用于步進電機的無傳感器單芯片驅動器
時間：2007-07-12 人氣：1648 來源：中國機械網|http://www.jx.cn/ 作者：
概述： 日前，AMI Semiconductor（AMIS）宣布，推出可極大減少動態(tài)運動應用產品中的元件數(shù)量和材料成本(BOM)的兩種新型單芯片步進電機驅動器IC，分別為AMIS-30521和AMIS......
日前，AMI Semiconductor（AMIS）宣布，推出可極大減少動態(tài)運動應用產品中的元件數(shù)量和材料成本(BOM)的兩種新型單芯片步進電機驅動器IC，分別為AMIS-30521和AMIS-30522。
這兩種產品使工程師在一些應用產品中無需開關、霍爾(Hall)傳感器、反馳二極管和很多無源元件，適用范圍包括汽車前照燈定位系統(tǒng)和監(jiān)控相機到自動“拾放”系統(tǒng)、自動售賣機、紡織機械、舞臺照明等眾多產品。
新器件擁有SPI接口，能完全控制NXT“下一步”輸入脈沖轉換，從而為電機線圈提供適當?shù)腜WM輸出。該型號新器件都被設計為與主微控制器或DSP共同使用的協(xié)同芯片。此外，AMIS-30522包括一個50mA穩(wěn)壓器和用于外部微控制器的看門狗。兩種器件都提供從全步到1/32微步功能，包括補償和非補償半步進功能。內置電流傳感功能消除了對外部電流檢測電阻的需求，進一步減少了元件數(shù)量。
每個新的混合信號IC都包含兩個內置H橋，能夠以最高達1600mA的電流驅動雙相步進電機。速度和負載角輸出使主微控制器能夠檢測阻轉轉子和運行結束狀況，而無需額外的開關、Hall傳感器或光學編碼器。除了停轉檢測，這些功能還允許設計師為微控制器編程，以計算轉子位置，并按要求動態(tài)調節(jié)電流或速度以防止失步。因此能夠消除終點停止的噪音和震動，并在無需添加元件的情況下提升了運動控制的精確度和可靠性。
同時，這種新型器件一種選擇是采用一種帶裸露焊盤的NQFP封裝，其橫截面不到1mm，占用面積僅為7mmx7mm。除了尺寸小，這些器件還有一系列附加功能，包括過電流、欠壓與過壓、線圈斷路或短路以及過熱狀況的診斷和保護功能。除了節(jié)省電路板空間之外，組件尺寸小還便于直接安裝在步進電機上，進一步節(jié)省空間并降低電路復雜性。另外，改進的SOIC的裸露下焊盤設計大大提高了熱阻性能，確保從IC向PCB的有效散熱。
AMIS公司是專業(yè)生產數(shù)字ASIC產品和混合信號ASIC產品的公司。目前約有員工兩千多人，分布在公司總部及世界各地的分支機構。AMI公司的主要產品有：激勵傳感器接口；電信產品定時發(fā)生器；無線基帶產品；混合信號ASIC；數(shù)字ASIC等其它標準產品。
這兩種產品使工程師在一些應用產品中無需開關、霍爾(Hall)傳感器、反馳二極管和很多無源元件，適用范圍包括汽車前照燈定位系統(tǒng)和監(jiān)控相機到自動“拾放”系統(tǒng)、自動售賣機、紡織機械、舞臺照明等眾多產品。
新器件擁有SPI接口，能完全控制NXT“下一步”輸入脈沖轉換，從而為電機線圈提供適當?shù)腜WM輸出。該型號新器件都被設計為與主微控制器或DSP共同使用的協(xié)同芯片。此外，AMIS-30522包括一個50mA穩(wěn)壓器和用于外部微控制器的看門狗。兩種器件都提供從全步到1/32微步功能，包括補償和非補償半步進功能。內置電流傳感功能消除了對外部電流檢測電阻的需求，進一步減少了元件數(shù)量。
每個新的混合信號IC都包含兩個內置H橋，能夠以最高達1600mA的電流驅動雙相步進電機。速度和負載角輸出使主微控制器能夠檢測阻轉轉子和運行結束狀況，而無需額外的開關、Hall傳感器或光學編碼器。除了停轉檢測，這些功能還允許設計師為微控制器編程，以計算轉子位置，并按要求動態(tài)調節(jié)電流或速度以防止失步。因此能夠消除終點停止的噪音和震動，并在無需添加元件的情況下提升了運動控制的精確度和可靠性。
同時，這種新型器件一種選擇是采用一種帶裸露焊盤的NQFP封裝，其橫截面不到1mm，占用面積僅為7mmx7mm。除了尺寸小，這些器件還有一系列附加功能，包括過電流、欠壓與過壓、線圈斷路或短路以及過熱狀況的診斷和保護功能。除了節(jié)省電路板空間之外，組件尺寸小還便于直接安裝在步進電機上，進一步節(jié)省空間并降低電路復雜性。另外，改進的SOIC的裸露下焊盤設計大大提高了熱阻性能，確保從IC向PCB的有效散熱。
AMIS公司是專業(yè)生產數(shù)字ASIC產品和混合信號ASIC產品的公司。目前約有員工兩千多人，分布在公司總部及世界各地的分支機構。AMI公司的主要產品有：激勵傳感器接口；電信產品定時發(fā)生器；無線基帶產品；混合信號ASIC；數(shù)字ASIC等其它標準產品。
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在我國大力開展節(jié)能減排工作的進程中，越來越多的跨國企業(yè)看到了其中的“環(huán)保商機”，美國特靈公司就將目光投向當下方興未艾的合同能源管理模式。
日前，特靈公司與上海華虹NEC電子有限公司簽訂了第二期合同能源管理協(xié)議。根據(jù)協(xié)議，特靈公司將對華虹NEC的水蓄冷系統(tǒng)進行改造，利用工業(yè)用電的峰谷差值以及水箱，實現(xiàn)在夏天夜間制冷，白天釋放冷氣，從而大幅降低空調能耗。
此前，特靈公司和華虹NEC的第一期合同能源管理合作，通過在冬季回收冷卻塔向外排放的熱氣，減少生產用于新風預熱的蒸汽的費用。改造過的熱回收系統(tǒng)自2005年12月起開始運行，第一年預計能降低能源支出150萬元，實際達到180萬元，使得改造投資在一年半時間內就得以收回。
特靈公司中國區(qū)總裁韋日明說，特靈公司已在國內完成深圳香格里拉飯店、北京凱賓斯基飯店、中國保險大廈等多個合同能源管理項目，均取得良好的節(jié)能成效，公司目前還有100多個項目正在洽談中。
日前，特靈公司與上海華虹NEC電子有限公司簽訂了第二期合同能源管理協(xié)議。根據(jù)協(xié)議，特靈公司將對華虹NEC的水蓄冷系統(tǒng)進行改造，利用工業(yè)用電的峰谷差值以及水箱，實現(xiàn)在夏天夜間制冷，白天釋放冷氣，從而大幅降低空調能耗。
此前，特靈公司和華虹NEC的第一期合同能源管理合作，通過在冬季回收冷卻塔向外排放的熱氣，減少生產用于新風預熱的蒸汽的費用。改造過的熱回收系統(tǒng)自2005年12月起開始運行，第一年預計能降低能源支出150萬元，實際達到180萬元，使得改造投資在一年半時間內就得以收回。
特靈公司中國區(qū)總裁韋日明說，特靈公司已在國內完成深圳香格里拉飯店、北京凱賓斯基飯店、中國保險大廈等多個合同能源管理項目，均取得良好的節(jié)能成效，公司目前還有100多個項目正在洽談中。
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太陽照射到地球表面,地球表面各處受熱不同,產生溫差,從而引起大氣的對流運動形成風,其攜帶的能量即風能。風吹動風機旋轉從而帶動發(fā)電機旋轉發(fā)電稱風力發(fā)電即風電。風能是太陽能的一種轉化形式,是一種不產生任何污染排放的可再生自然能源。與太陽能、生物、地熱和海洋能發(fā)電相比,風電是當前技術和經濟上最具商業(yè)化規(guī)模開發(fā)條件的新能源。
能源是經濟社會發(fā)展的重要物質基礎,要實現(xiàn)2020年我國GDP翻兩番的宏偉目標和國民經濟的持續(xù)高速增長,僅靠常規(guī)能源難以解決能源和電力短缺。占電力供應70％的煤電燃料---煤炭,探明的剩余開采儲量為1390億t,按2003年開采速度16.67億t/a,僅能維持83a,還將帶來嚴重的環(huán)境污染。我國的石油資源不足,天然氣資源也不夠豐富,天然鈾資源短缺。我國水能資源經濟可開發(fā)量為4.02億kW,年發(fā)電量1.7萬億kW/h,再經過20～30a的開發(fā),70％左右將被開發(fā)完,僅靠水能是解決不了我國電力短缺的。
我國的風能資源十分豐富,根據(jù)國家氣象局估計,我國10m高度以內可開發(fā)利用的地表風電能源約為10億kW,其中陸地2.5億kW,海上7.5億kW,如果擴展到50～60m以上高度,風力資源將有望擴展到20～25億kW。因此,風力發(fā)電是我國能源可持續(xù)發(fā)展的現(xiàn)實而重要的選擇。
風電機組(主要指并網風電機組)是風力發(fā)電的核心設備,其投資約占總投資的60％～80％。風電機組的生產和制造水平也是反映一個國家風電發(fā)展水平的重要因素,因此由進口轉化為國產,可大大降低風電廠的投資,從而有力地促進風電的快速發(fā)展。
我國與世界先進制造技術的差距
世界上先進的風電設備制造商主要在丹麥(風電機組產量占世界市場一半份額)、德國和美國。德國是世界上風電機組臺數(shù)及容量最多的國家,也是風電技術領先的國家,其風電技術的演化路徑和發(fā)展趨勢,在一定程度上代表了世界風電技術的發(fā)展路徑和發(fā)展趨勢。增大單機容量、提高能源轉換效率、降低風電成本是風電技術的改進目標。影響單機發(fā)電容量的物理參數(shù)包括葉輪直徑和軸心高度。到20世紀90年代后期,已能生產MW級風電機組,隨著近海風電技術的推廣,3～5MW級的風電機組在市場中的比例日益提高。1989～2002年,德國風機平均軸心高度增加1倍,葉輪直徑增加2倍,發(fā)電容量提高了10倍左右。
現(xiàn)代風能利用技術的核心技術之一是控制調整能量輸出的穩(wěn)定性。風力發(fā)電機的調節(jié)技術有兩種手段:一是槳距不變,依靠發(fā)電機的調節(jié)適應不同轉速的輸入,確保電力輸出的穩(wěn)定性。定槳距調節(jié)技術的優(yōu)點是調節(jié)簡單可靠,控制也可大大簡化,缺點是槳葉、輪轂、塔架等主要受力部件受力增大。二是依靠變化槳距調節(jié)風機轉速,保證電機轉子轉速的穩(wěn)定性。變槳距調節(jié)技術的優(yōu)點是能夠對各種不同的風速調節(jié)槳距,控制能量輸出,其對風速的調節(jié)范圍更寬,缺點是調節(jié)程序和工藝設計復雜。但從風電的調節(jié)技術發(fā)展趨勢來看,變槳距調節(jié)技術正在逐漸取代定槳距調節(jié)技術,變槳距變速調頻是世界上先進的主流技術。
2000年后世界風電市場的主力機型是兆瓦級的,且近海風電機組單機容量達到3～5MW。從風機葉片的直徑、軸心高度和風電機組的調節(jié)技術上,我國與世界先進水平差距亦較大。但近年來,我國風電機組制造技術提高迅速,可望在不遠的將來縮小和趕上世界風電設備制造的先進水平。
對我國風電建設的幾點建議
我國能源結構及能源可持續(xù)發(fā)展必須滿足國民經濟可持續(xù)發(fā)展的要求。為此,大力發(fā)展風電和快速提高風電設備制造技術水平是我國能源建設的當務之急。根據(jù)目前我國風電設備的制造技術現(xiàn)狀以及與世界先進技術的差距,提出如下幾點建議。
1制訂風電發(fā)展的優(yōu)惠政策
在國家發(fā)改委的統(tǒng)一領導和管理下,制訂風電建設的優(yōu)惠政策,調動各方面的積極性,大力發(fā)展風電,建議主要采取以下政策措施:
(1)規(guī)定電網管理部門允許風電就近上網,并收購全部上網電量；
(2)按發(fā)電成本加還本付息、合理利潤的原則確定上網電價,高出電網平均電價部分,建議國家開征礦石能源消費稅進行補償,風電價格實行動態(tài)管理,每年進行核算和調整,使各方面保持發(fā)展風電的積極性；
(3)風電設備生產企業(yè)屬高新技術產業(yè),享受國家相關的減免稅政策；
(4)制訂政策導向的風電建設及風電設備制造技術的技術標準,如風電廠的建設規(guī)模和新裝風電機組單機容量要達到一定規(guī)模及容量要求等。
2在引進設備的同時引進制造技術
建議通過100萬kW級大型風電廠建設,要求并鼓勵項目法人在風電設備的采購招標文件中明確:國外制造商要與國內設備制造商聯(lián)合投標,國外企業(yè)為責任方,國內企業(yè)為分包商,并附上明確分包比例,簽訂設計、制造、維修等技術轉讓協(xié)議。如果一個100萬kW級風電廠引進一家世界先進水平風電設備制造技術,幾個100萬kW級風電廠就能把世界上頂尖的風電制造技術引入到我國的風電制造企業(yè)中來,從而降低風電設備費和風電廠的建設成本,促進風電建設的大力發(fā)展。
3引進消化注意過程控制
建議國家投入一定的配套資金支持國內企業(yè)進行生產設備的改造更新,并注意:
(1)招標前,國內外風電設備企業(yè)在與項目法人和設計單位交流時,國內企業(yè)就要積極參與,從中了解國外企業(yè)的信息；
(2)在招投標階段,積極為國內企業(yè)創(chuàng)造條件,尋找國外愿意轉讓設計制造技術的合作伙伴,簽訂轉讓協(xié)議,參與投標；
(3)在中標簽合同階段,國內企業(yè)要積極參與問題澄清、合同談判,將轉讓協(xié)議作為合同附件,具備法定效力；
(4)在工程的設計階段,國內企業(yè)與國外企業(yè)聯(lián)合設計,并參與項目法人、工程設計單位與國外企業(yè)舉行的各次設計聯(lián)絡會,從而掌握風電設備的設計與工程設計或具體工程的結合； (5)生產設備改造后,在外方的指導和監(jiān)督下具體制造分包的部分；
(6)在分包制造取得一定經驗的基礎上進行整體制造；
(7)無論是國外制造還是國內制造,國內廠家都應參加設備的安裝調試及試運行,從中發(fā)現(xiàn)問題,以利更好地提高產品質量或找到改進的著眼點。
4引進消化后再創(chuàng)新
在引進消化基礎上,建議國內企業(yè)根據(jù)兩方面的要求進行再創(chuàng)新。①根據(jù)安裝調試和試運行過程中發(fā)現(xiàn)的問題以及運行單位提出的要求,有針對性地進行改造,使引進的風電設備更完善,性能指標更高,運行更可靠,從某種意義上講這也是一種創(chuàng)新。②在引進消化的基礎上結合我國風能資源特點研發(fā)新型的風電機組設備。如我國兩大風帶(三北地區(qū)及東南沿海)的風力資源與歐洲、北美的差別較大,北方有寒冬低溫、沙塵問題,南方有臺風、抗腐蝕、防雷電問題,在引進風電設備的基礎上結合我國的具體情況進行研發(fā),就能使引進的技術再創(chuàng)新。
能源是經濟社會發(fā)展的重要物質基礎,要實現(xiàn)2020年我國GDP翻兩番的宏偉目標和國民經濟的持續(xù)高速增長,僅靠常規(guī)能源難以解決能源和電力短缺。占電力供應70％的煤電燃料---煤炭,探明的剩余開采儲量為1390億t,按2003年開采速度16.67億t/a,僅能維持83a,還將帶來嚴重的環(huán)境污染。我國的石油資源不足,天然氣資源也不夠豐富,天然鈾資源短缺。我國水能資源經濟可開發(fā)量為4.02億kW,年發(fā)電量1.7萬億kW/h,再經過20～30a的開發(fā),70％左右將被開發(fā)完,僅靠水能是解決不了我國電力短缺的。
我國的風能資源十分豐富,根據(jù)國家氣象局估計,我國10m高度以內可開發(fā)利用的地表風電能源約為10億kW,其中陸地2.5億kW,海上7.5億kW,如果擴展到50～60m以上高度,風力資源將有望擴展到20～25億kW。因此,風力發(fā)電是我國能源可持續(xù)發(fā)展的現(xiàn)實而重要的選擇。
風電機組(主要指并網風電機組)是風力發(fā)電的核心設備,其投資約占總投資的60％～80％。風電機組的生產和制造水平也是反映一個國家風電發(fā)展水平的重要因素,因此由進口轉化為國產,可大大降低風電廠的投資,從而有力地促進風電的快速發(fā)展。
我國與世界先進制造技術的差距
世界上先進的風電設備制造商主要在丹麥(風電機組產量占世界市場一半份額)、德國和美國。德國是世界上風電機組臺數(shù)及容量最多的國家,也是風電技術領先的國家,其風電技術的演化路徑和發(fā)展趨勢,在一定程度上代表了世界風電技術的發(fā)展路徑和發(fā)展趨勢。增大單機容量、提高能源轉換效率、降低風電成本是風電技術的改進目標。影響單機發(fā)電容量的物理參數(shù)包括葉輪直徑和軸心高度。到20世紀90年代后期,已能生產MW級風電機組,隨著近海風電技術的推廣,3～5MW級的風電機組在市場中的比例日益提高。1989～2002年,德國風機平均軸心高度增加1倍,葉輪直徑增加2倍,發(fā)電容量提高了10倍左右。
現(xiàn)代風能利用技術的核心技術之一是控制調整能量輸出的穩(wěn)定性。風力發(fā)電機的調節(jié)技術有兩種手段:一是槳距不變,依靠發(fā)電機的調節(jié)適應不同轉速的輸入,確保電力輸出的穩(wěn)定性。定槳距調節(jié)技術的優(yōu)點是調節(jié)簡單可靠,控制也可大大簡化,缺點是槳葉、輪轂、塔架等主要受力部件受力增大。二是依靠變化槳距調節(jié)風機轉速,保證電機轉子轉速的穩(wěn)定性。變槳距調節(jié)技術的優(yōu)點是能夠對各種不同的風速調節(jié)槳距,控制能量輸出,其對風速的調節(jié)范圍更寬,缺點是調節(jié)程序和工藝設計復雜。但從風電的調節(jié)技術發(fā)展趨勢來看,變槳距調節(jié)技術正在逐漸取代定槳距調節(jié)技術,變槳距變速調頻是世界上先進的主流技術。
2000年后世界風電市場的主力機型是兆瓦級的,且近海風電機組單機容量達到3～5MW。從風機葉片的直徑、軸心高度和風電機組的調節(jié)技術上,我國與世界先進水平差距亦較大。但近年來,我國風電機組制造技術提高迅速,可望在不遠的將來縮小和趕上世界風電設備制造的先進水平。
對我國風電建設的幾點建議
我國能源結構及能源可持續(xù)發(fā)展必須滿足國民經濟可持續(xù)發(fā)展的要求。為此,大力發(fā)展風電和快速提高風電設備制造技術水平是我國能源建設的當務之急。根據(jù)目前我國風電設備的制造技術現(xiàn)狀以及與世界先進技術的差距,提出如下幾點建議。
1制訂風電發(fā)展的優(yōu)惠政策
在國家發(fā)改委的統(tǒng)一領導和管理下,制訂風電建設的優(yōu)惠政策,調動各方面的積極性,大力發(fā)展風電,建議主要采取以下政策措施:
(1)規(guī)定電網管理部門允許風電就近上網,并收購全部上網電量；
(2)按發(fā)電成本加還本付息、合理利潤的原則確定上網電價,高出電網平均電價部分,建議國家開征礦石能源消費稅進行補償,風電價格實行動態(tài)管理,每年進行核算和調整,使各方面保持發(fā)展風電的積極性；
(3)風電設備生產企業(yè)屬高新技術產業(yè),享受國家相關的減免稅政策；
(4)制訂政策導向的風電建設及風電設備制造技術的技術標準,如風電廠的建設規(guī)模和新裝風電機組單機容量要達到一定規(guī)模及容量要求等。
2在引進設備的同時引進制造技術
建議通過100萬kW級大型風電廠建設,要求并鼓勵項目法人在風電設備的采購招標文件中明確:國外制造商要與國內設備制造商聯(lián)合投標,國外企業(yè)為責任方,國內企業(yè)為分包商,并附上明確分包比例,簽訂設計、制造、維修等技術轉讓協(xié)議。如果一個100萬kW級風電廠引進一家世界先進水平風電設備制造技術,幾個100萬kW級風電廠就能把世界上頂尖的風電制造技術引入到我國的風電制造企業(yè)中來,從而降低風電設備費和風電廠的建設成本,促進風電建設的大力發(fā)展。
3引進消化注意過程控制
建議國家投入一定的配套資金支持國內企業(yè)進行生產設備的改造更新,并注意:
(1)招標前,國內外風電設備企業(yè)在與項目法人和設計單位交流時,國內企業(yè)就要積極參與,從中了解國外企業(yè)的信息；
(2)在招投標階段,積極為國內企業(yè)創(chuàng)造條件,尋找國外愿意轉讓設計制造技術的合作伙伴,簽訂轉讓協(xié)議,參與投標；
(3)在中標簽合同階段,國內企業(yè)要積極參與問題澄清、合同談判,將轉讓協(xié)議作為合同附件,具備法定效力；
(4)在工程的設計階段,國內企業(yè)與國外企業(yè)聯(lián)合設計,并參與項目法人、工程設計單位與國外企業(yè)舉行的各次設計聯(lián)絡會,從而掌握風電設備的設計與工程設計或具體工程的結合； (5)生產設備改造后,在外方的指導和監(jiān)督下具體制造分包的部分；
(6)在分包制造取得一定經驗的基礎上進行整體制造；
(7)無論是國外制造還是國內制造,國內廠家都應參加設備的安裝調試及試運行,從中發(fā)現(xiàn)問題,以利更好地提高產品質量或找到改進的著眼點。
4引進消化后再創(chuàng)新
在引進消化基礎上,建議國內企業(yè)根據(jù)兩方面的要求進行再創(chuàng)新。①根據(jù)安裝調試和試運行過程中發(fā)現(xiàn)的問題以及運行單位提出的要求,有針對性地進行改造,使引進的風電設備更完善,性能指標更高,運行更可靠,從某種意義上講這也是一種創(chuàng)新。②在引進消化的基礎上結合我國風能資源特點研發(fā)新型的風電機組設備。如我國兩大風帶(三北地區(qū)及東南沿海)的風力資源與歐洲、北美的差別較大,北方有寒冬低溫、沙塵問題,南方有臺風、抗腐蝕、防雷電問題,在引進風電設備的基礎上結合我國的具體情況進行研發(fā),就能使引進的技術再創(chuàng)新。
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