德州仪器具有集成DAC和4-20mA输出的驱动器，以及超低功耗的微控制器MSP430。这些芯片能让你进行更低成本、更低功耗的传感器方案设计。

　　全球领先的高级半导体和解决方案的供应商—瑞萨电子(中国)有限公司首次参展于2013年3月4日至6日在广州举办的2013广州国际工业自动化技术及装备展览会(SPS-Industrial Automation Fair Guangzhou)。 本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/142694.htm 　　广州国际工业自动化技术及装备展览会是为工业自动化行业打造的世界领先的商贸平台。作为半导体芯片及解决方案的全球领军企业，瑞萨电子携其最新产品及解决方案首次参加本届业界盛事，通过为广大客户提供最优质的产品和服务,展示瑞萨领先的技术实力，开拓新商机。 　　世界工业控制领域的通信协议已经由现场总线技术向工业以太网技术发展。工业控制领域的主要巨头纷纷发布了工业以太网系统产品，引领着技术发展。瑞萨电子作为工业控制领域里名列世界第一的客户定制SoC芯片供应商，设计并生产了支持工业以太网几大标准的工业以太网从站通讯芯片。本次展会上，瑞萨电子将向业界展示3款工业以太网控制产品。 　　TPS-1是单芯片PROFINET的接口元件，集成了CPU，支持最新PROFINET协议的双口交换机、以太网PHY和外围接口。TPS-1是应用于PROFINET基础技术领域的小型器件，确保器件间的互联互通性，并支持PROFINET2.3版本。 　　R-IN32M3-CL是工业以太网通信用芯片，它由R-IN32引擎、CC-Link IE Field从控制器、内部RAM和外围器件组成。今年3月开始提供样片。作为一款可以支持多个以太网协议的芯片，同时也是市场上唯一支持CC-Link IE Field的芯片,受到业界广泛关注。 　　R-IN32M3-EC是支持EtherCAT等多协议的工业以太网通信用芯片，通过实时OS硬件加速处理与硬件通信协议处理一体化的“R-IN32引擎”，实现了超高速、实时和低功耗通信。今年3月开始提供样片。 　　瑞萨电子以市场为导向，以高效的研究开发能力、良好的设计开发平台环境及全方位的制造技术为基础，秉承“扎根中国、服务中国”的理念，通过为广大客户提供优质的节能环保产品及完美解决方案，力争成为中国工业控制领域可信赖的合作伙伴。 交换机相关文章:交换机工作原理

单片机的应用主要有： (1)工业控制。单片机可以构成各种工业控制系统、数据采集系统等。如数控机床、自动生产线控制、电机控制、测控系统等。 (2)仪器仪表。如智能仪表、医疗器械、数字示波器等。 (3)计算机外部设备与智能接口。如图形终端机、传真机、复印机、打印机、绘图仪、磁盘/磁带机、智能终端机等。 (4)商用产品。如自动售货机、电子收款机、电子秤等。 (5)家用电器。如微波炉、电视机、空调、洗衣机、录像机、音响设备等。 (6)消费类电子产品。 (7)通讯设备和网络设备。 (8)儿童智能玩具。 (9)汽车、建筑机械、飞机等大型机械设备。 (10)智能楼宇设备。 (11)交通控制设备。

引 言 　　单片机应用于工业控制等方面时，经常要将电流、电压、温度、位移、转速等模拟量转换成数字量，然后在单片机内作进一步运算和处理，完成相应的数据存储、数据传输和数据输出，达到分析和控制的目的。随着大规模集成电路的不断发展，很多单片机都有内置A／D模块，因此，单片机的A／D转换可以用内置A／D模块也可以用外置A／D电路完成，现谈谈单片机A／D转换的工作原理及优缺点，并分析提高A／D转换精度的方法。 　　1 A／D转换的工作原理及优缺点 　　(1)单片机片内A／D转换 　　单片机片内A／D转换是利用单片机的内置A／D模块，通过选择不同的模拟量通道进行A／D转换。可以将模拟量直接输入到单片机对应的输入脚，外围电路简单。转换后的数据直接保存在片内寄存器中，数据提取方便。但大多数单片机的内置A／D模块只有8位和10位，无法进行高精度的A／D转换，原理如图1所示。 　　(2)单片机片外A／D转换 　　单片机外置A／D转换是单片机通过一定的逻辑电路控制外置A／D转换电路进行A／D转换，外围电路相对复杂。单片机将转换结果通过一定的时序读取到单片机中，按要求通过选择A／D转换电路，可以实现高精度的A／D转换(可以达到14位、16位、22位甚至更高)，原理如图2所示。 　　2 提高A／D转换精度的方法 　　要提高A／D转换的精度，选用高精度的外部A／D转换器当然可以达到要求，除此之外，有没有其他方法呢?答案是肯定的。以下介绍几种利用片内A／D转换模块提高转换精度的方法。 　　①以采集电压为例，假设需要采集0．0～400．0 V直流电压，单片机A／D模块的基准电压VREF+取5．0 V，VREF-取0 V，需要采集的电压经过衰减，变成0．0～5．0 V，连接电路如图3所示。显然，如果要达0．1 V的精度，则A／D转换的分辨率必须小于1／4000，而片内A／D模块一般为10位，分辨率仅为1／1 024，达不到要求。由于模拟量(O～400V电压)输入大多不是稳定值，会有波动，为了得到更高精度的数据，可以将多次采集的数据累加后再取平均值(其实即使分辨率达到要求的A／D转换也要经过累加再取平均值，以得到更稳定的数据)。如果每间隔一定时间采集的10位数据为Di，取64个这样的数据累加后再除以16，就可以得到12位的数据D，即 　　这时D的分辨率是1／212=1／4 096。这样，就得到了更高精度的数据。 上一页 1 2 下一页

　　在台湾自动化相关产业的发展历程中，工具机产业扮演着相当重要的角色，在2005年时，台湾就是全球第五大工具机生产国，年产值超过3000亿台币。而目前急于自我提升以摆脱受限于劳动力问题的台湾电子业，其实将会是台湾自动化产业中，数量庞大的潜在客户群，相信在鸿海的带头下，应该会有越来越多大厂回台设立无人工厂。而在需求增加的情况下，各种自动化生产设备的价格将有机会降低，进而使其更为普及，形成良性循环。 本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/141780.htm 　　自动化产业的核心技术在于工业控制器，然而，目前台湾所需的高阶控制器产品大多由国外厂商所垄断;国内产品在精度等级及稳定性等各方面，较国外先进大厂仍有若干差距。 　　自动化控制系统是整合电机、电子、感测、资讯、控制等各项专业领域的知识与技术所构建组成的系统设备，虽然台湾在上述个别领域并不缺乏优秀人才，但在跨学科教育则相对弱势，这也是为何核心技术多半掌握在国外厂商手中的塬因。因此，如何发展自主的控制器技术，将会是健全机、电跨产业体系，填补产业技术缺口，并使相关产业根留台湾的重要因素之一。 　　可喜的是相关单位，像是工研院多年来透过许多科技专案之研发而累积的产业技术能量与人才扩散，发挥了带头的作用，使得台湾自动化设备的控制器与工具机业者得以在台湾形成一个重要的聚落。同时，亦协助业者提升产品附加价值，强化整体产业之竞争力。 　　而在学术界，台湾大学的智慧型机器人与自动化研究中心，则带头整合跨五个学院系所，协同20多位系所专任教授来从事智慧型机器人及自动化领域的研究。这一切的努力，将成为自动化产业强而有力的发展基础。 　　除此之外，就未来无人工厂的人力需求 (此领域的人力需求不再是低阶的劳力操作工，而是必须能够看守这些自动化设备，写指令修改或控制整体系统的高阶人才) 而言，目前台湾的大学教育实际操作训练课程太少，使得未来可能会产生无人工厂欠缺设备控制的专业人才，而这也是在人才培育上必须未雨绸缪之处。

单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统。尽管它的大部分功能集成在一块小芯片上，但是它具有一个完整计算机所需要的大部分部件：CPU、内存、内部和外部总线系统，目前大部分还会具有外存。同时集成诸如通讯接口、定时器，实时时钟等外围设备。而现在最强大的单片机系统甚至可以将声音、图像、网络、复杂的输入输出系统集成在一块芯片上。 单片机也被称为微控制器(Microcontroller)，是因为它最早被用在工业控制领域。单片机由芯片内仅有CPU的专用处理器发展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。INTEL的Z80是最早按照这种思想设计出的处理器，从此以后，单片机和专用处理器的发展便分道扬镳。 早期的单片机都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8031，因为简单可靠而性能不错获得了很大的好评。此后在8031上发展出了MCS51系列单片机系统。基于这一系统的单片机系统直到现在还在广泛使用。随着工业控制领域要求的提高，开始出现了16位单片机，但因为性价比不理想并未得到很广泛的应用。90年代后随着消费电子产品大发展，单片机技术得到了巨大的提高。随着INTEL i960系列特别是后来的ARM系列的广泛应用，32位单片机迅速取代16位单片机的高端地位，并且进入主流市场。而传统的8位单片机的性能也得到了飞速提高，处理能力比起80年代提高了数百倍。目前，高端的32位单片机主频已经超过300MHz，性能直追90年代中期的专用处理器，而普通的型号出厂价格跌落至1美元，最高端的型号也只有10美元。当代单片机系统已经不再只在裸机环境下开发和使用，大量专用的嵌入式操作系统被广泛应用在全系列的单片机上。而在作为掌上电脑和手机核心处理的高端单片机甚至可以直接使用专用的Windows和Linux操作系统。 单片机比专用处理器更适合应用于嵌入式系统，因此它得到了最多的应用。事实上单片机是世界上数量最多的计算机。现代人类生活中所用的几乎每件电子和机械产品中都会集成有单片机。手机、电话、计算器、家用电器、电子玩具、掌上电脑以及鼠标等电脑配件中都配有1-2部单片机。而个人电脑中也会有为数不少的单片机在工作。汽车上一般配备40多部单片机，复杂的工业控制系统上甚至可能有数百台单片机在同时工作!单片机的数量不仅远超过PC机和其他计算的综合，甚至比人类的数量还要多。

数字/二进制传感器和开关对信号监测和系统控制至关重要，广泛用于工业控制、工业自动化、电机控制和过程自动化。所有传感器的输出都需要被中央处理单元检测和监测。为实现这一目的，通常利用可编程逻辑控制器(PLC)数字输入模块中的两个高功率电阻分压器检测传感器输出电压。为隔离每路传感器通道，需要使用独立的光耦。根据复杂度的不同，一个系统常常要使用多个光耦(图1)。 图1：传统工业传感器监测系统原理图，其中电阻分压器和光耦用于监测和检测传感器输出至系统PLC的信号。 在这种传统架构中，电阻分压器消耗的功率较大，形成电路板(PCB)“热点”，要求设计支持高温工作以及增加散热器。热点甚至会降低系统可靠性。此外，对于高通道数量的模块，多光耦设计增加系统成本和功耗，浪费宝贵的电路板空间。显而易见，紧凑而简单的隔离数字输入接口将有利于工业生产。 简化PLC的数字输入 集成能够满足这一要求。说出来容易做出来难!首先，增加通道输入，扩展系统容量，但仍使接口保持简单。现在，转而考虑数字串行化，并寻求省去隔离用光耦的途径。使用可配置的限流以降低功耗(见图4)。改善检错功能，使同一简单接口上的数据传输非常可靠。集成以上这些特性，使数字输入功能更加完善而可靠，产生的热量更少、功耗更低，节省空间，并且成本大幅降低，这就是目标。 隔离数字输入接口设计的实现 以上设计目标的解决方案就是Corona隔离子系统参考设计，该设计使用了数字输入转换器/串行器和数字隔离器。Corona设计提供PLC数字输入模块的前端接口电路，支持高压输入(最高36V)，电源和数据隔离——全部集成在90mm×20mm小尺寸封装中。该设计集成八通道数字输入电平转换器/串行器、六通道数据隔离器和用于隔离电源设计(如果现场无电源)的H桥变压器驱动器。我们进一步讨论该设计的硬件和软件。 硬件说明 Corona输入模块如图2所示，系统框图见图3。 图2：Corona参考设计电路板(MAXREFDES12#)。 图3：数字输入子系统参考设计框图。 隔离器相关文章:隔离器原理 上一页 1 2 下一页

　挑战 　　目前国内外基于电机模型建立的控制策略在电机的低速脉动、高速弱磁、稳定性和输出转矩一致性等方面还存在诸多问题。为了能更好的解决电机的低速转矩脉动的问题，本文建立了引入逆变器死区时间的电机模型，逆变器死区时间很短并且IGBT的开关过程还存在延时和滞后的问题，为了能够准确的捕捉死区时间引起的电压波形畸变，要求数据采集卡有很高的采样率，除此之外，为了使研究结果更加精确，需要板卡具有较高的信噪比以及有效位。综上所述，在死区时间引起的电压波形畸变的研究中，需要一块高采样率、高精度以及高信噪比的板卡以满足对信号捕捉的要求。 　　解决方案 　　首先对死区效应进行分析，针对仿真结果提出一种减小死区时间引起电压波形畸变的方法，通过应用具有16位高分辨率A/D转换器并且同步采样采样率高达16MS/s的数据采集卡PCI-9846H配合电流传感器、电压传感器、转矩仪、电机及其控制器、测功机等设备完成车用电机试验平台的搭建，通过凌华公司提供的LABVIEW相关驱动程序进行上位机数据采集系统的开发设计，通过对电压、电流、转矩、转速信息的采集与分析，对本文提出的减小死区时间对输出电压波形畸变的方法进行了验证，试验结果基于PCI-9846H的数据采集系统具有高采样率和高采样精度，能够满足本文对死区时间引起的电压波形畸变信号捕捉的要求，同时本文提出的改进方法，能够很好的改善电压的输出波形，进而能够减少死区时间对电机在低速工况时性能的影响 　　引言 　　电机驱动系统是电动汽车的核心部分［1-2］。按所使用电机的类型可以分为直流电机驱动系统和交流电机驱动系统［3］，而交流电机驱动系统中，感应电机容易被接受，使用较广泛，永磁同步电机由于其本身的高能量密度与高效率，具有比较大的竞争优势，应用范围日益增多。 　　为了满足整车动力性能要求，电机驱动系统要有较高的动态性能，目前比较成功的控制策略包括：基于稳态模型的变频变压控制（VVVF）、基于动态模型的磁场定向控制（FOC）以及直接转矩控制（Direct Torque Control——DTC）。其中直接转矩控制是在矢量控制基础之上发展起来的，其主要优点是：摒弃了矢量控制中的解耦思想，直接控制电动机的磁链和转矩，并利用定子磁链定向代替了矢量控制中的转子磁链定向，避开了电动机中不易确定的参数（转子电阻等）识别。目前国内外的永磁同步电机的数学模型只是基于中线不接出三相对称绕组条件下，引入转子磁链、定子漏抗、及各绕组的互感而建立的，忽略了轴承及其他杂散损耗以及PWM波等因素对电机的影响，因此基于该电机模型建立的控制策略在电机的低速脉动、高速弱磁、稳定性和输出转矩一致性等方面还存在诸多问题［5］。为了能更好的解决直接转矩控制下电机的低速转矩脉动的问题，本文建立了引入逆变器死区时间的电机模型，通过对死区时间的产生和作用机理进行分析，得出引起输出电压波形畸变以及相位变化的关键影响因子，针对仿真结果提出一种减小死区时间引起电压波形畸变的方法，通过应用PCI-9846H、电流传感器、电压传感器、转矩仪、电机及其控制器、测功机等设备完成车用电机试验平台的搭建，上位机通过LABVIEW编写数据采集系统，通过对电压、电流、转矩、转速信息的采集与分析，对本文提出的减小死区时间对输出电压波形畸变的方法进行了验证。 　　1.逆变器死区时间的研究 　　1.1逆变器死区时间产生机理 　　对于永磁同步电机驱动而言，在IGBT正常工作时，上下桥臂是交替互补导通的。在交替过程中必须存在上下桥臂同时关闭的状态，确保在上/下桥臂导通前，对应的互补下/上桥臂可靠关断，这段上下两个桥臂同时关断的时间称为死区时间。针对目前市场上IGBT的调研发现，逆变器死区时间一般为3～7μs［6］。在电机工作在一定转速以上时，由于基波电压足够大，死区效应对基波电压影响较小，所以不为人们所重视；但电机工作在低速时，基波电压很小，死区效应对基波电压影响相对较大，死区时间越长，逆变器输出电压的损耗越大，电压波形的畸变程度也会变大，除此之外死区时间还会影响输出电压的相位，使PWM波形不再对称于中心，造成电机损耗增加，效率降低，输出转矩脉动等。图1所示为死区时间产生的机理以及对输出电压的影响，其中V为理想的PWM电压输出波形，Ua-为负母线电 　　压，Ua+为正母线电压，v为误差电压，Ia为输出电流。 　　 　　图1 死区效应 　　由图1所示，可以发现误差电压具有以下特征［7］： 　　1） 在每个开关周期内均存在一个误差电压脉冲； 　　2） 每个误差电压脉冲的幅值均为Ud； 　　3） 每个误差电压脉冲的宽度均为Td； 　　4） 误差电压脉冲的极性与电流极性相反； 　　尽管一个误差电压脉冲不会引起输出电压太大的变化，但是一个周期内总的误差电压引起的电压波形的畸变就比较严重，下面就对半个周期内误差电压对输出电压波形的影响进行分析。 　　1.2死区时间引起输出电压波形畸变的分析 　　利用平均电压的概念［8］，假设载波频率非常高，不含电流在一个载波周期内过零的情况，则半个周期内误差电压脉冲序列的平均值为： 　　 　　 　　图3所示为fc=4kHz，M=0.8时，输出电压随着不同的功率因数角的变化曲线图，可以看出功率因数角越高，死区时间对输出电压的影响越小。当死区时间比较短时，功率因数角的改变对输出电压的影响不大，当Td=7μs时，增大功率因数角可以减小电压波形的畸变，但是增大功率因数角会减小功率因数，影响电机的效率，在功率因数角的设计中需要综合考虑这两方面。 　　 　　由以上分析可知，当载波频率一定时，死区时间引起电压波形畸变的程度受电压调制比的影响，当电压调制比较低时，死区时间对输出电压波形畸变会相对增大，这也正是引起电动汽车在低速转矩脉动的因素之一。从另一方面来看，提高电压调制比可以在一定程度上抑制波形畸变，图5所示为改进的控制框图，通过转速传感器检测电机的运行状态，当电机低速运行时，减少电池输出的直流母线电压，从而提高电压调制比，来减小死区时间对输出电压的影响，通过上述控制调节电池的输出电压，将电压调制比控制在一个较高的范围，从而减少死区时间引起的电压波形的畸变。 　　2．基于PCI9846H的数据采集系统设计 　　2.1硬件设计与实现 　　2.1.1 电压传感器、电流传感器、转矩仪的选型及特性分析 　　驱动电机系统的工作电压和电流范围比较大，从几十伏（安）到上千伏（安），这就要求电压和电流传感器不仅要有良好的绝缘性，还要将输入信号和输出信号完全隔离，同时，传感器的响应时间也应优先考虑。试验台上驱动电机转速与转矩的测量需要转矩仪有很好的输出信号的稳定性和重复性。结合电机试验的要求，本文从传感器的量程、精度以及动态响应时间方面考虑，分别选择电压传感器CV 3-500，电流传感器LF 505-S，转矩仪F1i S，其特性如表1所示。 　　 　　2.1.4 数据采集卡 　　本论文的研究对数据采集卡提出了很高的要求，由上文可知，死区时间一般为3～7μs，实际中IGBT的开关过程有延时和滞后，以东芝公司的MG25N2S1型25A/1000V IGBT模块为例，其电压上升和下降时间分别为0.3μs和0.6μs，为了能够真实的捕捉死区时间引起的电压波形畸变，工程中用到的采样率通常为信号中最高频率的6-8倍，这就要求数据采集卡的采样率至少要达到10MS/s。 　　试验平台采用凌华公司生产的PCI-9846H高端数据采集卡，这是一款4通道同步并行采集，每通道采样率高达16MS/s的多功能数据采集卡，该采集卡具有4个同步单端模拟输入和16位的高分辨率A/D转换器，同时PCI-9846H在总谐波失真（THD）、信噪比SNR、无杂散动态范围（SFDR）等方面性能能够满足本文对试验精度的要求。此外，板载512M Byte内存，作为数据暂存空间，可以延长连续采集的时间，其数据传输方式采用DMA的方式，无需CPU直接控制传输，也没有中断处理方式那样保留现场和恢复现场的过程，通过硬件为RAM与I/O设备开辟一条直接传送数据的通路，使CPU的效率大为提高，提高了数据采集的实时性和动态响应特性，该数据采集卡能够满足本文对采样率和精度的研究要求，其主要特性如表2所示。 　　 　　本文所研究的信号的频率较高，因此需要板卡有足够的带宽满足相应的研究要求。PCI-9846H-3dB-3dB带宽为20MHz，能够满足本文对频谱分析的要求，此外板卡的系统噪声在±1V时仅为5.0LSBRMS，其在±1V时的频谱特性如图6所示。 　　 　　2.1.5 信号调理电路 　　从传感器得到的信号大多要经过调理才能进入数据采集设备，信号调理功能包括放大、隔离、滤波、激励、线性化等。由于不同传感器有不同的特性，因此，除了这些通用功能，还要根据具体传感器的特性和要求来设计特殊的信号调理功能。 　　本系统所用的信号调理板主要实现两方面的功能： 　　（1）实现传感器信号的低通滤波。信号进入计算机前必须要经过低通滤波，本文由信号调理板采用RC低通滤波器来实现。 　　（2）对信号进行转换。对于模拟信号，PCI-9846H数据采集卡只能接收-5V~+5V的电压信号，而霍尔电压传感器输出的信号为（0~10）V的电压信号，霍尔电流传感器输出的信号为（0~100）mA的电流信号，所以必须加入信号调理板对传感器输出的信号进行转换。 　　由以上硬件的选择确定本系统的硬件拓扑结构如图7所示，图8所示为试验现场布线图。 　　 　　2.2基于LABVIEW的系统软件设计 　　LABVIEW集数据采集、仪器控制、工业自动化等众多功能于一身，为图形化虚拟仪器的开发提供了最佳的平台［9］。本文用LABVIEW进行数据采集系统上位机软件的编制，完成数据采集的任务： 　　（1） 对试验环境和测试电机的信息进行登记； 　　（2） 测试项目的选择以及试验前的标定； 　　（3） 对数据进行计算，存储以及屏幕显示等。 　　在使用PCI-9846H板卡之前需要安装板卡驱动，图9所示为安装好了板卡驱动之后，在设备管理器会看到相应硬件设备的增加。与此同时，为了能够应用LABVIEW进行上位机数据采集系统的开发，需要安装DAQPilot中支持LABVIEW的板卡驱动程序。除此之外，在LABVIEW中使用该板卡进行数据采集之前必须通过DAQMASTER为该块板卡进行相关的初始化工作，其中包括缓存区大小的设置，通道名称的设置等初始化工作，图10-11显示了利用DAQMASTER对PCI-9846H进行相关的初始化工作。 　　 　　 　　 　　在试验中，对于电量和非电量信号采集之前都选择静态标定的方法对其进行标定，其中对于控制器输入电压/电流以及控制器输出电压/电流利用PCI-9846H板卡的四个通道进行同步采集。在转矩/转速测量时，虽然转矩仪输出的是频率信号，但是本文按照模拟量对其进行采集，通过在程序中对输入信号的处理计算出信号的频率从而能够得到相应的转矩和转速值，这样可以在程序中减少一部分代码量提高程序的执行效率同时利用板载同步时钟保证转矩/转速采集的同步性。 　　2.3试验结果分析 　　本文利用基于PCI-9846H的数据采集系统完成了对电机电量与非电量的采集，图16所示为直流母线电压电流与交流电压电流动态数据波形，图17和图18分别显示了改进前后电流的输出波形以及转矩的输出波形。 　　 　　试验结果表明基于PCI-9846H的数据采集系统具有高采样率和高采样精度，能够满足本文对死区时间引起的电压波形畸变信号捕捉的要求，对采集数据的分析表明本文所提出的根据电机的工作状态调节直流母线电压保持电压调制比在较高的范围内的方法能够很好的改善电流与转矩的输出波形，特别是在电机低速工况时效果尤为明显，进而能够减少死区时间对电机在低速工况时性能的影响。 作者信息： 吕晨光，宋强，靳建波（北京理工大学，机械与车辆学院，北京，100081） 　　参考文献 　　［1］孙逢春，程夕明。电动汽车动力驱动系统现状及发展［J］。汽车工程，2000．022（004）．220～224，229. 　　［2］翟丽。电动汽车交流感应电机驱动控制系统及其特性研究［D］。北京理工大学：2004 　　［3］C.C.Chan，K.T.Chau. Modern Electric Vehicle Technology. UK： Oxford University Press， 2001 　　［4］宋强。电动车辆动力驱动系统测试平台设计开发及试验研究［D］。北京理工大学：2004. 　　［5］董玉刚。电传动履带车辆永磁同步电机控制技术研究［D］。北京理工大学：2010 　　［6］Choi.J.W， “Inverter output voltage synthesis using novel dead time compensation”，IEEE 　　Transaction on Power Electronics， Vol.11:221-227， 1996. 　　［7］刘明基等。逆变器死区时间对永磁同步电动机系统的影响［J］。微特电机，2001.3:12-15. 　　［8］章建锋。死区时间对输出电压的影响分析［J］。电力电子技术，2007.8:31-33. 　　［9］顾进超。车辆电传动试验台数据采集系统的开发［D］。北京理工大学：2004 电流变送器相关文章:电流变送器原理 电流传感器相关文章:电流传感器原理

作者：德州仪器 (TI) 电源管理组产品营销经理Rich Nowakowski和应用工程师兼技术员组成员Robert Taylor 图1 集成MOSFET的开关式（降压）转换器图2 集成、宽输入电压线性稳压器 线性稳压器已存在了许多年。一些设计人员仍然把已存在了20多年之久的线性稳压器用于众多新老项目。另一些设计人员则通过离散组件制作出属于自己的线性稳压器。在进行宽范围电压转换时，线性稳压器的简单性是一个难以超越的优势。但是，如果压降过大，则24V总线的低电流应用（例如：工业应用或者HVAC控制等）可能会遇到热问题。幸运的是，设计人员现在有许多选择，可以使用小型、高效、宽输入电压开关式稳压器。 本文将对24V总线、100mA和5V输出的三种不同解决方案进行比较。我们把一个同步降压转换器与一个集成线性稳压器和一个离散线性稳压器进行对比。通过比较它们的尺寸、效率、散热性能、瞬态响应、噪声、复杂度和成本，帮助广大设计人员选择最能满足某个特殊应用要求的解决方案。 比较条件大多数工业应用都使用24V总线，并要求5V电压来驱动各种负载，例如：逻辑和低电流微处理器等。我们选择100mA的输出电流，原因是它可适应许多逻辑和处理器负载。但是，功耗水平会影响我们使用开关式稳压器还是线性稳压器的决定。图1、2和3所示电路均建立在相同电路板基础上，并使用相同额定值的1µF输入和4.7µF输出陶瓷电容器。 图1所示设计使用一个具有集成MOSFET的同步降压转换器，即德州仪器的TPS54061。注意，该电路并不要求使用一个保护二极管，但却包含了1个电感、5个电容器和4个电阻器。该器件还使用了外部补偿，并使用与图2和图3所示线性电路一样的输入和输出电容器。 图2所示设计使用了一个集成、宽输入电压线性稳压器，即德州仪器的LM317，它是一种具有1.5A输出能力的流行工业标准稳压器。该电路使用2个外部电阻器和2个外部电容器。输入和输出电压的巨大差异，要求双decawatt封装（DDPak）的低热电阻。 图3显示的是一个离散线性稳压器，它使用一个晶体管和一个齐纳二极管，并有2个外部电容器和4个外部电阻器。5.6V下时，齐纳二极管损坏，该电压被馈给NPN晶体管的基极。由于存在基极-发射极压降，输出被调节至~5 V。外部电阻器用于帮助降低NPN晶体管的功耗。 表1概括了这类设计的板面积和组件数目。线性稳压器解决方案要求使用更多的板面积来缓解电路板上的热问题。全负载下时，所有线性稳压器解决方案的功耗都必须达到约2W。一般而言，1平方英寸板面积内，1W左右的功耗会带来100°C的温升。按照设计，线性稳压器解决方案仅允许40°C的温升。如果不考虑外部组件的数目以及补偿反馈环路和选择电感的大量设计工作，在板面积有限时，同步降压转换器无疑是理想选择。 散热性能图4所示热图像表明了这类电路板设计的温升情况。这样设计电路板的目的是，让所有电路均不会干扰相邻电路的散热性能。表2表明，开关式稳压器具有低温升，其温度为11°C。输入和输出电压之间存在巨大差异时，相比线性电路，同步整流开关式稳压器的效率表现优异。（参见表3）有趣的是，我们注意到，集成线性电路的温升不同于离散线性电路。由于集成线性稳压器的封装（DDPak）更大，因此它的散热所分布面积也更大。使用SOT-23和SOT223封装的离散线性电路比DDPak小，并拥有更高的封装功耗额定值，从而让散热更加困难。 图3 离散线性稳压器 表1 板面积和组件数目概括表表2 散热性能总结表 图4 每种电路的发热情况（白色表示最高温度） 表3 效率和功率损耗总结表图5 效率与负载电流的关系曲线图 图6 功耗与负载电流的关系曲线图 效率比较散热性能直接与每种稳压器的效率有关。图5显示了所有三种电路的效率比较情况。正如我们所预测的那样，在轻负载和全负载效率两方面，开关式稳压器均表现优异。在轻负载下，开关损耗和静态电流损耗更加明显，其解释了更轻负载下效率较低的原因。轻负载下时，最好是查看功耗曲线图（图6），而非效率曲线图，因为10mA下50%的效率差异看似为一个较大的余量。但是，负载消耗的电流较小。当输入电压为24V而输出电流为10mA时，开关式稳压器的功耗为2.8mW，集成线性稳压器的功耗则为345mW。在全负载条件下，开关式稳压器的测得功耗为0.093 W，而线性稳压器则为2.06W，其表明余量较宽并且性能获得明显改善。 表3总结了所有三个电路的效率和功耗。注意，离散线性电路的静态电流小于集成线性电路。相比离散线性电路，集成线性稳压器内部电路的功耗更高，并拥有更多的功能。 输出电压特性模拟电路对电压纹波敏感，而数字处理器则对内核电压的精度敏感。应查看电源的电压纹波、电压调节精度以及负载瞬态期间的电压峰值偏差，这一点很重要。线性稳压器本身的纹波较低，可用于消除开关式稳压器的噪声。在最大负载条件下，集成和离散线性稳压器电路的电压纹波均小于10mV。以输出电压百分比表示时，精度应大于0.2%。另一方面，开关式稳压器的电压纹波为75mV，即输出电压的1.5%。开关式稳压器的陶瓷输出电容器的低等效串联电阻特点，使这种电路的纹波较低，但存在开关式稳压器的固有噪声。 比较空载到全负载时开关式稳压器和线性稳压器的输出电压精度表明，开关式稳压器拥有更高的性能。进一步查看产品规格表，我们可知道，开关式稳压器的基准电压是三种电路中精度最高的。开关式稳压器是一种相对较新的集成电路，并且DC/DC转换器正朝着更高的基准电压精度发展。离散线性电路使用一种更加简单的方法来调节输出电压，其性能最低。在许多情况下，由于调节后输出电压为5V，许多应用不需要高电压精度。 图7到图9显示了负载瞬态曲线图。尽管开关式稳压器拥有高输出电压精度，但其在负载瞬态期间测得的峰值到峰值电压并没有线性电路好。50mA到100mA负载步进期间，开关式稳压器的测得峰值到峰值电压为250mV，即输出电压的5%，而线性电路则为40mV。我们可以为开关式稳压器添加更多输出电容，以降低电压峰值，但是代价是成本和尺寸的增加。注意，离散线性电路的设计目的并非是恢复负载瞬态期间的输出电压。另外，简单电路无法实现限流或者热关断保护功能！ 图7 负载瞬态期间的开关式稳压器 图8 负载瞬态期间的集成线性稳压器 图9 负载瞬态期间的离散线性稳压器 表4总结了三种稳压器设计的输出电压特性。 表4 输出电压特性总结表 成本比较这些电路中使用的大多数外部组件均为小型、无源电阻器和电容器，成本不超过0.01美元。三个电路中成本最高的组件是硅。所有三个材料清单（BOM）的费用（如表5所示），均收集自10000颗批发建议销售定价的美国销售渠道。正如我们所看到的那样，线性稳压器解决方案的成本远低于开关式稳压器。不幸的是，开关式稳压器要求使用一个外部电感，其费用约为0.10美元，但它所带来的效率提高和尺寸缩减值得我们为此多给钱。集成和离散线性稳压器的成本差异仅为0.06美元！单是保护功能就能证明集成线性稳压器相比离散线性稳压器的优势所在。 表5 BOM成本总结表 结论有许多电源管理解决方案可供设计人员选择，但需根据具体应用需求来选择最佳的解决方案。那些能够降低能耗和节省板空间的电源管理解决方案，使设计人员让其产品具备更加差异化的特性，并在市场上表现出对用户的吸引力。相比线性电路，同步降压转换器的效率更高，板空间更节省。如果某个设计必须实现最低的成本，则可使用离散线性电路，但其性能最低，并且还存在许多潜在问题，例如：散热和缺少保护功能等。 表6总结了所有三种稳压器设计的特性，帮助设计人员为某种具体应用选择最佳解决方案。 表6 24V输入5V/100mA稳压器特性

　　本文介绍了RS－485通信卡方式的特点、使用方法以及在实际中求用VB5编程实现微机与单片机通信的方法和应注意的问题。 　　在工业控制领域，数据采集与传输是经常性的工作，RS-485协议通信由于采用差分方式接收，对共模干扰抑制能力强，故广泛应用于工业控制领域。 　　实现RS-485通信的两种方法 　　智能仪表是随着80年代初单片机技术的成熟而发展起来的，现在世界仪表市场基本被智能仪表所垄断。究其原因就是企业信息化的需要，企业在仪表选型时其中的一个必要条件就是要具有联网通信接口。最初是数据模拟信号输出简单过程量，后来仪表接口是RS232接口，这种接口可以实现点对点的通信方式，但这种方式不能实现联网功能。随后出现的RS485解决了这个问题。 　　微机标准通信适配器满足RS-232C协议标准，在波形畸变小于10%的条件下，最大传输距离为50英尺（约15.24米），最高传输速率小于20kbps，无法满足工业现场数据较远距离和较高速率传输的要求。微机要实现RS-485协议通信可以采用两种方法：第一种是采用RS-232C与RS-485转换接口装置；第二种是采用RS-485通信卡，插在微机主板扩展槽上。采用第一种方法的优点是硬件装置安装简单，软件编程相对简单；缺点中通信速率仍然限制在20kbps以内（RS-232C协议的限制）。第二种方法的优点是通信速率较高，可达921.6kbps；缺点是通信卡需安装在微机扩展槽上，软件需安装通信卡的驱动程序及进行必要的设置。 　　RS-485通信卡的特点和连接方式 　　RS-485通信卡的通信波特率由50bps至921.6kbps可选；通常每卡有两个通信口，各支持32个节点，共64个节点；软件环境支持DOS、WINDOWS95、WINDOWS NT。通信联接方式可以采用点对点半双工方式、点对点全双工方式、多点半双工方式和多点全双工方式。 　　RS-485通信卡的应用 　　安装驱动程序 　　RS-485通信卡随卡带有驱动程序，第一次使用通信卡时须首选安装驱动程序，设置通信卡的I/O地址、中断号、通信口号等内容，以后系统运行时无需再次设置。 　　VB通信软件的特性 　　本例通信软件是采用VB5.0在WINDOWS95平台下实现的，数据以随机文件的形式存放。由于WINDOWS不支持对系统I/O端口的直接访问，因此在WINDOWS下实现串行通信的简便方法就是利用VB提供的通信软件MSComm。MSComm软件中几个最重要和最常用的属性是：CommPort 设置或返回通信端口的编号；其格式为：MSComm.Comm Port=n，其中no 1～99中的任何整数值。若这个端口不存在，当用PortOpen属性打开端口时，就会产生错误。 　　Settings设置或返回波特率、数据位、停止位等参数。例如：MSComm1.Settings=”9600,N,8,1″ 　　其中等号右边的参数中，每一部分表示通信波特率。第二部分为校验方式，N表示不校验；E表示偶校检；O表示奇校验；S表示空格校验；M表示符号校验。第三部分为数据位数。最后是停止位位数。 　　PortOpen设置或返回通信口的状态，若为TRUE，打开通信口；若为FALSE，则关闭通信口。 　　Input从接收缓冲区取出并返回字符串。 　　Output向发送缓冲区写入字符。 　　InBuffSize设置或返回接收缓冲区字节值。 　　InputLen设置或返回从缓冲区读字符串时每次读出的字符串个数；若设置InputLen为0， 则读缓冲区时，一次读出整个缓冲区内容。 　　结语 　　RS-485通信卡以其具有较高的通信速率（921kbps）、较强的抗干扰能力和较低的价格，在工业控制领域具有较强竞争力，极具实用价值。笔者将RS-485通信卡成功地应用于微机与单片机数据采集系统的串行通信，微机侧采用VB编制通信及数据处理软件，单片机侧采用汇编语言编程。VB中采用CHR（）函数进行数据转换是微机与单片机实现16进制数据通信的关键。 数字通信相关文章:数字通信原理 通信相关文章:通信原理