКТРОНИКА
Таблица 1. Микроконтроллеры IR для управления ЭД
Основная
область
применения
Наименование
Возможности
управления
Аналоговые блоки
Ввод/вывод
Последо-
вательные
интерфейсы
Корпус
Кондицио-
неры
IRMCF312*
IRMCK312
2 эД
1 каскад ККм
11 каналов х 12-бит, АЦп, оконный
компаратор, схемы POR, UVLO**
36 цифровых линий в/в
1 вход захвата, 4 таймера
RS232 x 2
I 2 C/SPI
QFP100
Кондицио-
неры
IRMCF311
IRMCK311
2 эД
1 каскад ККм
6 каналов х 12-бит, АЦп, оконный
компаратор, схемы POR, UVLO
14 цифровых линий в/в
1 вход захвата, 4 таймера
RS232 x 2
I 2 C/SPI
QFP64
Компрессоры
IRMCF343
IRMCK343
1 эД
1 каскад ККм
5 каналов х 12-бит, АЦп, оконный
компаратор, схемы POR, UVLO
23 цифровых линий в/в
1 вход захвата, 4 таймера
RS232
I 2 C/SPI
QFP64
Стиральные
машины
IRMCF341
IRMCK341
1 эД
8 каналов х 12-бит, АЦп, оконный
компаратор, схемы POR, UVLO
24 цифровых линий в/в
1 вход захвата, 4 таймера
RS232
I 2 C/SPI
QFP64
Вентиляторы
и насосы
IRMCF371
IRMCK371
1 эД
4 канала х 12-бит, АЦп, оконный
компаратор, схемы POR, UVLO
13 цифровых линий в/в
1 вход захвата, 4 таймера
RS232
I 2 C/SPI
QFP48
Примечание: *IRMCF содержат ОЗУ программы 48 кбайт и ОЗУ данных 8 кбайт, а IRMCK – 56 кбайт однократно-программируемого
пЗУ и 8 кбайт ОЗУ данных;
**POR – сброс при подаче питания, UVLO – блокировка при снижении напряжения.
тах (PMSM) и реализует достаточно
сложный алгоритм управления, кото-
рый не требует использования датчи-
ков положения и опирается на контроль
тока с помощью одного токоизмеритель-
ного шунта. Для выполнения данного
алгоритма блоку MCE требуется около
11 мкс. Именно благодаря этому, по-
является возможность управления тре-
мя системами одновременно (два эД и
один каскад ККм), что позволяет су-
щественно снизить стоимость управ-
ляющей электроники, например, кон-
диционера, который оснащается двумя
эД – вентилятора и компрессора.
помимо упрощения аппаратной части,
применение ИС IRMCF3xx практически
избавляет разработчика от необходимо-
сти вникать в особенности цифрового
управления эД и позволяет сосредото-
читься на реализации прикладных функ-
ций автоматики, управления, индика-
ции и т.п. Взаимодействие встроенного
восьмибитного мК с блоком MCE осу-
ществляется через общий блок памяти
(двухпортовое ОЗУ), где хранятся кон-
фигурационные параметры и перемен-
ные. Для вычисления всех необходимых
для конфигурации блока MCE констант
IR предлагает специальные инструмен-
ты. первый инструмент – электронная
таблица, которая после введения пара-
метров электродвигателя и технических
характеристик системы вычисляет кон-
фигурационные данные. Другой – про-
грамма MCEDesigner, которая позволяет
передать конфигурационные данные из
пК во встроенный микроконтроллер.
Однако, основная часть проблем под-
жидает разработчика на этапе разра-
ботки и интеграции силового каскада,
образуемого силовым инвертором (на
мОп- или IGBT-транзисторах), высоко-
вольтной ИС драйвера затворов и эле-
ментами контроля тока и температуры.
Если вести разработку силового каска-
да «с чистого листа» на основе дискрет-
ных компонентов, то основные проблемы
будут связаны с обеспечением требова-
ний к электромагнитной совместимости и
тепловым режимам, так как данные ха-
рактеристики зависят не только от пара-
метров используемых дискретных компо-
нентов, но и от паразитных элементов,
свойственных каждой конкретной реали-
зации. Например, ошибки в трассировке
проводников, соединяющих слаботочные
и сильноточные общие цепи или подклю-
чающих диоды формирователей напряже-
ния управления затворами транзисторов
верхнего уровня, могут привести к увели-
чению генерируемого электромагнитного
шума и потерям мощности. Кроме того,
при разработке силового каскада необхо-
димо позаботиться об эффективном рас-
положении элементов контроля тока и
температуры. Наконец, даже если успеш-
но справиться со всеми перечисленными
трудностями, прогнозировать поведение
такого силового каскада (в частности тем-
пературу переходов силовых полупрово-
дников) в различных рабочих условиях
(частота и скважность ШИм-сигнала,
рабочие напряжение и ток) можно толь-
ко экспериментально, что затягивает про-
цесс проектирования. многие данные
проблемы решает еще один представи-
тель платформы iMotion компании IR –
модули IPM IRAMxx [2],[3]. IRAMxx —
гибридные модули, которые интегрируют
все перечислявшиеся ранее компоненты
силового каскада и, кроме того, поддер-
живают функции защиты от токов корот-
кого замыкания и перегрева. Таким обра-
зом, инженеру-разработчику достаточно
выбрать наиболее подходящий к задан-
ным условиях применения модуль и по-
добрать для него теплоотвод. Однако и
здесь не все так просто. Сложности воз-
никают из-за того, что ключевые параме-
тры модуля (максимальный ток и потери
мощности) зависят от частоты коммута-
ции. Кроме того, влиять на тепловые ре-
жимы можно также применением более
сильноточных модулей, чем требуют ре-
альные условия применения. Таким обра-
зом, существует объективная потребность
в инструменте, позволяющем сделать обо-
снованный выбор силового модуля и оце-
нить температуру перехода силовых по-
лупроводников в наихудших режимах
работы. Таким инструментом является
IPM WB Design Tool, доступный в он-
лайн режиме на сайте IR ( www.irf.com ).
Данный инструмент позволяет выполнить
три вида анализа:
• влияние частоты коммутации на
максимальный ток эД;
• влияние частоты коммутации на
потери мощности от одного до трех вы-
бранных модулей IRAMxx;
• сравнительный анализ потерь мощ-
ности (P) и температуры корпуса (T C ).
последний вид анализа позволя-
ет сформировать требование к тепло-
отводу, а именно – к его тепловому
сопротивлению R TH , которое при из-
вестных окружающей температуре
А ) и тепловом сопротивлении «кор-
пус модуля – теплоотвод» (R TH(C-S) )
обеспечивает требуемый для надеж-
ной работы модуля тепловой режим:
R TH = (T C – T A )/P – R TH(C-S) .
Наконец, последнее, что необходимо
отметить: при оценке стоимости силово-
го каскада необходимо учитывать и стои-
мость теплоотвода, т.к. из приведенного
выше выражения следует, что при про-
чих равных условиях более слаботочный
модуль будет требовать более громозд-
кий теплоотвод. Таким образом, оконча-
тельный выбор модуля IPM необходи-
мо осуществлять, исходя из стоимости и
размеров конечного решения.
Литература
1. Murray A. Sensorless Motor
Control Simplifies Washer Drives//
Power Electronics Technology, June
2006. – P.14-21.
2. Башкиров В. IRAMxx – интел-
лектуальные силовые IGBT-модули для
электропривода широкого применения//
Новости электроники, №7, 2007 г. — стр.
14-17.
3. Староверов К. Новое поколение
модулей IRAM//Новости электроники,
№18, 2008 г. – стр.12-16.
Получение технической информации,
заказ образцов, поставка –
e-mail: power.vesti@compel.ru
НОВОСТИ ЭЛЕКТРОНИКИ №1, 2009
5
391061663.038.png 391061663.039.png 391061663.040.png 391061663.041.png 391061663.042.png 391061663.043.png 391061663.044.png 391061663.045.png 391061663.046.png 391061663.047.png 391061663.048.png 391061663.049.png
Zgłoś jeśli naruszono regulamin