قامت Qorvo مؤخرًا بتوسيع مجموعة إدارة الطاقة الخاصة بها من خلال الإعلان عن أجهزة PAC22140 و PAC25140 للتحكم في تطبيقات الطاقة (PAC) ، وهي حلول إدارة البطارية أحادية الشريحة (BMSes) في الصناعة لدعم حزم البطاريات مع ما يصل إلى 20 خلية في السلسلة (20 ثانية).
بعد شراء Active-Semi International في عام 2019 ، أضافت Qorvo المزيد من منتجات إدارة الطاقة مثل وحدات التحكم الذكية في المحرك ، وأجهزة إدارة البطارية ، ومحولات التيار المستمر / التيار المستمر ، ووحدات PMIC المعيارية للطاقة.
على مدى السنوات القليلة الماضية ، كانت هناك اتجاهات صناعية مهمة مع تقدم كبير في حلول المحركات والبطاريات. نتج عن هذه التطورات الاتجاهات التالية ، التي تناولت العديد من مجالات التطبيق:
- استبدال محرك الاحتراق الداخلي ، والمحرك العالمي AC / DC ، ومحركات التيار المستمر المصقولة بمحركات BLDC / PMSM أكثر كفاءة وأقل تطلبًا للصيانة
- زيادة جهد التشغيل في حلول المحركات والبطاريات
- الاستخدام الواسع لبطاريات Li-ion القابلة لإعادة الشحن
- متطلبات معدات أكثر كفاءة وأداء ؛ علاوة على ذلك ، فإن اللوائح الحكومية الجديدة التي أدخلت في الولايات المتحدة تحظر جميع أدوات الطاقة الخارجية (مثل منفاخ الأوراق) التي تعتمد على محركات الاحتراق
مع زيادة الأداء ، يزداد أيضًا الجهد التشغيلي لهذه الأدوات ، وبالتالي الجهد المطلوب بواسطة حزم البطارية. في مقابلة مع Power Electronics News ، أشار Brian McCarthy ، مدير خط الإنتاج الأول ، وجون كاربنتر ، مدير تطوير المنتجات ، وكلاهما في Qorvo ، إلى أنه على الجانبين الصناعي والمستهلك ، سيكون هناك عدد كبير من المنتجات الجديدة التي تتطلب جهدًا أعلى وأعلى أداء.
كما أشار كاربنتر ، فإن التحدي يكمن في توفير الأدوات والموارد للعميل النهائي المعتمد ضمن الحزمة. يجب معالجة ذلك في بداية دورة تطوير المنتج بأكملها حتى نتمكن من التعامل مع الأشياء بطريقة تجعلها أسهل.
تحكم تطبيق الطاقة
تتمتع Qorvo بخبرة تزيد عن 10 سنوات في تطوير أجهزة التحكم في المحركات PAC. مع أول جهاز تم تسليمه في عام 2014 ، أضافت الشركة باستمرار التحسينات والتطورات إلى خط الإنتاج هذا ، حيث قدمت في نهاية عام 2022 مجموعة تضم أكثر من 30 منتجًا ، بما في ذلك وحدات التحكم في المحركات المتكاملة 40-V و 70-V و 600-V.
من وجهة نظر معمارية ، يتكون كل PAC من مكونين: واجهة أمامية تناظرية للتحكم في المحرك لدعم وظائف التحكم في المحرك وجزء منطقي يعتمد على ARM Cortex MCU (تتوفر النوى M0 و M4F ، اعتمادًا على نوع المنتج).
قال مكارثي: “في الآونة الأخيرة ، ظل العملاء يطلبون منا دمج ميزة إدارة البطارية في PACs الخاصة بنا”. “نظرًا لأنك هنا بالفعل مع التحكم الذكي في المحرك ، فلماذا لا تضيف نفس الذكاء والقدرة على إدارة البطاريات ، التي تزداد تعقيدًا؟”
لتلبية هذا الطلب القادم من السوق ، قررت Qorvo توسيع قدرات عائلة منتجات PAC ، مما يتيح أنظمة BMS الذكية لمجموعة واسعة من التطبيقات الصناعية والتنقل الإلكتروني والنسخ الاحتياطي للبطارية.
قال مكارثي: “ما نعلن عنه في مارس 2023 هو أول BMS متكامل في الصناعة من 10 إلى 20 ثانية”. “إنهما أول جهازي PAC مخصصان ويستهدفان مساحة إدارة البطارية.”
الجزءان الجديدان هما PAC22140 ، استنادًا إلى منصة Cortex M0 (50 ميجا هرتز) مع فلاش 32 كيلو بايت و 8 كيلو بايت SRAM ، و PAC25140 ، استنادًا إلى Cortex M4F core (150 ميجا هرتز) مع فلاش 128 كيلو بايت و 32 -KB SRAM. تتميز هذه الأجهزة بهيكل مشابه لسلسلة PAC5xxx لوحدات التحكم الذكية في المحركات. بينما يظل الجزء الرقمي كما هو عمليًا ، فقد تم تبديل الجزء التناظري ، واستبدال التحكم في المحرك بنهاية أمامية تناظرية BMS (انظر الشكل 1).
قال مكارثي: “أود أن أقول إن الأمر أكثر من وجهة نظر التكلفة والأداء: إن Cortex M0 هو نسختنا ذات الذاكرة المنخفضة ، مع 32 كيلو بايت من الذاكرة ، بينما يحتوي M4F على 128 كيلو بايت من الذاكرة”. “نريد أن نحاول تحقيق توازن بين الأداء والتكلفة. بعض الناس لا يحتاجون إلى الكثير من الأداء. إنه محرك بسيط ، لذلك لدينا M0 بسعة 32 كيلو بايت ، لكن لدى الأشخاص الآخرين محرك أداء أعلى. إنه نوع من التنازل بين التكلفة والأداء. من ناحية الطاقة ، يمكن أن تدخل المكونات في وضع السبات وتعمل بطاقة منخفضة بأقل من 3 أوم “.
في إشارة إلى الأدوات الموضحة في الشكل 1 ، أضاف مكارثي ، “اعتمادًا على المعدات النهائية ، تحتوي معظم هذه المنتجات على محرك وبطارية. بالنسبة لعملائنا المألوفين بالفعل مع عائلة منتجات PAC ، يجب أن يكون الترحيل سهلاً نحو سلسلة PAC2xxx. نحن الآن مزود حلول متكامل ، نغطي طرفي النطاق “.
الوظائف الرئيسية لسلسلة PAC2xxx
كما هو مبين في الشكل 2 ، تشمل وظائف إدارة البطارية الرئيسية التي توفرها PACs المعلن عنها حديثًا ما يلي:
- شحن البطارية وتفريغها
- مراقبة الخلية
- موازنة الخلية
- حماية ماس كهربائى
- الشحن الزائد وحماية التفريغ
- وضع السبات منخفض الطاقة ، والذي يتميز بأقل من 3 µA من امتصاص التيار عند 80 فولت ؛ تتيح هذه الميزة وقتًا طويلاً للتخزين مع التنبيه من زر ضغط أو مؤقت أو اكتشاف الشاحن
تسمح أجهزة PAC22140 و PAC25140 بالوصول إلى الأجهزة الطرفية التناظرية والرقمية اللازمة للتحكم في حزم البطاريات ذات الخلايا العالية اليوم. ومن بين هذه المضخمات التفاضلية ذات الكسب القابل للتكوين ، والعديد من وحدات ADC لـ Sigma-delta ذات 16 بت لاستشعار التيار والجهد ، و ADC 10 بت SAR. يتم تشغيل الجهاز بواسطة وحدة تحكم أحادية التيار 145-V باك DC / DC ، والتي تنشئ سكة نظام 5-V وتدعم شحن وتفريغ سائقي FET بمضخة شحن متكاملة.
يقلل باك الجهد العالي المتكامل من المشكلات الحرارية من خلال دعم النظام بإمداد منظم بجهد 5 فولت يصل إلى 225 مللي أمبير. يوفر LDO المدمج 3.3-V ما يصل إلى 90 مللي أمبير لتشغيل أجهزة طرفية إضافية. يتم توصيل MUX التناظري بـ SAR ADC لفحوصات السلامة على العقد الداخلية. يوفر الطرازان PAC22140 و PAC25140 المتكاملان للغاية للمصممين أكثر من 50٪ من مساحة PCB وخفض التكلفة الإجمالية لقائمة المواد بنسبة 30٪ مع تقليل الوقت اللازم للتسويق من خلال الاستفادة من نظام Qorvo للأجهزة والبرامج الثابتة.
قال مكارثي: “يعتمد كلا الجهازين على متحكم دقيق قياسي وقابل للبرمجة بالكامل”. “نضيف الكثير من خوارزميات إدارة البطارية المختلفة إلى مكتبة البرامج التي نقدمها للعملاء ، ولكننا سنفتحها أيضًا حتى يتمكن العملاء من برمجتها بأنفسهم وإضافة عنوان IP الخاص بهم.”
قال كاربنتر: “إن تكامل الطاقة وتكييف الإشارة يهتم دائمًا بالمهندسين بالضوضاء وتبديل المنظمين ومضخات الشحن والإدارة الحرارية”. “التوازن الحراري الجيد لأقسام الدائرة أمر بالغ الأهمية.”
وفقًا لـ Qorvo ، فإن الشيء الوحيد الذي يميز هذه الأجهزة الجديدة هو القراءة عالية الجهد التي يمكن أن توفرها. على الرغم من أن سلسلة PAC2xxx مبنية على تقنية 160-V ، فإن العديد من منافسي Qorvo لا يستطيعون الوصول إلى تقنية العملية هذه ، وبالتالي ، تقتصر على أجزاء 85-V أو 100-V.
قال مكارثي: “هذا يكفي لتطبيقات ذات 14 أو 16 خلية ، ولكن إذا كنت تستخدم 20 خلية أو أكثر ، فإنك تحتاج إلى جهد كهربائي أعلى”. “أعتقد أنه يضعنا في وضع فريد جدًا هناك.”
تتضمن أدوات التطوير التي توفرها Qorvo دعم الأجهزة وخوارزميات إدارة البطارية وخوارزميات موازنة الخلايا و IDE / مبرمج ومجموعة أدوات التقييم.
تتضمن واجهة المستخدم الرسومية القدرات الرئيسية الثلاث التالية:
- مراقبة الحالة: تتيح للمستخدم مراقبة كل خلية من الخلايا العشرين في حزمة البطارية ، بالإضافة إلى التحقق من حالة الشحن وكيف يتم موازنة الخلايا في الوقت الفعلي.
- إعدادات النظام: يمكن حفظ الإعدادات ذات الصلة في ملف ثم استدعائها أو تعديلها أو استخدامها في مشاريع أخرى.
- تسجيل البيانات: يسمح للمستخدم بتحديد المعلمات ذات الصلة في حزمة البطارية ، ومراقبة قيمها ثم تفريغ تلك البيانات في جدول بيانات Excel لتوفير تمثيل رسومي.
قال كاربنتر: “بناءً على احتياجاتك ، يمكنك حفظ الملف أو تعيين حد حالي مختلف”. “من الممكن أيضًا تسجيل البيانات وفقًا لجودة العينات لتحسين ، على سبيل المثال ، موازنة الخلايا.”
كما توقع Qorvo ، ستركز خارطة الطريق لسلسلة PAC الجديدة على ثلاث مهام:
- تلبية طلب السوق على عدد الخلايا الأقل أو الأعلى ، مع إضافة المزيد من الخيارات إلى الخيارين المتاحين حاليًا (10 و 20).
- توفير مكتبات تساعد العملاء وتساعدهم في تمرير معايير السلامة (مثل IEC 61508) بسرعة.
- قم بتحسين الأداء ، من خلال توفير برامج IP ثابتة وخوارزميات متقدمة لتقييم الحالة الصحية.
