用于步进电机的无传感器单芯片驱动器
Publish Time: 2007-07-12 Views: 1406 Source: 中国机械网|http://www.jx.cn/ Author:
Description: 日前，AMI Semiconductor（AMIS）宣布，推出可极大减少动态运动应用产品中的元件数量和材料成本(BOM)的两种新型单芯片步进电机驱动器IC，分别为AMIS-30521和AMIS......
日前，AMI Semiconductor（AMIS）宣布，推出可极大减少动态运动应用产品中的元件数量和材料成本(BOM)的两种新型单芯片步进电机驱动器IC，分别为AMIS-30521和AMIS-30522。
这两种产品使工程师在一些应用产品中无需开关、霍尔(Hall)传感器、反驰二极管和很多无源元件，适用范围包括汽车前照灯定位系统和监控相机到自动“拾放”系统、自动售卖机、纺织机械、舞台照明等众多产品。
新器件拥有SPI接口，能完全控制NXT“下一步”输入脉冲转换，从而为电机线圈提供适当的PWM输出。该型号新器件都被设计为与主微控制器或DSP共同使用的协同芯片。此外，AMIS-30522包括一个50mA稳压器和用于外部微控制器的看门狗。两种器件都提供从全步到1/32微步功能，包括补偿和非补偿半步进功能。内置电流传感功能消除了对外部电流检测电阻的需求，进一步减少了元件数量。
每个新的混合信号IC都包含两个内置H桥，能够以最高达1600mA的电流驱动双相步进电机。速度和负载角输出使主微控制器能够检测阻转转子和运行结束状况，而无需额外的开关、Hall传感器或光学编码器。除了停转检测，这些功能还允许设计师为微控制器编程，以计算转子位置，并按要求动态调节电流或速度以防止失步。因此能够消除终点停止的噪音和震动，并在无需添加元件的情况下提升了运动控制的精确度和可靠性。
同时，这种新型器件一种选择是采用一种带裸露焊盘的NQFP封装，其横截面不到1mm，占用面积仅为7mmx7mm。除了尺寸小，这些器件还有一系列附加功能，包括过电流、欠压与过压、线圈断路或短路以及过热状况的诊断和保护功能。除了节省电路板空间之外，组件尺寸小还便于直接安装在步进电机上，进一步节省空间并降低电路复杂性。另外，改进的SOIC的裸露下焊盘设计大大提高了热阻性能，确保从IC向PCB的有效散热。
AMIS公司是专业生产数字ASIC产品和混合信号ASIC产品的公司。目前约有员工两千多人，分布在公司总部及世界各地的分支机构。AMI公司的主要产品有：激励传感器接口；电信产品定时发生器；无线基带产品；混合信号ASIC；数字ASIC等其它标准产品。
这两种产品使工程师在一些应用产品中无需开关、霍尔(Hall)传感器、反驰二极管和很多无源元件，适用范围包括汽车前照灯定位系统和监控相机到自动“拾放”系统、自动售卖机、纺织机械、舞台照明等众多产品。
新器件拥有SPI接口，能完全控制NXT“下一步”输入脉冲转换，从而为电机线圈提供适当的PWM输出。该型号新器件都被设计为与主微控制器或DSP共同使用的协同芯片。此外，AMIS-30522包括一个50mA稳压器和用于外部微控制器的看门狗。两种器件都提供从全步到1/32微步功能，包括补偿和非补偿半步进功能。内置电流传感功能消除了对外部电流检测电阻的需求，进一步减少了元件数量。
每个新的混合信号IC都包含两个内置H桥，能够以最高达1600mA的电流驱动双相步进电机。速度和负载角输出使主微控制器能够检测阻转转子和运行结束状况，而无需额外的开关、Hall传感器或光学编码器。除了停转检测，这些功能还允许设计师为微控制器编程，以计算转子位置，并按要求动态调节电流或速度以防止失步。因此能够消除终点停止的噪音和震动，并在无需添加元件的情况下提升了运动控制的精确度和可靠性。
同时，这种新型器件一种选择是采用一种带裸露焊盘的NQFP封装，其横截面不到1mm，占用面积仅为7mmx7mm。除了尺寸小，这些器件还有一系列附加功能，包括过电流、欠压与过压、线圈断路或短路以及过热状况的诊断和保护功能。除了节省电路板空间之外，组件尺寸小还便于直接安装在步进电机上，进一步节省空间并降低电路复杂性。另外，改进的SOIC的裸露下焊盘设计大大提高了热阻性能，确保从IC向PCB的有效散热。
AMIS公司是专业生产数字ASIC产品和混合信号ASIC产品的公司。目前约有员工两千多人，分布在公司总部及世界各地的分支机构。AMI公司的主要产品有：激励传感器接口；电信产品定时发生器；无线基带产品；混合信号ASIC；数字ASIC等其它标准产品。
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在我国大力开展节能减排工作的进程中，越来越多的跨国企业看到了其中的“环保商机”，美国特灵公司就将目光投向当下方兴未艾的合同能源管理模式。
日前，特灵公司与上海华虹NEC电子有限公司签订了第二期合同能源管理协议。根据协议，特灵公司将对华虹NEC的水蓄冷系统进行改造，利用工业用电的峰谷差值以及水箱，实现在夏天夜间制冷，白天释放冷气，从而大幅降低空调能耗。
此前，特灵公司和华虹NEC的第一期合同能源管理合作，通过在冬季回收冷却塔向外排放的热气，减少生产用于新风预热的蒸汽的费用。改造过的热回收系统自2005年12月起开始运行，第一年预计能降低能源支出150万元，实际达到180万元，使得改造投资在一年半时间内就得以收回。
特灵公司中国区总裁韦日明说，特灵公司已在国内完成深圳香格里拉饭店、北京凯宾斯基饭店、中国保险大厦等多个合同能源管理项目，均取得良好的节能成效，公司目前还有100多个项目正在洽谈中。
日前，特灵公司与上海华虹NEC电子有限公司签订了第二期合同能源管理协议。根据协议，特灵公司将对华虹NEC的水蓄冷系统进行改造，利用工业用电的峰谷差值以及水箱，实现在夏天夜间制冷，白天释放冷气，从而大幅降低空调能耗。
此前，特灵公司和华虹NEC的第一期合同能源管理合作，通过在冬季回收冷却塔向外排放的热气，减少生产用于新风预热的蒸汽的费用。改造过的热回收系统自2005年12月起开始运行，第一年预计能降低能源支出150万元，实际达到180万元，使得改造投资在一年半时间内就得以收回。
特灵公司中国区总裁韦日明说，特灵公司已在国内完成深圳香格里拉饭店、北京凯宾斯基饭店、中国保险大厦等多个合同能源管理项目，均取得良好的节能成效，公司目前还有100多个项目正在洽谈中。
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太阳照射到地球表面,地球表面各处受热不同,产生温差,从而引起大气的对流运动形成风,其携带的能量即风能。风吹动风机旋转从而带动发电机旋转发电称风力发电即风电。风能是太阳能的一种转化形式,是一种不产生任何污染排放的可再生自然能源。与太阳能、生物、地热和海洋能发电相比,风电是当前技术和经济上最具商业化规模开发条件的新能源。
能源是经济社会发展的重要物质基础,要实现2020年我国GDP翻两番的宏伟目标和国民经济的持续高速增长,仅靠常规能源难以解决能源和电力短缺。占电力供应70％的煤电燃料---煤炭,探明的剩余开采储量为1390亿t,按2003年开采速度16.67亿t/a,仅能维持83a,还将带来严重的环境污染。我国的石油资源不足,天然气资源也不够丰富,天然铀资源短缺。我国水能资源经济可开发量为4.02亿kW,年发电量1.7万亿kW/h,再经过20～30a的开发,70％左右将被开发完,仅靠水能是解决不了我国电力短缺的。
我国的风能资源十分丰富,根据国家气象局估计,我国10m高度以内可开发利用的地表风电能源约为10亿kW,其中陆地2.5亿kW,海上7.5亿kW,如果扩展到50～60m以上高度,风力资源将有望扩展到20～25亿kW。因此,风力发电是我国能源可持续发展的现实而重要的选择。
风电机组(主要指并网风电机组)是风力发电的核心设备,其投资约占总投资的60％～80％。风电机组的生产和制造水平也是反映一个国家风电发展水平的重要因素,因此由进口转化为国产,可大大降低风电厂的投资,从而有力地促进风电的快速发展。
我国与世界先进制造技术的差距
世界上先进的风电设备制造商主要在丹麦(风电机组产量占世界市场一半份额)、德国和美国。德国是世界上风电机组台数及容量最多的国家,也是风电技术领先的国家,其风电技术的演化路径和发展趋势,在一定程度上代表了世界风电技术的发展路径和发展趋势。增大单机容量、提高能源转换效率、降低风电成本是风电技术的改进目标。影响单机发电容量的物理参数包括叶轮直径和轴心高度。到20世纪90年代后期,已能生产MW级风电机组,随着近海风电技术的推广,3～5MW级的风电机组在市场中的比例日益提高。1989～2002年,德国风机平均轴心高度增加1倍,叶轮直径增加2倍,发电容量提高了10倍左右。
现代风能利用技术的核心技术之一是控制调整能量输出的稳定性。风力发电机的调节技术有两种手段:一是桨距不变,依靠发电机的调节适应不同转速的输入,确保电力输出的稳定性。定桨距调节技术的优点是调节简单可靠,控制也可大大简化,缺点是桨叶、轮毂、塔架等主要受力部件受力增大。二是依靠变化桨距调节风机转速,保证电机转子转速的稳定性。变桨距调节技术的优点是能够对各种不同的风速调节桨距,控制能量输出,其对风速的调节范围更宽,缺点是调节程序和工艺设计复杂。但从风电的调节技术发展趋势来看,变桨距调节技术正在逐渐取代定桨距调节技术,变桨距变速调频是世界上先进的主流技术。
2000年后世界风电市场的主力机型是兆瓦级的,且近海风电机组单机容量达到3～5MW。从风机叶片的直径、轴心高度和风电机组的调节技术上,我国与世界先进水平差距亦较大。但近年来,我国风电机组制造技术提高迅速,可望在不远的将来缩小和赶上世界风电设备制造的先进水平。
对我国风电建设的几点建议
我国能源结构及能源可持续发展必须满足国民经济可持续发展的要求。为此,大力发展风电和快速提高风电设备制造技术水平是我国能源建设的当务之急。根据目前我国风电设备的制造技术现状以及与世界先进技术的差距,提出如下几点建议。
1制订风电发展的优惠政策
在国家发改委的统一领导和管理下,制订风电建设的优惠政策,调动各方面的积极性,大力发展风电,建议主要采取以下政策措施:
(1)规定电网管理部门允许风电就近上网,并收购全部上网电量；
(2)按发电成本加还本付息、合理利润的原则确定上网电价,高出电网平均电价部分,建议国家开征矿石能源消费税进行补偿,风电价格实行动态管理,每年进行核算和调整,使各方面保持发展风电的积极性；
(3)风电设备生产企业属高新技术产业,享受国家相关的减免税政策；
(4)制订政策导向的风电建设及风电设备制造技术的技术标准,如风电厂的建设规模和新装风电机组单机容量要达到一定规模及容量要求等。
2在引进设备的同时引进制造技术
建议通过100万kW级大型风电厂建设,要求并鼓励项目法人在风电设备的采购招标文件中明确:国外制造商要与国内设备制造商联合投标,国外企业为责任方,国内企业为分包商,并附上明确分包比例,签订设计、制造、维修等技术转让协议。如果一个100万kW级风电厂引进一家世界先进水平风电设备制造技术,几个100万kW级风电厂就能把世界上顶尖的风电制造技术引入到我国的风电制造企业中来,从而降低风电设备费和风电厂的建设成本,促进风电建设的大力发展。
3引进消化注意过程控制
建议国家投入一定的配套资金支持国内企业进行生产设备的改造更新,并注意:
(1)招标前,国内外风电设备企业在与项目法人和设计单位交流时,国内企业就要积极参与,从中了解国外企业的信息；
(2)在招投标阶段,积极为国内企业创造条件,寻找国外愿意转让设计制造技术的合作伙伴,签订转让协议,参与投标；
(3)在中标签合同阶段,国内企业要积极参与问题澄清、合同谈判,将转让协议作为合同附件,具备法定效力；
(4)在工程的设计阶段,国内企业与国外企业联合设计,并参与项目法人、工程设计单位与国外企业举行的各次设计联络会,从而掌握风电设备的设计与工程设计或具体工程的结合； (5)生产设备改造后,在外方的指导和监督下具体制造分包的部分；
(6)在分包制造取得一定经验的基础上进行整体制造；
(7)无论是国外制造还是国内制造,国内厂家都应参加设备的安装调试及试运行,从中发现问题,以利更好地提高产品质量或找到改进的着眼点。
4引进消化后再创新
在引进消化基础上,建议国内企业根据两方面的要求进行再创新。①根据安装调试和试运行过程中发现的问题以及运行单位提出的要求,有针对性地进行改造,使引进的风电设备更完善,性能指标更高,运行更可靠,从某种意义上讲这也是一种创新。②在引进消化的基础上结合我国风能资源特点研发新型的风电机组设备。如我国两大风带(三北地区及东南沿海)的风力资源与欧洲、北美的差别较大,北方有寒冬低温、沙尘问题,南方有台风、抗腐蚀、防雷电问题,在引进风电设备的基础上结合我国的具体情况进行研发,就能使引进的技术再创新。
能源是经济社会发展的重要物质基础,要实现2020年我国GDP翻两番的宏伟目标和国民经济的持续高速增长,仅靠常规能源难以解决能源和电力短缺。占电力供应70％的煤电燃料---煤炭,探明的剩余开采储量为1390亿t,按2003年开采速度16.67亿t/a,仅能维持83a,还将带来严重的环境污染。我国的石油资源不足,天然气资源也不够丰富,天然铀资源短缺。我国水能资源经济可开发量为4.02亿kW,年发电量1.7万亿kW/h,再经过20～30a的开发,70％左右将被开发完,仅靠水能是解决不了我国电力短缺的。
我国的风能资源十分丰富,根据国家气象局估计,我国10m高度以内可开发利用的地表风电能源约为10亿kW,其中陆地2.5亿kW,海上7.5亿kW,如果扩展到50～60m以上高度,风力资源将有望扩展到20～25亿kW。因此,风力发电是我国能源可持续发展的现实而重要的选择。
风电机组(主要指并网风电机组)是风力发电的核心设备,其投资约占总投资的60％～80％。风电机组的生产和制造水平也是反映一个国家风电发展水平的重要因素,因此由进口转化为国产,可大大降低风电厂的投资,从而有力地促进风电的快速发展。
我国与世界先进制造技术的差距
世界上先进的风电设备制造商主要在丹麦(风电机组产量占世界市场一半份额)、德国和美国。德国是世界上风电机组台数及容量最多的国家,也是风电技术领先的国家,其风电技术的演化路径和发展趋势,在一定程度上代表了世界风电技术的发展路径和发展趋势。增大单机容量、提高能源转换效率、降低风电成本是风电技术的改进目标。影响单机发电容量的物理参数包括叶轮直径和轴心高度。到20世纪90年代后期,已能生产MW级风电机组,随着近海风电技术的推广,3～5MW级的风电机组在市场中的比例日益提高。1989～2002年,德国风机平均轴心高度增加1倍,叶轮直径增加2倍,发电容量提高了10倍左右。
现代风能利用技术的核心技术之一是控制调整能量输出的稳定性。风力发电机的调节技术有两种手段:一是桨距不变,依靠发电机的调节适应不同转速的输入,确保电力输出的稳定性。定桨距调节技术的优点是调节简单可靠,控制也可大大简化,缺点是桨叶、轮毂、塔架等主要受力部件受力增大。二是依靠变化桨距调节风机转速,保证电机转子转速的稳定性。变桨距调节技术的优点是能够对各种不同的风速调节桨距,控制能量输出,其对风速的调节范围更宽,缺点是调节程序和工艺设计复杂。但从风电的调节技术发展趋势来看,变桨距调节技术正在逐渐取代定桨距调节技术,变桨距变速调频是世界上先进的主流技术。
2000年后世界风电市场的主力机型是兆瓦级的,且近海风电机组单机容量达到3～5MW。从风机叶片的直径、轴心高度和风电机组的调节技术上,我国与世界先进水平差距亦较大。但近年来,我国风电机组制造技术提高迅速,可望在不远的将来缩小和赶上世界风电设备制造的先进水平。
对我国风电建设的几点建议
我国能源结构及能源可持续发展必须满足国民经济可持续发展的要求。为此,大力发展风电和快速提高风电设备制造技术水平是我国能源建设的当务之急。根据目前我国风电设备的制造技术现状以及与世界先进技术的差距,提出如下几点建议。
1制订风电发展的优惠政策
在国家发改委的统一领导和管理下,制订风电建设的优惠政策,调动各方面的积极性,大力发展风电,建议主要采取以下政策措施:
(1)规定电网管理部门允许风电就近上网,并收购全部上网电量；
(2)按发电成本加还本付息、合理利润的原则确定上网电价,高出电网平均电价部分,建议国家开征矿石能源消费税进行补偿,风电价格实行动态管理,每年进行核算和调整,使各方面保持发展风电的积极性；
(3)风电设备生产企业属高新技术产业,享受国家相关的减免税政策；
(4)制订政策导向的风电建设及风电设备制造技术的技术标准,如风电厂的建设规模和新装风电机组单机容量要达到一定规模及容量要求等。
2在引进设备的同时引进制造技术
建议通过100万kW级大型风电厂建设,要求并鼓励项目法人在风电设备的采购招标文件中明确:国外制造商要与国内设备制造商联合投标,国外企业为责任方,国内企业为分包商,并附上明确分包比例,签订设计、制造、维修等技术转让协议。如果一个100万kW级风电厂引进一家世界先进水平风电设备制造技术,几个100万kW级风电厂就能把世界上顶尖的风电制造技术引入到我国的风电制造企业中来,从而降低风电设备费和风电厂的建设成本,促进风电建设的大力发展。
3引进消化注意过程控制
建议国家投入一定的配套资金支持国内企业进行生产设备的改造更新,并注意:
(1)招标前,国内外风电设备企业在与项目法人和设计单位交流时,国内企业就要积极参与,从中了解国外企业的信息；
(2)在招投标阶段,积极为国内企业创造条件,寻找国外愿意转让设计制造技术的合作伙伴,签订转让协议,参与投标；
(3)在中标签合同阶段,国内企业要积极参与问题澄清、合同谈判,将转让协议作为合同附件,具备法定效力；
(4)在工程的设计阶段,国内企业与国外企业联合设计,并参与项目法人、工程设计单位与国外企业举行的各次设计联络会,从而掌握风电设备的设计与工程设计或具体工程的结合； (5)生产设备改造后,在外方的指导和监督下具体制造分包的部分；
(6)在分包制造取得一定经验的基础上进行整体制造；
(7)无论是国外制造还是国内制造,国内厂家都应参加设备的安装调试及试运行,从中发现问题,以利更好地提高产品质量或找到改进的着眼点。
4引进消化后再创新
在引进消化基础上,建议国内企业根据两方面的要求进行再创新。①根据安装调试和试运行过程中发现的问题以及运行单位提出的要求,有针对性地进行改造,使引进的风电设备更完善,性能指标更高,运行更可靠,从某种意义上讲这也是一种创新。②在引进消化的基础上结合我国风能资源特点研发新型的风电机组设备。如我国两大风带(三北地区及东南沿海)的风力资源与欧洲、北美的差别较大,北方有寒冬低温、沙尘问题,南方有台风、抗腐蚀、防雷电问题,在引进风电设备的基础上结合我国的具体情况进行研发,就能使引进的技术再创新。
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