克服系统设计挑战 实现高效、节能、环保

克服系统设计挑战 实现高效、节能、环保

      在当前的电池解决方案中，除了增加电池体 积来获得更多能量之外，还可以拓宽电池的工作电压范围，以便释放更多的能量。例如使工作电压范围拓宽到从2.5V至4.325V。看起来这是个很好的想 法，但其实并不尽然。现今手机电池的最小输出电压约为3.2V至3.3V，因为RF PA或存储器芯片等外设器件仍然只能工作于3.2V或更高电压。如果电池工作电压降至2.5V，则需要使用外部升压方式将电池电压从2.5V提升至 3.3V。这会增加电路板面积并提高BOM成本。另一个考虑因素是升压转换器的效率，其典型值在80%左右。如果电池的工作电压范围拓宽，则可多获得 10%～15%的能量。整个系统实际可以多获取8%至12%的能量。
      能够为电池单元提供更大电量容量的其它新材料正处于研究之中，但是距离真正上市阶段仍然有很长的路要走。如何减小智能电话系统的功耗，仍然是所有电话制造商面对的挑战。
      飞兆半导体公司高级市场业务推广经理李文辉认为，在智能手机中，电源管理集成电路(PMIC)是非常关键的元件。通过使用先进的制造技术，PMIC已经能够 处理不同输出电压/电流要求中的更多电源轨。但是，处理3A以上的大电流输出电源轨并不容易。根据目前单独应用处理器(AP)或高级基带处理器(BB)的 发展，ARM平台中的多核应用成为主流。这些多核处理器工作于低电压和大电流(3A或以上)条件。处理器制造商还在工作电压控制中集成了节能技术。在轻负 载条件下，处理器工作于更低的Vin范围，以达到节能的目的，因而需要使用一个带有动态电压调节(DVS)的外部降压转换器。

      利用变速电机驱动器节省电力

      实现更大的节能始终是电源管理的一个重大挑战。在诸如泵、空调、冰箱、洗衣机、电梯和传送机等各种应用中的电机，几乎消耗了地球上一半以上的电量。大多数这 样的设备都由感应电机运行，因为它们采用是低成本机电驱动器，仅能以全速或者不运行两种方式控制电机，因此将消费大量电能。当采用永磁同步电机 (PMSM)时，可以很方便地转为变速运行模式，从而尽可能多地节省电力。
      变速驱动器额外的优势还包括更低的声音和电噪声，以及更低的振动水平。在一些例子中，可以采用带有开/关驱动的更小型、更大功率的电机。精确控制电机的能力也允许设计者采用新的特点或性能，从而对市场上的产品进一步的细分。
      IR 亚太区销售副总裁潘大伟表示，设计人员非常希望在下一代应用中采用变速电机驱动器。但与传统的开/关通用电机相比，变速电机需要更精密的驱动和控制电路， 并要增加设计工艺的复杂性。因此，我们需要一种新的方法，利用变速电机驱动设计和运行，降低成本、时间和风险。为满足这些需求，国际整流器公司(IR)开 发了适用于电机控制应用的iMOTION平台。iMOTION为设计者提供与IP和软件工具相兼容的硬件模块功能，这些工具可以迅速整合起来创建一个专用 的变速电机驱动。
      设计的核心是一个整合了一个称为运动控制引擎(MCE)的IP模块的专用控制IC，它采用了在硬件中进行闭环控制所需的所有控制元件，因此省去了产品设计者 进行软件开发的责任。支持空间矢量PWM和电机电流反馈接口的运动硬件外设以及用于并行多回路控制的流量控制逻辑也可以单片执行。在逻辑硬件中还包括闭环 速度控制和闭路电流控制的同步执行。设计者可以快速的优化IC，以适应所选电机的参数和采用PC软件工具的其它系统参数，提供一个配置内部寄存器的界面。

      工业类嵌入式产品的低功耗需求

      随着半导体技术和相关应用水平的迅速提高，近几年，在工业类嵌入式应用中，低功耗也逐渐成了一个普遍要求。除了传统的工业手持式设备，如手持式测试类仪器， 手持式人机交互设备，一些新兴的应用，如楼宇自动化，家庭智能化，智能电网，金融终端等应用也越来越多地将低功耗纳入设计需求。飞思卡尔中国区32位 MCU FAE团队负责人张瑞介绍说，飞思卡尔半导体Kinetis系列微处理器就是一款针对工业类嵌入式的32位微处理器。它是全球第一款采用最新ARM Cortex-M4内核的芯片。这款采用Cortex-M4内核的Kinetis微处理器系列在低功耗方面实现了突破。