越来越多的企业和个人正在寻找减少能源足迹和增加可再生资源使用的方法。我们应该关注哪里才能产生显着效果？

世界上超过 65% 的电力用于为工业环境、商业建筑和个人家庭中的电机和电源提供动力。根据我们的数据世界，60% 的电力来自燃烧煤炭和天然气，不到 10% 来自可再生能源。智能变频数字电机控制，能耗降低25%以上。智能数字电源控制可以最大限度地提高太阳能和风能的生产效率，并最大限度地降低超高耗能设备的功耗。在本文中，我们探讨了智能控制应用的一些趋势，并分享了智能控制如何降低能源消耗和提高可再生能源效率的示例。

智能电机控制空调（图 1）是电网中的主要耗电设备。虽然特定的效率标准因地区而异，但所有设计都需要实施高级电机控制和功率因数校正 (PFC) 算法，以实现目标额定值并满足功率因数规范。控制空调中的每个电机（压缩机、冷却风扇）可能需要一个以高达 20kHz 的频率运行的控制回路。另一方面，PFC 通常需要高达 50kHz 的工作频率。因此，为了可靠地实现多个高频控制回路，微控制器 (MCU) 必须能够快速高效地处理计算，几乎没有延迟。

图 1：空调系统框图

用于空调系统的 MCU 需要多个模数 (ADC) 和脉宽调制 (PWM) 通道，以灵活地与开关事件同步，并独立采样和控制两个逆变器转换器和 PFC 电路。模拟比较器和 PWM 毛刺消除是电力电子保护所必需的。

根据国际电工委员会60730要求，空调用MCU还将提供时钟保护，包括两个精度优于1%的片上振荡器，看门狗和时钟故障检测电路。具有数字交错式 PFC 参考设计的空调双电机控制提供单个 64 引脚 C2000 TMS320F2800137 MCU 的硬件和软件示例，该 MCU 以 >97% 的效率控制压缩机和风扇电机， 亿配芯城 数字交错式 72kHz 升压 PFC 级提供 >96% 的电源效率（图 2）和许多常见的系统和通信功能。

图 2：用于空调的 PFC 转换器参考设计的功率效率

由于优化了 C2000 实时 MCU 架构以减少检测 (ADC)、处理 (CPU) 和控制 (PWM) 之间的延迟以及中央处理器 (CPU) 的 30%，因此仅消耗 40KB 闪存。根据 TI 基准测试，Arm Cortex-M7F MCU 需要以 240MHz 的频率运行才能提供与我们的 120MHz 设备相同的整体性能。该参考设计可扩展到单电机和电机增强型 PFC 应用，具有更小的 TMS320F2800137 系列 48 或 32 引脚封装和 64KB 至 256KB 片上非易失性闪存选项。

该参考设计还可用于提高住宅空调系统电机中几乎所有电机的效率，从工业应用中的低电压电池供电设备到超高功耗交流驱动器等变速、可变负载系统。智能数字电源对于数字电源，目标是更有效地创造可再生能源，并更有效地转换和使用能源。例如，太阳能市场正从集中式大功率光伏逆变器转向微型逆变器和功率优化器等分布式低功率太阳能系统。通常，每隔几个太阳能电池板就会安装一个这样的微型逆变器和功率优化器，以在复杂的阳光条件下降低能量损失并提高效率。当向太阳能系统中添加更多这些模块级电力电子设备时，实时 MCU 需要低成本，但仍然足够强大以对其控制下的每个太阳能电池板执行最大功率点跟踪。全球对能源利用的需求不断增加，需要高效、紧凑和稳定的电源。这一要求给电源转换系统的设计人员带来了挑战：提供功耗密集型设计，同时满足“足够小但性能高”系统的效率和快速瞬态响应需求。此外，将现有模拟设计数字化以提高可扩展性的驱动力催生了对低成本、高性能实时 MCU 解决方案的需求。实时控制 MCU 的新系列作为 TI C2000 实时 MCU 产品系列的新成员，TMS320F2800137 有助于降低实时技术的成本，并为模拟和数字设计人员扩展长期软件兼容平台的低、中和高级选项。借助这个新系列，电机控制、电网基础设施和工业电源应用领域的工程师可以开发出既能减少能源足迹又能提高可再生资源效率的产品。

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