越來越多的企業(yè)和個人正在尋找減少能源足跡和增加可再生能源使用的方法。我們應該關注哪里才能產生最大的影響？

全球超過 65% 的電力用于為工業(yè)環(huán)境、商業(yè)建筑和個人住宅中的電動機和電源供電。根據我們的數(shù)據世界，60%來自燃燒煤炭和天然氣，只有10%來自可再生能源。智能變頻數(shù)字電機控制可降低能耗25%以上。智能數(shù)字電源控制可以最大限度地提高太陽能和風能生產的效率，并最大限度地減少最高能耗的電源消耗。在本文中，我將介紹智能控制應用的一些趨勢，以及智能控制如何降低能耗和提高可再生能源效率的示例。

智能電機控制

空調（圖1）是電網的主要用電者。雖然具體的能效標準因地區(qū)而異，但所有設計都需要實施先進的電機控制和功率因數(shù)校正 （PFC） 算法，以實現(xiàn)目標額定值并滿足功率因數(shù)規(guī)格。

控制空調中的每個電機（壓縮機、冷卻風扇）可能需要一個頻率高達 20 kHz 的控制回路。另一方面，PFC通常需要高達50 kHz的工作頻率。因此，為了可靠地實現(xiàn)多個高頻控制環(huán)路，微控制器（MCU）必須能夠快速高效地處理計算，并且延遲很小。

圖1：空調系統(tǒng)框圖

用于空調系統(tǒng)的MCU需要多個模數(shù)（ADC）和脈寬調制（PWM）通道，并具有與開關事件同步的靈活性，并獨立采樣和控制兩個逆變器和PFC電路中的每一個。模擬比較器和PWM毛刺消除對于電力電子保護是必要的。

對于國際電工委員會60730的要求，用于空調的MCU還將提供時鐘保護，包括兩個精度優(yōu)于1%的片上振蕩器，以及看門狗和時鐘故障檢測電路。

用于空調的數(shù)字交錯式 PFC 雙電機控制參考設計提供了單個 64 引腳 C2000

TMS320F2800137 MCU 的硬件和軟件示例，該 MCU 以 >97% 的效率控制壓縮機和風扇電機，數(shù)字交錯式 72 kHz 升壓 PFC 級提供 >96% 的功率效率（圖 2），以及許多常用的系統(tǒng)和通信功能。

圖 2：空調參考設計中 PFC 轉換器的功率效率

由于 C40 實時 MCU 架構的優(yōu)化，可以消耗低至 30 KB 的閃存和 2000% 的中央處理器 （CPU），該架構旨在減少傳感（ADC）、處理（CPU）和控制（PWM）之間的延遲。根據 TI 基準測試，基于 Arm? Cortex-M7F? 的 MCU 需要以 240MHz 的頻率運行，才能提供與我們的 120 MHz 器件相同的整體性能。

該參考設計可擴展至單電機和電機加PFC應用，具有更小的TMS320F2800137系列48或32引腳封裝以及64 KB至256 KB片上非易失性閃存選項。可以使用相同的策略來提高住宅空調系統(tǒng)的電機效率，幾乎可以提高變速、可變負載系統(tǒng)中使用的所有電機，從低壓電池供電設備到工業(yè)應用中功耗最高的交流變頻器。

智能數(shù)字電源

對于數(shù)字電力，目標是更有效地創(chuàng)造可再生能源，并最有效地轉換和使用能源。例如，在太陽能市場中，有一種趨勢是從集中式大功率太陽能逆變器轉向分布式低功率太陽能系統(tǒng)，例如微型逆變器和功率優(yōu)化器。這些微型逆變器和功率優(yōu)化器通常每幾個太陽能電池板安裝一個，在復雜的陽光條件下產生更低的能量損失和更高的效率。在太陽能系統(tǒng)中添加更多這些模塊級電力電子設備時，實時MCU需要成本低，但仍然足夠強大，以便對其控制下的每個太陽能電池板執(zhí)行最大功率點跟蹤。

全球不斷增長的能源利用率需要高效、緊湊和穩(wěn)定的電源。這一要求給功率轉換系統(tǒng)設計人員帶來了挑戰(zhàn)，既要提供功率密集設計，又要滿足“高性能小型”系統(tǒng)的效率和快速瞬態(tài)響應需求。此外，將現(xiàn)有基于模擬的設計數(shù)字化以提高可擴展性的驅動力也引發(fā)了對低成本、高性能實時MCU解決方案的需求。

新型實時控制MCU系列

TMS2000F320 是 C2800137 實時 MCU 產品組合的最新成員，有助于使實時技術經濟實惠，并擴展了一個長期的軟件兼容平臺，為模擬和數(shù)字設計人員提供低、中、高級選項。這個新系列使電機控制、電網基礎設施和工業(yè)電力應用的工程師能夠創(chuàng)造出能夠減少能源足跡并提高我們有效利用可再生資源的能力的產品。