NE_1_2009.pdf

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.

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

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

НОВОСТИ ЭЛЕКТРОНИКИ №1, 2009

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

У правление питанием и сило-

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

НОВОСТИ ЭЛЕКТРОНИКИ №1, 2009

В условиях непрерывного удо-

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

(Т 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

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: