復(fù)雜的功率管理問題，例如電子運(yùn)動(dòng)控制，是需要用系統(tǒng)的方法來解決的。個(gè)別標(biāo)準(zhǔn)電子元件的效率和性能不再足以節(jié)省更大量的電力。用于功率管理的綜合設(shè)計(jì)平臺(tái)使用創(chuàng)新的結(jié)構(gòu)，把不可缺少的數(shù)字、模擬和功率級(jí)的電路整合在一起。專家們現(xiàn)在必須把硅半導(dǎo)體、封裝和軟件各方面的技術(shù)結(jié)合，構(gòu)成綜合性的設(shè)計(jì)平臺(tái)，以提供功率管理解決方案。

這些設(shè)計(jì)平臺(tái)為我們的下一代節(jié)能計(jì)算機(jī)、汽車、家用電器、飛機(jī)和工業(yè)設(shè)備鋪建康莊大道。而且，隨著電子應(yīng)用的廣泛普及和設(shè)計(jì)的日益復(fù)雜，這些設(shè)計(jì)平臺(tái)將大力推動(dòng)創(chuàng)新的發(fā)明。

作者：Alex Lidow博士 首席執(zhí)行官 International Rectifier公司

綜合設(shè)計(jì)平臺(tái)
用于節(jié)能運(yùn)動(dòng)控制的是一種新生的解決方案，它可以全面地把機(jī)電控制轉(zhuǎn)到使用電子式電動(dòng)機(jī)變速驅(qū)動(dòng)控制。這個(gè)解決方案建立在一種綜合性的設(shè)計(jì)平臺(tái)之上，把數(shù)字集成電路和模擬集成電路以及功率器件整合在一起，用創(chuàng)新的控制算法協(xié)調(diào)它們的工作。

把包含數(shù)字控制器、模擬柵極驅(qū)動(dòng)器以及傳感器的芯片組、信號(hào)處理芯片、功率半導(dǎo)體器件和功率模塊設(shè)計(jì)在一起，可支持每一種綜合設(shè)計(jì)平臺(tái)，從而簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)并且提高性能。

芯片組中的一個(gè)元件是微控制器(MCU)，它配備針對(duì)客戶的應(yīng)用代碼。這種混合式控制集成電路有兩個(gè)獨(dú)特的引擎：運(yùn)動(dòng)控制引擎(Motion Control Engine)和模擬信號(hào)引擎(Analog Signal Engine，ASE)，這兩個(gè)引擎是特別為控制感應(yīng)電動(dòng)機(jī)或永磁電動(dòng)機(jī)而設(shè)計(jì)的。

運(yùn)動(dòng)控制引擎包含一組控制電路塊，是用硬件和獨(dú)特的外圍部件例如空間矢量PWM控制器來實(shí)現(xiàn)的。模擬信號(hào)引擎中包含電動(dòng)機(jī)控制應(yīng)用系統(tǒng)中使用的所有信號(hào)處理電路(圖4)。無需從外面提供電壓、電流或其它傳感器信號(hào)放大電路。

主要應(yīng)用領(lǐng)域
1. 高效率的家用電器
用于家用電器的電子運(yùn)動(dòng)控制能夠節(jié)省大量的能源。洗衣機(jī)是一個(gè)很好的例子，傳統(tǒng)的機(jī)電式洗衣機(jī)是沒有功率管理的。在全世界所有家用電器(洗衣機(jī)、電冰箱、空調(diào)機(jī))的數(shù)量平均每年增加大約3%，然而，轉(zhuǎn)到使用逆變技術(shù)的家用電器，或高效率的電子變速技術(shù)，每年增長(zhǎng)33%。

用于洗衣機(jī)的一種綜合設(shè)計(jì)平臺(tái)有一個(gè)經(jīng)過優(yōu)化的數(shù)字運(yùn)動(dòng)控制集成電路，它能夠節(jié)省幾個(gè)月的開發(fā)時(shí)間，其混合信號(hào)電流檢測(cè)集成電路能夠處理高寬帶的信號(hào)，而智能功率模塊則能夠帶動(dòng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。

這些高效率的家用電器除了能夠節(jié)省大量能源之外，功能也增強(qiáng)了。事實(shí)上，制造商正在探討是否有可能把洗衣機(jī)和干衣機(jī)整合成一臺(tái)機(jī)器，把熱量送到最后的一個(gè)洗衣過程。

2. 汽車中的新型功率管理
另外一個(gè)可以利用綜合設(shè)計(jì)平臺(tái)來節(jié)省能源的領(lǐng)域是汽車應(yīng)用系統(tǒng)。在這里，利用功率管理，可以節(jié)省更多的能源，大大減少污染物的排放，而且可以使汽車更安全、更舒適。

我們以一個(gè)兩升發(fā)動(dòng)機(jī)的中型汽車作為例子，它消耗的燃油可以減少一半，而成本和性能不會(huì)受到影響。和家用電器一樣，汽車的整個(gè)結(jié)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)節(jié)能的關(guān)鍵。在一輛汽車中，一臺(tái)啟動(dòng)器交流發(fā)電機(jī)、電子動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)都是電子運(yùn)動(dòng)控制所需要解決的問題。

這些挑戰(zhàn)可以通過系統(tǒng)性的方法來解決。不僅需要對(duì)性能進(jìn)行優(yōu)化，而且取代現(xiàn)有功能的成本不能增加。在汽車的例子中，可以用電力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和更好的方法進(jìn)行冷卻，用更好的空調(diào)、風(fēng)扇和泵，從而節(jié)省能源。總而言之，使用這些節(jié)能辦法以及更換系統(tǒng)時(shí)，不能讓制造商增加現(xiàn)時(shí)大約是155美元的成本。

直到現(xiàn)在，這個(gè)在成本方面的目標(biāo)還沒有達(dá)到，但是節(jié)省成本的設(shè)計(jì)已經(jīng)在望，一旦可以做到，就沒有理由不把汽車系統(tǒng)轉(zhuǎn)到使用效率更高的電子運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。

3. 在照明技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)明創(chuàng)造
照明是另外一個(gè)可以節(jié)省能源的領(lǐng)域，這是因?yàn)槭褂冒谉霟羲速M(fèi)的電力驚人。與白熾燈照明相比，用于節(jié)能照明的功率管理技術(shù)能夠節(jié)省高達(dá)70%的電力。

今天，熒光燈是愛迪生在十八世紀(jì)未發(fā)明的碳絲白熾燈之外使用最廣泛的照明技術(shù)。四十多年來，這種熒光燈是通過電感鎮(zhèn)流器供給電力的，而電感鎮(zhèn)流器浪費(fèi)了從燈泡省下來的許多寶貴電力。到了上個(gè)世紀(jì)八十年代，人們能夠負(fù)擔(dān)得起的電子鎮(zhèn)流器，系統(tǒng)更小、更輕、更便宜，而且效率更高。

隨著電子鎮(zhèn)流器得到廣泛的應(yīng)用，我們迅速地接受了熒光燈，由此可以看到功率管理技術(shù)對(duì)社會(huì)的影響。到了2003年，電子鎮(zhèn)流器占熒光燈出貨量的61%以上。由于轉(zhuǎn)到使用電子鎮(zhèn)流器，我們用于照明的能源每年可以節(jié)省35%以上。