未來(lái)的20年中,，亞洲發(fā)展中國(guó)家的用電量將位居全球前列,，中國(guó)也將成為第一大電力消耗國(guó),。節(jié)約能源已經(jīng)成為全球范圍的一個(gè)熱門話題,。國(guó)際社會(huì)對(duì)能源效率" title="能源效率">能源效率日益重視,，推動(dòng)了《京都議定書(shū)》和“能源之星”等新的能源法規(guī)和協(xié)定的誕生,。目前，工業(yè)化國(guó)家紛紛承諾在未來(lái)十年內(nèi)改善能源效率,，減少溫室氣體排放,。在某些情況下，這一承諾意味著通過(guò)制訂法規(guī)強(qiáng)制性地提高傳統(tǒng)用電系統(tǒng)的效率,，因此,，新的創(chuàng)新方案的設(shè)計(jì)和實(shí)施已迫在眉睫,。
在住宅用電中,，照明用電占相當(dāng)大的比重。以家庭用電為例,，空調(diào),、冰箱,、熱水器等耗電量高的電器一直是大家關(guān)注的焦點(diǎn)。而每天都在使用的照明電反倒被忽視,。其實(shí),，每張電費(fèi)賬單都要為照明用電支付1/6的費(fèi)用。如何在中國(guó)推廣節(jié)能的照明產(chǎn)品,，提高照明系統(tǒng)" title="照明系統(tǒng)">照明系統(tǒng)的能源效率,、降低照明用電量已成為中國(guó)工程界面臨的最大挑戰(zhàn)，促使工程師們必須考慮采用節(jié)能器件來(lái)設(shè)計(jì)自己的產(chǎn)品,。
1 數(shù)控電子鎮(zhèn)流器應(yīng)運(yùn)而生
在鱗次櫛比的建筑物中,，照明系統(tǒng)最常見(jiàn)的形式是使用各種熒光燈管以及采用簡(jiǎn)單的感應(yīng)器和啟輝器的鎮(zhèn)流器。據(jù)估算,，這種傳統(tǒng)的方式可消耗建筑物用電量的40％,，既低效又浪費(fèi)，且成本高,。新的歐洲和國(guó)際立法的引入要求從2005年開(kāi)始增加效率并停用二種最低效率的鎮(zhèn)流器,。這些法規(guī)將對(duì)鎮(zhèn)流器設(shè)計(jì)者施加新的壓力，迫使他們改善已設(shè)計(jì)的能效,，開(kāi)發(fā)有效的,、成本低廉的電子照明鎮(zhèn)流器。隨著電子技術(shù)的發(fā)展,，利用微控制器(MCU)設(shè)計(jì)電子鎮(zhèn)流器已經(jīng)不是稀罕的事情了,。MCU為高能效鎮(zhèn)流器的開(kāi)發(fā)提供了理想的低成本解決方案。圖1是電子鎮(zhèn)流器的框圖,。
采用電子鎮(zhèn)流器的優(yōu)點(diǎn)：電子鎮(zhèn)流器比傳統(tǒng)的磁性鎮(zhèn)流器增加了系統(tǒng)效率,，延長(zhǎng)了熒光管的壽命；電子系統(tǒng)為可變亮度調(diào)整增加了控制級(jí)別,；數(shù)字控制可實(shí)現(xiàn)大型照明網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程控制,；數(shù)字可尋址照明接口(DALI)協(xié)議使智能建筑物自動(dòng)化和成本經(jīng)濟(jì)的大型照明網(wǎng)絡(luò)控制成為可能。
2 提高能源效率的器件
使用傳統(tǒng)的鎮(zhèn)流器要消耗大量電能,，且對(duì)單一燈管的亮度控制一直是熒光燈照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)者的難題,。傳統(tǒng)上，燈管要么全開(kāi),，要么全關(guān),。飛思卡爾" title="飛思卡爾">飛思卡爾(Freescale Semiconductor)新型單芯片MCU HC908LB8的問(wèn)世解決了該問(wèn)題，也使照明系統(tǒng)能源效率的提高又上了一個(gè)臺(tái)階,。
飛思卡爾的MC68HC908LB8 8位快閃微控制器是一種高精度的半橋控制器,，專門為所有需要功率因數(shù)校正(PFC)或高精度脈寬調(diào)制(PWM)發(fā)生器(HRP)設(shè)計(jì)。它具有高集成度的特點(diǎn)，能簡(jiǎn)化整體系統(tǒng)設(shè)計(jì),，是需要PFC和/或高精度PWM控制功能應(yīng)用的優(yōu)選方案,。它可應(yīng)用于單片智能型熒光燈照明系統(tǒng)，也可用于車燈控制,、高強(qiáng)度放電照明系統(tǒng)以及電動(dòng)機(jī)控制,。
HC908LB8內(nèi)集成了高精度PWM HRP模塊，可以連續(xù)控制燈管的亮度變化,，因而可實(shí)現(xiàn)熒光燈照明系統(tǒng)的暗光控制,。它還支持?jǐn)?shù)字DALI協(xié)議，從而為大型照明系統(tǒng)提供了智能化功能,。例如,，設(shè)計(jì)者可對(duì)基于DALI的照明系統(tǒng)進(jìn)行編程，使靠近窗戶的照明光線關(guān)閉或調(diào)暗,，從而充分利用自然光線,。圖2是MC68HC908LB8的框圖。
MC68HC908LB8采用標(biāo)準(zhǔn)的5V電壓供電,，內(nèi)部總線工作頻率為8MHz,，采用20引腳PDIP和SOIC封裝。其可微調(diào)的內(nèi)部RC振蕩器在16MHz運(yùn)行時(shí),，可用作CPU總線時(shí)鐘(4MHz)的基礎(chǔ),，節(jié)省了外部元件成本。設(shè)計(jì)者也能利用諸如外部RC或晶體振蕩器等的時(shí)鐘運(yùn)行器件,。其定時(shí)器接口模塊具有執(zhí)行輸入捕獲的能力,，輸出比較或脈寬調(diào)制具有低至125ns的定時(shí)精度。
另外,，MC68HC908LB8還包括一個(gè)帶有理想驅(qū)動(dòng)半橋互補(bǔ)輸出對(duì)的HRP模塊,。可編程的空載時(shí)間插入和短路預(yù)防功能可保證最高的效率,。當(dāng)HRP執(zhí)行定時(shí)頻率或工作周期抖動(dòng)時(shí),，定時(shí)精度可減少到3.9ns。如果發(fā)現(xiàn)了問(wèn)題,，故障輸入安全特性" title="安全特性">安全特性可產(chǎn)生一個(gè)信號(hào),，進(jìn)行迅速關(guān)機(jī)。它可對(duì)大多數(shù)參數(shù)自動(dòng)計(jì)算,，因而容易使用,。
MC68HC908LB8有一個(gè)2通道PWM模塊，具有故障輸入檢測(cè)和中斷功能,。當(dāng)PWM與運(yùn)算放大器/比較器模塊一起使用時(shí),，該單元可實(shí)現(xiàn)低成本的PFC,，為主要的功率應(yīng)用提供一種理想的集成解決方案。
MC68HC908LB8具有良好的安全特性,，包括完全計(jì)算機(jī)運(yùn)行(COP)和低電壓抑制(LVI)，－40℃～+125℃的溫度工作范圍,，為惡劣的應(yīng)用環(huán)境提供了一個(gè)強(qiáng)大的解決方案,。
HC908LB8基于飛思卡爾HC08 CPU內(nèi)核，內(nèi)部總線頻率為8MHz,，軟件精度為±2%,。其主要特點(diǎn)包括：
(1) 8KB閃存，128B RAM,。
(2) 高精度PWM HRP,。帶有停滯時(shí)間(空載時(shí)間)插入的雙PWM輸出；關(guān)斷輸入,；通過(guò)頻率抖動(dòng)技術(shù),，使輸出的精度達(dá)3.9ns；可變頻率和可變負(fù)載周期模式,。
(3) 功率因數(shù)校正,。2通道PWM模塊，帶有故障輸入檢測(cè)和關(guān)斷功能,；集成了運(yùn)放/模擬比較器模塊,，可實(shí)現(xiàn)片上PFC。
(4) 7通道,、8位ADC,。
(5) 1個(gè)帶有中斷功能的16位定時(shí)器。
(6) 帶有抗噪的低電壓抑制技術(shù)和確保軟件安全的計(jì)算操作,。
(7) 時(shí)鐘模塊可選擇RC振蕩電路,、內(nèi)部晶振和外部晶振。
(8) 最多可有18個(gè)I/O接口(多路復(fù)用的外圍接口),。
(9) 7個(gè)I/O可用于鍵盤中斷,。
(10) 大電流控制邏輯I/O(sink/source)，典型值為10mA,。
(11) 多種電氣安全特性,。
值得一提的是，在有效的主電源供電應(yīng)用中,，作為關(guān)鍵要求的PFC可將輸入電流轉(zhuǎn)化為與輸入電壓保持同相的正弦波,，從而提高效率、降低信號(hào)失真,、降低運(yùn)行成本和噪音,。HC908LB8帶有成本經(jīng)濟(jì)的PFC功能，為主電源供電應(yīng)用提供了理想的集成方案。
3 節(jié)約成本 加速產(chǎn)品開(kāi)發(fā)
在典型的鎮(zhèn)流器應(yīng)用中使用HC908LB8,，可將分立數(shù)字系統(tǒng)元件的數(shù)量減少50%,。除了能節(jié)省空間，還可縮少PCB尺寸,，降低生產(chǎn)成本,，并有助于降低管理成本。
為了演示該器件的各種特點(diǎn),，飛思卡爾將通過(guò)提供價(jià)格適當(dāng)?shù)拈_(kāi)發(fā)硬件(評(píng)估板和演示板),、免費(fèi)的參考設(shè)計(jì)" title="參考設(shè)計(jì)">參考設(shè)計(jì)，以及應(yīng)用指南和在線教程,、配套軟件,、系統(tǒng)框圖和材料清單，幫助設(shè)計(jì)者加速產(chǎn)品開(kāi)發(fā)進(jìn)程,。系統(tǒng)仿真模塊FSICEKITLB8 Freescale Complete FSICE是一個(gè)高性能的仿真工具,，包括仿真器、電纜,、連接適配器(head adapter)和編程適配器,。另外，設(shè)計(jì)者還能得到第三方的支持,，如Metrowerks公司提供的Code WarriorTM IDE特別版,。高度集成的免費(fèi)工具包括編輯器、C編譯程序,、調(diào)試程序,、模擬器和Processor ExpertTM代碼生成工具。
該參考設(shè)計(jì)為2個(gè)并行連接的熒光燈提供了具有PFC功能的完整的數(shù)字減光型鎮(zhèn)流器設(shè)計(jì),，可以滿足能源保護(hù)及其相關(guān)立法對(duì)高效照明鎮(zhèn)流器設(shè)計(jì)的需求,；同時(shí)也為控制照明網(wǎng)絡(luò)的DALI標(biāo)準(zhǔn)，尤其是熒光鎮(zhèn)流器的開(kāi)發(fā)奠定了基礎(chǔ),。目前,，全球主要照明制造商都承諾支持DALI接口，以實(shí)現(xiàn)低成本控制的大型照明網(wǎng)絡(luò),。該參考設(shè)計(jì)為用戶示范了如何在主從配置中利用飛思卡爾的68HC908KX8與簡(jiǎn)單的協(xié)議進(jìn)行通信,。圖3是演示板的照片。
新的參考設(shè)計(jì)可以大幅度改善鎮(zhèn)流器的能效,，減少系統(tǒng)復(fù)雜度,，降低成本，并滿足日益苛刻的能效要求,。與目前市場(chǎng)上的傳統(tǒng)技術(shù)相比,，該解決方案可幫助設(shè)計(jì)者設(shè)計(jì)出具有更高能效和成本低廉的電子鎮(zhèn)流器,。
總之，使用MC68HC908LB8的好處包括如下幾個(gè)方面：利用PFC減少功率損耗和失真,；利用高精度PWM信號(hào)實(shí)現(xiàn)精確控制,；高度的集成可減少系統(tǒng)尺寸和成本；滿足熒光照明系統(tǒng)鎮(zhèn)流器的能量效率要求,。
飛思卡爾認(rèn)為,，未來(lái)驅(qū)動(dòng)工業(yè)市場(chǎng)發(fā)展的趨勢(shì)是對(duì)無(wú)處不在的連接和能量的有效管理。作為全球半導(dǎo)體工業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)者,，飛思卡爾是最大的汽車IC供應(yīng)商，在8位和32位MCU市場(chǎng)也名列第一,，在整個(gè)MCU市場(chǎng)位居第二,。飛思卡爾可以為不同的應(yīng)用提供完整的MCU產(chǎn)品線。今天,，設(shè)計(jì)者終于可以通過(guò)使用飛思卡爾半導(dǎo)體先進(jìn)的具有汽車應(yīng)用嵌入式能力的8位MCU,，來(lái)設(shè)計(jì)性能優(yōu)越的電子鎮(zhèn)流器，同時(shí)降低產(chǎn)品的成本,，縮短產(chǎn)品進(jìn)入市場(chǎng)的時(shí)間,。