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照明應(yīng)用的新趨勢:高強(qiáng)度氣體放電燈(HID)與發(fā)光二極管(LED)研究表明,在印度廣泛使用的傳統(tǒng)白熾燈泡消耗的電能占其國內(nèi)總能耗的 30%,合計(jì)高達(dá)8,000 至10,000 兆瓦。如果采用陰極管熒光燈(CFL)、高強(qiáng)度氣體放電燈(HID)和發(fā)光二極管(LED)則能節(jié)省 6,000 兆瓦的電能。CFL 燈可滿足家庭照明之用,但不能完全滿足所有照明需求。很多商業(yè)建筑和寫字樓、街道以及公園都要求更好的發(fā)光和聚光效果。采用HID 燈和LED 照明可滿足這種需求,同時能節(jié)省大量能源。
HID 燈是目前功效(以每瓦流為單位)效能最高的燈。HID 燈若要正常工作,需要有鎮(zhèn)流器提供適當(dāng)?shù)膯与妷汉碗娏?,激發(fā)放電,并為電弧持續(xù)發(fā)光提供能量。在鎮(zhèn)流器中使用DSC,能綜合提供恒定功率控制、電燈工作模式控制和燈泡使用壽命預(yù)測等多種功能。DSC通過采用能夠支持不同工作模式的內(nèi)置高分辨率脈寬調(diào)制(PWM)模塊,幫助靈活選擇最佳電源拓?fù)洹A硗?,將功率因?shù)校正(PFC)技術(shù)應(yīng)用于鎮(zhèn)流器不僅有助于降低傳導(dǎo)噪聲,而且提高了系統(tǒng)綜合效率??傊?,DSC 解決方案提供了一個通用平臺;用戶可對該平臺進(jìn)行優(yōu)化,以適應(yīng)不同類型的 HID 燈。
由于研發(fā)投入的加大,LED 的功效迅速提高,有望在短期內(nèi)超越 HID 燈。在所有照明解決方案中,LED 耐用性最高,使用壽命最長。而且,它還能用于可變色照明系統(tǒng)中。LED系統(tǒng)的使用壽命可達(dá) 50,000 小時甚至更長。當(dāng) LED 的光輸出降至原始值的 70%(L70)以下時,其使用壽命終止。為使 LED 的工作壽命達(dá)到最長,必須控制燈的工作電流和環(huán)境溫度??墒褂靡粋€ DSC 來執(zhí)行和控制多個 LED 恒流驅(qū)動電路,這在可變色應(yīng)用中大有用處。同一器件還能控制 PFC 輸入級。在對可靠性要求極高的應(yīng)用中,包括用于工業(yè)領(lǐng)域或戶外環(huán)境的應(yīng)用,可采用電子溫度管理作為機(jī)械熱保護(hù)的補(bǔ)充。
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利用 DSC 提高電源效率作為電信、消費(fèi)電子和計(jì)算機(jī)產(chǎn)品的有機(jī)組成部分,電源已經(jīng)從線性模式轉(zhuǎn)變?yōu)殚_關(guān)模式。開關(guān)電源(SMPS)的功效一般為 75%,其余電能都變成熱而浪費(fèi)掉了。如果將電源效率再提高 15% 到 18%,就能顯著提升節(jié)能效果。為此,必須利用零電壓轉(zhuǎn)換(ZVT)及同步整流與諧振轉(zhuǎn)換等高端開關(guān)技術(shù)來大大降低開關(guān)損耗。也可以購買分立式PWM 控制器或使用DSP 片外外設(shè)來實(shí)現(xiàn)這一功能,但這兩種方案的費(fèi)用更高。
最近對DSC 進(jìn)行了改進(jìn),使之包含一些適用于數(shù)字電源轉(zhuǎn)換應(yīng)用的高性能片內(nèi)外設(shè),能以一種低成本、高效益的方式實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)。專為高效電源應(yīng)用設(shè)計(jì)的 DSC 能為執(zhí)行控制循環(huán)軟件提供所需的速度,同時提供片上高分辨率 PWM 模塊來支持動態(tài)相移和軟開關(guān)功能。高速度、高分辨率 PWM 能夠降低變壓器及其他相關(guān)電感和電容的大小。內(nèi)置模擬比較器及采用異步采樣方式的參考數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)和模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC),都十分有利于電流模式控制。Microchip 專門用于開關(guān)電源(SMPS)以及數(shù)字電源轉(zhuǎn)換的dsPIC® DSC 系列可支持多種不同的電源拓?fù)?,并提供占空比分辨率達(dá)到 1 納秒的獨(dú)立 PWM??膳渲玫膬?nèi)部控制結(jié)構(gòu)能使 PWM、ADC 和比較器彼此直接交互,無須占用 CPU 帶寬。
除了提高效率以外,采用 DSC 的數(shù)字電源轉(zhuǎn)換方法還能為整個電源范圍提供單個控制器平臺。很多體積過大、功率過高的分立元器件都可以撤除,從而降低物料清單(BOM)成本并節(jié)省電路板空間。制造商也能受益于測試和維護(hù)成本的降低,使得用戶在實(shí)現(xiàn)更高電源效率的同時又得到了實(shí)惠。
使用永磁同步電機(jī),提升家電的“能源之星”評級
印度能源效率局(IBEE)正對家用電器強(qiáng)制實(shí)施“能源之星”評級計(jì)劃,旨在為消費(fèi)者在節(jié)能方面提供明智之選。采用“能源之星”評級的電器包括空調(diào)、洗衣機(jī)、電風(fēng)扇和冰箱等。在家電中使用永磁同步電機(jī)(PMSM)可以節(jié)能,因?yàn)檫@種電機(jī)可變速運(yùn)行以優(yōu)化性能,同時實(shí)現(xiàn)可靠而安靜的運(yùn)行。在采用 PMSM 的家電中,磁場定向控制(FOC)因無需位置傳感器而降低成本,同時節(jié)省了制造和維護(hù)成本。這是因?yàn)槲恢脗鞲衅鞯陌卜呕蚋鼡Q成本遠(yuǎn)高于傳感器本身的成本。FOC 使制造商能在成本略微增加的情況下生產(chǎn)出高效節(jié)能型家電,而消費(fèi)者在兩年內(nèi)就能收回這部分多出的成本。使用單片機(jī)/外設(shè)或?qū)S蠪OC ASIC 可以實(shí)現(xiàn)更為復(fù)雜的電機(jī)FOC 控制算法。DSC 是一種低成本替代方案并為上述應(yīng)用帶來多種優(yōu)勢,原因是電機(jī)控制外設(shè)與 DSP 資源都包含在同一個器件中。例如,dsPIC® DSC 電機(jī)控制系列具有 ADC 功能,能以 1 msps 的速率同時轉(zhuǎn)換 4 路輸入信號。ADC 具有多個觸發(fā)選項(xiàng),允許利用廉價(jià)的電流檢測電阻來測量電機(jī)相繞組電流。另外,dsPIC DSC 能在單塊芯片上執(zhí)行電機(jī)控制和有功PFC 算法,十分適合于必須使用清潔電力的應(yīng)用。
促進(jìn)可再生能源的利用:太陽能逆變器
太陽能逆變器在印度正受到越來越多的青睞。它提供一種選擇:既可以獨(dú)立運(yùn)轉(zhuǎn),又能并入現(xiàn)有電網(wǎng)。在分立式系統(tǒng)中,需要采用精密電子器件對電池有效充電,然后將電池中存
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儲的電荷轉(zhuǎn)化為 230 V AC,用于家庭照明和供暖。如果并入現(xiàn)有電網(wǎng),太陽能逆變器產(chǎn)生的多余電能就會饋入電站電網(wǎng),從而減少用戶的電費(fèi)。各種電源轉(zhuǎn)換(包括直流到直流和直流到交流)通常都在逆變器中完成。采用高性能片內(nèi)外設(shè)(如 PWM、ADC 和模擬比較器)的 DSC 的發(fā)展有助于電源轉(zhuǎn)換各個階段完成任務(wù)。DSC 所支持的高效高速開關(guān)功能有助于淘汰那些大個頭磁性元件及儲能元器件。另外,軟件中采用的數(shù)字控制循環(huán)具有自校正功能,因而能不受元器件公差影響。
總之,低成本 DSC 的功能可以完美迎合能源效率和清潔電力的需求。有了 DSC 的支持,數(shù)字電源控制技術(shù)如虎添翼,能以很低的成本實(shí)現(xiàn)很高的效率。