“باعتبارها تقنية لا غنى عنها لتطوير جميع مناحي الحياة في عصر الكهرباء ، فإن تكنولوجيا إدارة الطاقة هي الطريقة الرئيسية لتحسين كفاءة الطاقة للمعدات الطرفية. من مستوى النظام ، يمكّن نظام إدارة الطاقة الجهاز من تحقيق الاستقرار ، وانخفاض استهلاك الطاقة ، والأداء العالي. في ظل الاتجاه العام للحفاظ على الطاقة وخفض الانبعاثات ، ستصبح هذه الميزة أكثر بروزًا ؛ من مستوى الجهاز ، رقائق إدارة الطاقة والرقائق التناظرية هذه الأجهزة مسؤولة عن التحويل وتوزيع الطاقة والكشف وإدارة الطاقة الأخرى في النظام ، وسيتم تغذية الأداء حقًا بأداء الجهاز من خلال نظام إدارة الطاقة.
“
المؤلف: Doctor M.
باعتبارها تقنية لا غنى عنها لتطوير جميع مناحي الحياة في عصر الكهرباء ، فإن تكنولوجيا إدارة الطاقة هي الطريقة الرئيسية لتحسين كفاءة الطاقة للمعدات الطرفية. من مستوى النظام ، يمكّن نظام إدارة الطاقة الجهاز من تحقيق الاستقرار ، وانخفاض استهلاك الطاقة ، والأداء العالي. في ظل الاتجاه العام للحفاظ على الطاقة وخفض الانبعاثات ، ستصبح هذه الميزة أكثر بروزًا ؛ من مستوى الجهاز ، رقائق إدارة الطاقة والرقائق التناظرية هذه الأجهزة مسؤولة عن التحويل وتوزيع الطاقة والكشف وإدارة الطاقة الأخرى في النظام ، وسيتم تغذية الأداء حقًا بأداء الجهاز من خلال نظام إدارة الطاقة.
في الوقت الحالي ، مدفوعًا بتقنيات مثل أشباه الموصلات والاتصالات والاستشعار ، تمر جميع مناحي الحياة بتحول في الذكاء. لقد أصبح الهيكل والتكنولوجيا ونظام المعدات شديد التنوع ، وأصبحت سيناريوهات استخدام الطاقة الكهربائية أكثر تعقيدًا • كن مؤشرا أساسيا لقياس نظام إدارة الطاقة.
اليوم ، سنناقش اتجاه التطوير الذكي لإدارة الطاقة ونوصي بمكونات جديدة من Mouser Electronics لأنظمة إدارة الطاقة الذكية.
التطوير الذكي لإدارة الطاقة
كما ذكرنا أعلاه ، تغلغل مفهوم الذكاء في جميع جوانب الإنتاج الاجتماعي والحياة ، وبالتالي فإن ذكاء نظام إدارة الطاقة أمر لا مفر منه.
من حيث الشكل ، فإن ذكاء نظام إدارة الطاقة هو التعاون مع المكونات الأساسية مثل وحدات التحكم والمعالجات لتوزيع الطاقة في النظام. نظرًا لأن وظائف النظام تزداد تعقيدًا ، يجب تحسين التحكم في استهلاك الطاقة لكل ارتباط بدقة. في الوقت نفسه ، يحتاج نظام إدارة الطاقة إلى التواصل مع المكونات الأساسية لإجراء الكشف والتحليل والاستجابة في الوقت الفعلي للتغييرات في الطلب على إمدادات الطاقة للنظام ، وبالتالي تحسين كفاءة النظام بشكل كبير.
إذن ، كيف يحقق نظام إدارة الطاقة الذكاء؟ هذا يحتاج إلى تحليل من الوظائف والمكونات الرئيسية لنظام إدارة الطاقة.
# 01 الوظائف الرئيسية لنظام إدارة الطاقة
يحقق نظام إدارة الطاقة بشكل أساسي الوظائف الأربع التالية ، وهي مراقبة نظام البطارية ، وإدارة طاقة النوم ، وإدارة الطاقة الثابتة ، وإدارة الطاقة الديناميكية.
・ مراقبة نظام البطارية
تعد مراقبة نظام البطارية وظيفة مهمة في نظام إدارة البطارية BMS ، خاصة لمركبات الطاقة الجديدة وأنظمة تخزين الطاقة. ينعكس مستوى الذكاء في هذا الجزء بشكل أساسي في جمع ومراقبة المعلمات الرئيسية للبطارية الفردية ونظام البطارية بالكامل في الوقت الفعلي ، والعرض الديناميكي على واجهة النظام من خلال وظيفة الشبكة.
・ إسبات إدارة الطاقة
إدارة الطاقة في وضع الإسبات هي تقنية مبتكرة مطلوبة للأنظمة لتحقيق استهلاك منخفض للطاقة. “السكون” المذكور هنا هو وصف عام ، بما في ذلك السكون ، والإسبات ، والاستعداد ، والنوم المختلط وحالات أخرى. في هذا الوقت ، لا يزال النظام يمد الأجهزة الأساسية بالطاقة ، ولكن التيار صغير نسبيًا ولا يحافظ إلا على الحد الأدنى من النظام حالة العمل. يتطلب إضفاء الطابع الذكي على إدارة طاقة الإسبات أن نظام إدارة الطاقة قد صقل مراقبة وإدارة جميع المعدات الكهربائية ، ويمكنه التعاون مع خوارزمية النظام لإغلاق بعض الوحدات الوظيفية التي لا تتطلب كهرباء تدريجيًا.
・ إدارة الطاقة الثابتة
هناك مفهوم مهم جدًا في إدارة الطاقة الثابتة ، وهو التيار الهادئ (IQ) ، وهو أحد الطرق المهمة لتحقيق استهلاك منخفض للطاقة للنظام. توفر بعض شرائح إدارة الطاقة المتقدمة ، مثل المنظمين الخطيين ، تيارًا هادئًا على مستوى nA فقط لتحقيق استهلاك منخفض للغاية للطاقة في النظام. إدارة الطاقة الثابتة هي استهلاك الطاقة لجهاز الطاقة نفسه عندما لا يقبل النظام إشارات الإدخال ، ويتعاون مع إدارة طاقة النوم. في نظام إدارة الطاقة ، فإن النظام الذي يزيل التيار الهادئ هو أصغر نظام ، ويحقق النظامان خسارة منخفضة في نفس الوقت ، بحيث يمكن للنظام أن يقف لفترة أطول.
・ إدارة الطاقة الديناميكية
تهدف إدارة الطاقة الديناميكية إلى تحسين استهلاك طاقة النظام عندما يعمل النظام. نظرًا لأن حمل النظام الذكي يتغير باستمرار ، فإن ذكاء إدارة الطاقة الديناميكية ينعكس في نظام إدارة الطاقة الذي يتمتع بقدرات ضبط محسّنة للأنظمة الثلاثة الرئيسية للحوسبة والاستشعار والاتصال المستهلكة للطاقة ، ويمكنه ضبط عمل النظام الجهد والتردد ، وبالتالي تحسين مستوى استهلاك الطاقة للنظام. في الوقت نفسه ، يتطلب إضفاء الطابع الذكي على إدارة الطاقة الديناميكية أيضًا إمكانية ضبط دائرة تنظيم الحمل ديناميكيًا لإزالة الضرر الذي يلحق بالنظام بسبب عوامل خطيرة مثل تيار الذروة والجهد الزائد ، ولتحسين استقرار النظام.
# 02 مكونات نظام إدارة الطاقة
فيما يتعلق بتكوين نظام إدارة الطاقة ، بالإضافة إلى الدوائر المتكاملة المعروفة لإدارة الطاقة ، فإن الأجهزة مثل مكبرات الصوت والمنتجات الخطية والمحولات الرقمية إلى التناظرية / التناظرية إلى الرقمية والعوازل مطلوبة أيضًا لبناء أنظمة إدارة الطاقة الذكية والفعالة ، مثل الحوسبة التناظرية. تلعب مكبرات الصوت دورًا مهمًا في الكسب والتخزين المؤقت والتصفية وتغيير المستوى. من أجل تلبية التطور الذكي لنظام إدارة الطاقة بالكامل ، تقترب هذه الأجهزة تدريجياً من اتجاه الضبط الديناميكي ، مثل المحول الرقمي إلى التناظري DAC ، وفي بعض الأحيان يتم استخدام خوارزمية الاتصال الناعم لقمع اضطراب مصدر الطاقة بقدر المستطاع.
مكبرات الصوت الحالية لإدارة الطاقة
الآن ، وصفنا اتجاه التطوير الذكي لأنظمة إدارة الطاقة من أربعة جوانب: مراقبة ثابتة وديناميكية ونظام الإسبات والبطارية. بعد ذلك ، سنبدأ من منظور المكونات ونرى ما هي هذه المكونات الممتازة التي تبيعها شركة Mouser Electronics. كيف للمساعدة في تحقيق نظام ذكي لإدارة الطاقة.
أول جهاز نريد أن نوصي به هو مضخم الحس الحالي INA191 لإدارة الطاقة من الشركة المصنعة TI ، والذي يمكنك تحديده من خلال البحث عن رقم الشركة المصنعة INA2191A3IYBJR.
شركة Texas Instruments
مكبر الصوت الحالي INA191
INA191 عبارة عن شاشة تحويلية منخفضة الطاقة ، وإخراج الجهد ، وشاشة تحويل تيار مع ميزات منتج منخفضة الطاقة ممتازة ، والجهد المنخفض للإمداد VS هو 1.7V-5.5V ، وتيار الإغلاق المنخفض هو 100nA (كحد أقصى) ، والتيار الهادئ المنخفض 43µA (النوع) عند 25 درجة مئوية. يستهلك الجهاز ما يصل إلى 65 أمبير من تيار الإمداد عند التمكين و 100 أمبير فقط عند التعطيل.
عند تقديم التطوير الذكي لإدارة الطاقة الساكنة والديناميكية والنوم ، فقد ذكرنا اكتشاف النظام الحالي والضبط الديناميكي عدة مرات.لدي INA191 مزايا أداء واضحة في هذه الجوانب. غالبًا ما يستخدم INA191 للحماية من التيار الزائد ، أو قياس التيار الدقيق المحسّن للنظام ، أو دوائر التغذية المرتدة ذات الحلقة المغلقة ، ويضمن الجهاز دقة القياس الحالي من خلال العديد من التحسينات. يحتوي INA191 على تيار تحيز إدخال منخفض ، عادةً 100pA ، مما يسمح باستخدام مقاومات استشعار تيار أكبر ، مما يوفر قياسات تيار دقيقة في نطاق μA. تتضمن تحسينات الدقة الإضافية لـ INA191 ± 0.25٪ بحد أقصى لخطأ الكسب (أجهزة A2-A5) ، واكتساب انجراف فقط 7 جزء في المليون / درجة مئوية (كحد أقصى) ، وإزاحة الجهد بمقدار ± 12 فولت (كحد أقصى) ، وانحراف الإزاحة بمقدار 0.13 فولت / درجة مئوية (الأعلى).
على وجه الخصوص ، تسمح خصائص جهد الإزاحة المنخفضة لـ INA191 باستخدام مقاومات استشعار أصغر مع فقد طاقة أقل ، مع توفير قياسات تيار دقيقة. هذا له ميزة إضافية: يمكن أن تساعد مقاومات التحويل منخفضة القيمة في تقليل فقد الطاقة في دائرة الإحساس الحالية ، مما يزيد من كفاءة الطاقة للتطبيق النهائي.
الشكل 1: تطبيق INA191 على الاستشعار الحالي للجانب العالي / المنخفض (مصدر الصورة: TI)
كما هو موضح في الشكل 1 ، يدعم INA191 الفولتية ذات الوضع المشترك للإدخال من C0.2V إلى + 40V. نظرًا للطوبولوجيا الداخلية ، لا يقتصر نطاق الوضع المشترك لـ INA191 على جهد الإمداد (VS) ، مما يسمح له بالعمل بجهد الوضع المشترك أكبر أو أقل من VS ، وبالتالي يمكن استخدامه في الجانب العالي / تطبيقات الاستشعار الحالية منخفضة الجانب.
نقول إن نظام إدارة الطاقة الذكي يتطلب ضبطًا ديناميكيًا للأجهزة ذات الصلة ، وهو ما ينعكس أيضًا في INA191. إن جهد الإزاحة المنخفض لهندسة عدم الانجراف INA191 يوسع النطاق الديناميكي للقياس الحالي ، مما يسمح لنظام إدارة الطاقة بالاستجابة بشكل أفضل إلى الحمل .. التغيير.
مرجع الجهد للمحمولة والبطارية بالطاقة
عندما يقوم نظام إدارة الطاقة الذكي بضبط استهلاك الطاقة ديناميكيًا ، فإنه سيتضمن ضبط الجهد ومراقبته ، ويلعب مرجع الجهد دورًا مهمًا في هذه العملية. يقدم ما يلي مرجع الجهد أيضًا من الشركة المصنعة TI – REF34xx / REF34xx-Q1 ، ورقم الشركة المصنعة على Mouser Electronics هو REF3430QDGKRQ1.
شركة Texas Instruments
REF34xx / REF34xx-Q1
إن فرضية نظام إدارة الطاقة الذكي لتحقيق الضبط الديناميكي هو أن النظام يتمتع بدقة عالية للغاية ، والدقة العالية هي إحدى المزايا المميزة لأجهزة REF34xx / REF34xx-Q1. تتميز أجهزة REF34xx / REF34xx-Q1 بدقة أولية تبلغ ± 0.05٪ ، واستقرار ممتاز طويل المدى يصل إلى 30 صفحة في الدقيقة / 1000 ساعة ، وضوضاء خرج منخفضة جدًا تبلغ 5µVp-p / V ، مما يتيح تحويل البيانات عالية الدقة في الأنظمة الحرجة للضوضاء. يحافظ على سلامة الإشارة العالية ، وهو أمر بالغ الأهمية لأنظمة إدارة الطاقة لتحقيق ضبط ديناميكي عالي الدقة في البيئات المعقدة.
إن تيار التشغيل الصغير 95μA والتيار الهادئ المنخفض البالغ 950μA (كحد أقصى) يجعل أجهزة REF34xx / REF34xx-Q1 مفيدة للغاية في كل من عمليات إدارة الطاقة الثابتة والديناميكية ، وهي مناسبة للتطبيقات المحمولة والبطارية.
الشكل 2: مخطط تطبيق الجهاز REF34xx / REF34xx-Q1 (مصدر الصورة: TI)
كما يتضح من الشكل 2 ، تتوافق أجهزة REF34xx / REF34xx-Q1 مع معظم المحولات التناظرية إلى الرقمية والمحولات الرقمية إلى التناظرية من الشركات المصنعة TI ، مثل ADS1287 و ADUCM360 و ADS1112 و ADS7828 ، مما يجعل الطاقة تصميم النظام أكثر مرونة.
μModule منظم مع دعم بدء التشغيل الناعم
في الواقع ، البداية الناعمة هي وظيفة ذكية لنظام إدارة الطاقة. قبل حدوث البداية الناعمة أو البدء المتأخر ، يمكن أن يتسبب تيار الاندفاع عند تشغيل النظام بسهولة في تلف المعدات ، بينما يمكن أن يتحكم البدء الناعم في التيار ليبدأ من الصفر ، ثم يزيد تدريجياً من جهد الخرج ، بحيث يكون المحول و يمكن أن يكون الحث الناتج طبيعيًا ، عند الدخول إلى حالة العمل ، يتم التخلص من تأثير التشبع للمحول الرئيسي ومحث الإخراج.
الجهاز التالي عبارة عن منظم وحدة LTM4658 DC / DC μModule يتدرج إلى أسفل مع إخراج بدء التشغيل الناعم من الشركة المصنعة ADI ، مع رقم الشركة المصنعة LTM4658IV # PBF على Mouser Electronics.
الأجهزة التناظرية
LTM4658 منظم وحدة التنحي DC / DC μ
استنادًا إلى بنية Silent Switcher 2 ، يتمتع LTM4658 بكفاءة أعلى ومساحة أصغر وأداء EMI ممتاز. LTM4658 هو حل منظم جهد متكامل للغاية يتضمن وحدة تحكم بالتبديل ووحدات MOSFET للطاقة ومحثات وجميع المكونات الداعمة في حزمة واحدة.
الشكل 3: دارة تطبيق نموذجية لـ LTM4658 (مصدر الصورة: ADI)
كما يتضح من الشكل 3 ، فإن دائرة التطبيق النموذجية للجهاز بسيطة للغاية ، ولا تتطلب سوى مكثفات الإدخال والإخراج الخزفية ، ويمكن أن يحقق تصميمها عالي الكفاءة تيار خرج مستمر 10A.
مثالي لبناء أنظمة إدارة الطاقة الذكية ، يمكن أن يوفر LTM4658 جهد خرج منظم بدقة من 0.5 فولت إلى 5.5 فولت عبر نطاق جهد إدخال من 2.25 فولت إلى 5.5 فولت ، ويستخدم التحكم في الوضع الحالي للاستجابة السريعة العابرة ، وفي هذا الوضع ، سريع يتم توفير الحد الحالي دورة تلو الأخرى والحماية من التيار الزائد.
بالإضافة إلى ذلك ، يدعم LTM4658 تزامن التردد الخارجي ، والتشغيل متعدد الأطوار ، وعملية وضع خطوة النبضة الاختيارية. في وضع الخطوة النبضية ، يكون LTM4658 قادرًا على تحقيق كفاءة أعلى من الوضع المستمر القسري. يتميز LTM4658 أيضًا بتتبع الجهد ، وبرمجة بدء التشغيل الناعم ، ومراقبة درجة حرارة القالب في أوضاع التشغيل المختلفة.
بشكل عام ، يتميز LTM4658 بميزات المنتج ذات الكفاءة العالية والتكامل العالي والوضع المرن ، فضلاً عن سهولة الاستخدام ومرونة التصميم.يوضح لنا ميزات المنتج التي تحتاجها المكونات في ظل اتجاه أنظمة إدارة الطاقة الذكية.
الذكاء يجعل إدارة الطاقة متسامحة تمامًا
في الوقت الحاضر ، يعتبر توفير الطاقة الخضراء هو الموضوع الرئيسي في جميع أنحاء العالم. سيتم استبدال حلول التطبيقات التي تهدر الموارد والاستهلاك العالي للطاقة في النهاية بحلول مبتكرة موفرة للطاقة وصديقة للبيئة ، وتكتسب ميزة رائدة في المنافسة في السوق. هذا التقدم لا ينفصل عن أنظمة إدارة الطاقة عالية الذكاء.
بالنظر إلى الشكل السائد للمعدات الصغيرة والرقيقة والمحمولة ، فإن طريقة تحسين كفاءة المعدات فقط من خلال “القوة الغاشمة” ليست نظامًا ذكيًا لإدارة الطاقة. الذكاء الحقيقي هو أنه في ظل فرضية كثافة الطاقة العالية والكفاءة العالية والاستقرار ، يمكن أن تتعاون مع خوارزميات ذكية لتحليل كفاءة الطاقة في النظام والتحكم فيها ديناميكيًا ، بحيث يمكن تصعيد إدارة الطاقة بشكل كامل. هذه عملية تحسين مستمرة تساعد النظام على الحفاظ على كفاءة عالية في استخدام الطاقة في جميع الأوقات.
على مستوى الأجهزة ، شكلت الأجهزة التناظرية ذات الأداء الرائد والدوائر المتكاملة لإدارة الطاقة النظام الأساسي للأجهزة لنظام إدارة الطاقة الذكي. يتم تجميع أجهزة الأداء الرائدة هذه على المنصة الإلكترونية لـ Mouser ، في انتظار حلول إدارة الطاقة المبتكرة الواحدة تلو الأخرى لاكتشافها ، وفتح حقبة جديدة لتوفير الطاقة الخضراء جنبًا إلى جنب مع العدد الهائل من المهندسين والأصدقاء.