Блок управления питанием: особенности, функции и применение в современных системах

Что такое блок управления питанием. Какие функции выполняет PCU в электронных системах. Как устроен типичный блок управления питанием. Где применяются PCU в автомобильной и промышленной электронике. Какие преимущества дает использование современных блоков управления питанием.

Что такое блок управления питанием (PCU) и его основные функции

Блок управления питанием (Power Control Unit, PCU) — это важный компонент современных электронных систем, отвечающий за распределение, регулирование и контроль электропитания различных узлов и компонентов. Основные функции PCU включают:

• Преобразование входного напряжения в требуемые уровни для питания отдельных компонентов
• Стабилизация напряжения и защита от перепадов
• Распределение питания между различными подсистемами
• Мониторинг энергопотребления и диагностика
• Управление режимами энергосбережения
• Защита от перегрузок и коротких замыканий

Современные PCU представляют собой сложные интеллектуальные системы, объединяющие аналоговые и цифровые схемы управления питанием. Они обеспечивают надежную и эффективную работу электронных устройств в различных условиях эксплуатации.

Структура и основные компоненты блока управления питанием

Типичный блок управления питанием включает следующие ключевые компоненты:

• Преобразователи напряжения (DC-DC конвертеры, линейные стабилизаторы)
• Микроконтроллер или специализированный чип управления питанием
• Датчики тока и напряжения
• Силовые ключи и драйверы
• Защитные цепи (от перегрузки, перегрева и т.д.)
• Интерфейсы для связи с основной системой управления

Как правило, PCU выполняется в виде отдельного модуля или интегральной микросхемы. В зависимости от сложности системы, блок управления питанием может включать дополнительные узлы, например, схемы заряда аккумуляторов, контроллеры шин питания и др.

Применение PCU в автомобильной электронике

Блоки управления питанием играют ключевую роль в современных автомобильных электронных системах. Основные области применения PCU в автомобилях:

• Управление питанием электронных блоков управления (ECU) двигателем, трансмиссией, тормозной системой и др.
• Обеспечение электропитания информационно-развлекательных систем
• Контроль заряда и разряда высоковольтных батарей в электромобилях и гибридах
• Управление энергопотреблением в системах помощи водителю (ADAS)
• Распределение питания в системах освещения и комфорта

Современные автомобильные PCU должны обеспечивать надежную работу в широком диапазоне температур, выдерживать вибрации и удары, а также обладать высокой электромагнитной совместимостью. Это предъявляет особые требования к их конструкции и компонентной базе.

Особенности PCU для промышленных применений

В промышленной электронике блоки управления питанием также находят широкое применение. Ключевые особенности промышленных PCU:

• Высокая надежность и длительный срок службы
• Возможность работы в жестких условиях окружающей среды
• Широкий диапазон входных напряжений
• Высокий КПД преобразования энергии
• Развитые средства диагностики и мониторинга
• Поддержка промышленных протоколов связи

Промышленные PCU применяются в системах автоматизации, робототехнике, измерительном оборудовании, телекоммуникационных системах и многих других областях. Они обеспечивают стабильное и качественное электропитание ответственных узлов, повышая надежность и эффективность работы промышленного оборудования.

Современные тенденции в развитии блоков управления питанием

Основные направления совершенствования PCU в настоящее время включают:

• Повышение энергоэффективности и снижение тепловыделения
• Уменьшение габаритов и веса при сохранении функциональности
• Расширение возможностей цифрового управления и мониторинга
• Интеграция дополнительных функций защиты и диагностики
• Улучшение электромагнитной совместимости
• Поддержка новых стандартов питания (например, USB Power Delivery)

Современные PCU все чаще оснащаются продвинутыми алгоритмами управления, позволяющими оптимизировать энергопотребление системы в реальном времени. Также наблюдается тенденция к более тесной интеграции блоков управления питанием с основными вычислительными модулями устройств.

Преимущества использования современных блоков управления питанием

Применение современных PCU дает ряд существенных преимуществ при разработке электронных систем:

• Повышение надежности и отказоустойчивости оборудования
• Оптимизация энергопотребления и увеличение времени автономной работы
• Упрощение разработки за счет использования готовых решений
• Улучшение тепловых режимов работы электронных компонентов
• Расширенные возможности диагностики и удаленного мониторинга
• Гибкость в управлении питанием различных подсистем

Использование специализированных PCU позволяет разработчикам сосредоточиться на основной функциональности устройств, не тратя время на создание сложных схем управления питанием. Это ускоряет процесс разработки и вывода новых продуктов на рынок.

Выбор оптимального блока управления питанием для конкретного применения

При выборе PCU для конкретной задачи необходимо учитывать следующие факторы:

• Требуемые выходные напряжения и токи
• Диапазон входных напряжений
• Условия эксплуатации (температура, вибрации, влажность)
• Требования по энергоэффективности
• Необходимость дополнительных функций (защита, мониторинг)
• Габаритные ограничения
• Стоимость и доступность компонентов

Важно также учитывать перспективы развития системы и возможность масштабирования решения в будущем. Правильный выбор блока управления питанием позволяет создать надежное и эффективное устройство, отвечающее всем требованиям заказчика.

Модуль управления питанием

Техничка

Подпишитесь на автора

Подписаться

Не хочу

11

После обновления прошивки на моем Sapphire Pro появилась возможность управлять выключением питания принтера через G код. Это позволяет, например, по окончании печати автоматически выключить принтер, а не оставлять его жужжать вентиляторами всю ночь.

Входные требования я для себя сформировал следующие:

• Кнопка включения-выключения без фиксации
• Задержка исполнения по нажатию (включение/выключение) — 0.5 сек
• Коммутация емкостной нагрузки — импульсный блок питания принтера
• Наличие упраляющего входа с гальванической развязкой, спад (обрыв) сигнала на котором вызывает процедуру выключения
• Гальваническая развязка силовой части от управляющей

Вопрос о том, что выбрать таймер 555 с обвязкой или минимальный микроконтроллер из области религии. Поэтому просто расскажу что и как работает.

Силовая часть состоит из 2х ключей. Один выполнен на симисторе, второй — параллельно на реле. Сначала включается симистор, затем через 0.2 секунды реле. Таким образом контакты реле не подгорают, а симистор испытывает нагрузку только при включении. Выключение происходит в обратном порядке.

Симистор управляется через оптическую пару включение которой синхронизировано с переходом через 0 сетевого напряжения, поэтому критических токов, когда разряженный конденсатор нагрузки коммутируется симисторм в фазе максимума напряжения нет.

В качестве управляющего микроконтроллера применен Tiny13. Порт PB3 управляет включением симистора, а PB4 — реле. Кнопка сброса B1 для установки не обязательна и использовалась только на стадии отладки прошивки.

Сигнал OFF_REQ фронтом вызывает прерывание и микрокотроллер выполняет процедуру выключения нагрузки. Таким образом, если OFF_REQ_IN висит в воздухе, транзистор оптопары закрыт, а OFF_REQ имеет логическую 1 и никак не влияет на работу алгритма микроконтроллера.

Но если подключен принтер, OFF_REQ_IN получит потенциал, и транзистор оптопары откроется, на OFF_REQ будет логический 0. Фронт теперь возникнет, если на OFF_REQ_IN пропадет потенциал или под управлением материнской платы принтера OFF_REQ_IN будет прижат к земле.

Кнопка включения/выключения питания подключается между сигналом MISO (PB1) и землей и обрабатывается программно: если 0 держится более 0.5 секунды вызывается процедура включения или выключения ншрузки (описано ранее).

Печатная плата односторонняя. С верхней сороны расположены блок питания дежурного режима, симистор, реле, разъем для нагрузки, разъем программатора (он же кнопки включения-выключения), разъем соединения с материнсой платой. На нижней стороне располагаются SMD копоненты: обвязка ключей, микроконтроллер.

Размер платы позволяет установить ее на боковую стенку корпуса основного блока питания принтера. Фото в первой записи по теме.

Прошивка с исходным кодом, гербер файлы, svg для печати пленки: https://github. com/vyacheslav-shubin/power_control_firmware

power control

Подпишитесь на автора

Подписаться

Не хочу

11

Центральный блок управления и питания CCSD-CU

Пульт управления CCSD-CU является ядром дискуссионной системы Bosch CCS 1000 D и обеспечивает питание всех пультов участников и председателя в системе. Пульт управления также осуществляет контроль над микрофонами пультов участников и председателя и обеспечивает подключения входов и выходов аудио.

• Цифровое подавление акустической обратной связи
• Управление ходом заседания без оператора
• Управление 80 устройствами ввода (микрофонными пультами)
• Расширение системы до 245 пультов при помощи дополнительного блока CCSD-EXU
• Встроенный громкоговоритель
• Интеграция с купольными камерами Bosch для отображения докладчика

Блок управления — это центральный компонент цифровой дискуссионной системы CCS 1000. Он обеспечивает питанием все подключенные дискуссионные устройства и мониторы, а также управляет системой. Благодаря сенсорным кнопкам обеспечивается простая настройка и управление блоком, а с помощью интуитивных светодиодных индикаторов можно получить информацию о параметрах системы.

Благодаря удобно расположенным разъемам на задней панели блока к дискуссионной системе можно подключить периферийное оборудование, такое как аудиооборудование и HD-камеры Conference Dome компании Bosch. Интуитивно понятное управление веб-браузер дает возможность просмотра и изменения основных и дополнительных параметров системы в соответствии с требованиями.

Легкость подключения

CCS 1000 D очень быстро и легко устанавливается — обучение не требуется. Даже с функцией автоматического управления камеры система может быть запущена в течение нескольких минут, без дополнительного программного обеспечения. Получить изображение выступающего докладчика легко благодаря функции автоматического управления купольной HD камерой Bosch.

Благодаря функции «plug-and-play» Блок управления можно удобно подключить к системе или отключить Дискуссионные устройства и камеры по необходимости. Не требуется отключать питание или выполнять перезагрузку системы, благодаря чему сокращается время на установку и изменение конфигурации.

Дискуссионная система CCS 1000 D идеально подходит для небольших и средних конференц-залов или переговорных помещений, а также для арендных компаний, которые могут использовать ее качестве мобильного решения.

Простота в использовании

Система идеальна для начинающих пользователей: нет необходимости в операторе, в дополнительном оборудовании и профессиональных знаниях. Интуитивно-понятный блок управления является независимым от языка.

Простое и/или расширенное управление

Обычно система используется в качестве простой, дискуссионной системы. В этих случаях председатель может контролировать встречу при помощи интуитивно-понятных кнопок на передней панели блока управления.

Более широкие возможности управления доступны председателю при использовании веб-браузера ноутбука или планшета. Председатель сможет видеть имена делегатов, статус микрофонов (вкл./выкл.), а так же тех, кто находится в очереди на выступление. Система под управлением веб-браузера позволяет поддерживать включенными одновременно до 10 микрофонов.

С помощью веб-браузера на планшете, переносном компьютере или ПК можно легко просматривать и управлять основными и дополнительными параметрами системы, включая управление микрофоном и записью. Изменения в веб-браузер автоматически записываются в Блок управления и наоборот. Есть возможность использования функции веб-браузера, с помощью которой Блок управления и подключенные устройства могут автоматически выключаться для экономии электроэнергии.

Чтобы предотвратить несанкционированный доступ к параметрам системы, воспользуйтесь параметрами доступа, предоставляемыми отдельно для операторов и технических специалистов.

Управление ходом заседания

С помощью кнопки «Режим микрофона» на передней панели Блок управления можно выбрать один из следующих режимов микрофона:

• Открытый режим. Участники могут говорить, нажимая кнопки микрофона. При достижении максимального количества включенных микрофонов, следующий участник, который включает свой микрофон, добавляется к списку заявок на выступление. Первый участник в списке ожидания может говорить, когда выключается активированный микрофон.
• Режим вытеснения. Позволяет участникам отключать другие микрофоны путем включения собственного. При достижении максимального количества включенных микрофонов, следующий участник, который включает свой микрофон, автоматически отключает микрофон, проработавший дольше всех (микрофон председатель не находится в списке включенных микрофонов, поэтому участник не может его вытеснить).
• Режим активации голоса. Участники могут активировать микрофон, начиная в него говорить. Нажимая и удерживая кнопку микрофона можно временно приглушить микрофон.
• Режим нажатия (PTT). Позволяет участникам говорить путем нажатия и удерживания кнопок своих микрофонов. Микрофон выключается, когда участник отпускает кнопку микрофона.

Максимальное количество участников участник, которые могут говорить, равняется максимальному количеству включенных микрофонов.

Интерфейс для периферийного оборудования

С помощью Блока управления к дискуссионной системе CCS 1000 можно подключить следующее оборудование:

• Системные камеры, которые обеспечивают четкий обзор конференций. К системе со встроенной поддержкой можно подключить до 6 камер Bosch HD Conference Dome (заданные настройки камеры могут быть изменены в веб-браузер).
• Внешний проводной или беспроводной микрофон, благодаря которому приглашенные гости и присутствующие участники могут принимать участие в обсуждении.
• Система усиления звука для передачи хода заседания для аудитории в этом же или соседнем помещении
• Аудиооборудование для трансляции музыки с помощью громкоговорителей дискуссионной системы
• Внешний цифровой аудиопроцессор для изменения сигнала конференц-зала, переданного на громкоговорители и наушники участник (коррекция звука)
• Устройство сопряжения с телефонной сетью, с помощью которого удаленный участник может участвовать в конференции по телефону или по видеосвязи.
• Внешнее записывающее устройство для записи и последующего воспроизведения переговоров.
• Компьютер (подсоединенный через MicroUSB-разъем на задней панели Блока управления) для передачи записей (переговоров) из внутренней памяти Блока управления.

Блок управления мощностью (PCU) | Приложения

Блок-схема блока управления питанием (PCU)

Если щелкнуть часть, к которой был прикреплен цвет, она перейдет к продуктам.

Операционный усилитель

Продукция	Характеристики
NJM8208	2 Прецизионный двойной операционный усилитель с однополярным питанием и выходом Rail-to-Rail
NJM8532	14 В, малошумящий, маломощный, Rail-to-Rail вход/выход, операционный усилитель
NJU7077	Прецизионные, малошумящие, выходное напряжение Rail-to-Rail, отличная устойчивость к электромагнитным помехам, КМОП-операционные усилители

Компаратор

Продукция	Характеристики
NJM2903	Двойной компаратор с однополярным питанием
NJU77242	Вход Rail-to-Rail Выход с открытым стоком КМОП-компараторы малой мощности

АСП

Продукция	Характеристики
NJU77903	Одиночные КМОП-операционные усилители с высоким выходным током, Rail-to-Rail вход/выход
NJU7870	Усилитель для возбуждения резольвера
NJU7890	ИС монитора высокого напряжения 1000 В

(LDO) ИС источника питания

Продукция	Характеристики
NJM12884	LDO с защитой от обратного тока / плавным пуском / функцией разрядки
NJM2879	LDO с защитой от обратного тока / функцией разрядки
NJW4182	Высокое напряжение Сверхнизкое потребление тока Io=100 мА LDO
Р1560	Низкий ток питания, вход 60 В, регулятор напряжения 100 мА
Р1561	Регулятор напряжения на входе 60 В, 100 мА
Р1524	Низкий ток питания 36 В Вход 200 мА Регулятор напряжения
Р1525	Высокая помехозащищенность Низкий ток питания 42 В Вход 200 мА Регулятор напряжения
Р1526	Помехоустойчивый регулятор напряжения 42 В, 300 мА
Р1517	Вход 36 В, 500 мА, регулятор напряжения с малым током питания
Р1518	Вход 36 В 1 А Регулятор напряжения низкого тока питания

(DC/DC) ИС источника питания

Продукция	Характеристики
НДЖВ4152БА	ИС импульсного регулятора для понижающего преобразователя с полевым МОП-транзистором 40 В/600 мА
Р1260	60 В Вход / 80 В Абсолютный Максимальный Номинал Синхронный Понижающий DC/DC Контроллер
Р1271	30 В, 1 А Синхронный понижающий DC/DC преобразователь с ШИМ
NJW4140	ИС импульсного регулятора привода MOSFET для повышающего/обратноходового преобразователя

(следящий регулятор) ИС источника питания

Продукция	Характеристики
Р1540	Помехоустойчивый вход 42 В, 70 мА, датчик напряжения

(детектор напряжения, сторожевой таймер) ИС источника питания

Продукция	Характеристики
Р3152	Детектор напряжения входного окна 42 В
Р3154	Детектор напряжения входного окна 42 В с функцией диагностики
R3119xxxxA	Детектор входного напряжения 36 В с функцией задержки или контакт SENSE
R3119xxxxE	Детектор входного напряжения 36 В с функцией задержки или SENSE, контакт
R3121xxxxA	Детектор входного напряжения 36 В с функцией задержки срабатывания
R3121xxxxE	Детектор входного напряжения 36 В с функцией задержки срабатывания
Р3160	Детектор входного напряжения 60 В низкого тока
R5116	Регулятор входного напряжения 42 В с детектором напряжения в окне
R5117	Регулятор входного напряжения 42 В с детектором напряжения батареи
R5110	Блок питания системы ввода 36 В со сторожевым таймером
R5114	Низкий ток питания, 42 В, блок питания системы ввода со сторожевым таймером
R5115	Низкий ток питания, 42 В, блок питания системы ввода со сторожевым таймером оконного типа

• Дом
• приложений
• Блок-схема приложения (автомобилестроение)
• Блок управления питанием (PCU)

электронный блок управления (ECU) и блоки преобразования мощности (PCU)

Наша система обнаружила, что вы находитесь в , но текущая настройка страны . Вы все еще хотите изменить свою страну?

• Дом
• Продукты
• Приложения
• Автомобильная, аэрокосмическая и железнодорожная промышленность
• Электронное управление (ECU) и блоки управления мощностью (PCU) и датчики

Широкий ассортимент WACKER предлагает решения для специальных задач, связанных с электронными блоками управления и блоками управления двигателем. Наши продукты защищают электронику, обеспечивают функциональную безопасность и управление температурным режимом, а также просты в обработке и производстве.

Благодаря эффективному регулированию температуры и высокой термостойкости наши силиконы соответствуют требованиям по преобразованию энергии в автомобильной промышленности. Наши новейшие клеи обеспечивают быстрое наращивание адгезии при минимальном потреблении энергии (< 10 мин при 60–80 °C), а специальные марки позволяют работать даже без использования печи.

Электронные блоки управления (ECU)

Комфорт, безопасность и топливная экономичность современных автомобилей во многом определяются качеством электронных устройств управления. Высококачественные силиконовые эластомеры со своими особыми характеристиками из наших серий продуктов ELASTOSIL ^® , SEMICOSIL ^® и WACKER SilGel ^® обеспечивают эффективную и безопасную работу электронных систем управления и безопасности в течение длительного времени.

Преимущества:

• Низкий модуль упругости в широком диапазоне температур
• Снижение механических и тепловых нагрузок
• Высокая надежность при температуре от -90 °C до более 200 °C (специальные марки до 230 °C)
• Теплопроводный
• Низкоэнергетическое отверждение, быстрое отверждение
• Помощь в отводе тепла (управление температурой)
• Некровоточащие, не экссудирующие
• Топливо- и маслостойкий
• Высокая прочность на разрыв
• Сжимаемый

Области применения:

• Уплотнение/склеивание компонентов корпуса (CIPG, FIPG и предварительно отформованные прокладки)
• Защита электронных компонентов путем герметизации или герметизации (включая плотину и наполнитель)
• Антиблокировочные системы
• Блок управления двигателем
• Расходомеры воздуха

Блок преобразования мощности (PCU)

Силиконы в наших сериях продуктов ELASTOSIL ^® , SEMICOSIL ^® и WACKER SilGel ^® обладают высокой термостойкостью и отвечают требованиям автомобильной промышленности по преобразованию энергии, обеспечивая эффективное управление теплом. Наши новейшие клеи обеспечивают быстрое наращивание адгезии при минимальном потреблении энергии (< 10 мин при 60–80 °C), а специальные марки позволяют работать даже без использования печи.

Общие преимущества:

• Рассеивание тепла (управление температурой) за счет надежного соединения между источником тепла (электронным устройством) и радиатором (активной или пассивной системой охлаждения)
• Защита от влаги, окисления, химикатов и вибрации
• Увеличение срока службы и производительности

Приложения, используемые для преобразования энергии xEV:

• Преобразователи
• Инверторы
• Бортовые зарядные устройства
• Бустеры
• Индуктивная зарядка

Применения для высоковольтных преобразователей (400 В):

• Конформное покрытие (защита печатных плат)
• Герметизация разъемов и корпусов
• Селективная (тиксотропная) заливка силовых модулей и БТИЗ
• Герметизация чувствительной электроники, вкл.