传感器、执行器、驱动器和可编程逻辑控制器 (PLCs) 等工厂自动化设备支持多种工业以太网协议（例如 EtherCAT、Profinet、以太网工业协议 (EtherNet/IP) 和 Sercos），每种协议均可通过在硬件平台上加载不同的软件映像进行替换。
多协议工业以太网系统可在硬件开发周期内降低制造成本，通过仅要求制造单个印刷电路板来降低物料清单成本，从而加快产品上市时间。制造商可以使用不同的工业以太网协议为工厂自动化提供现场设备，如数字输入模块或伺服驱动器。
诸如德州仪器的可编程实时单元工业通信子系统 (PRU-ICSS) 等架构，能够支持现场器件 1,000Mbps 的工业以太网速率，特别是在采用新的时间敏感型网络 (TSN) 协议的情况下。
工业以太网系统架构
图 1 展示了工业以太网现场器件中，与 PLC 和其他现场器件交换过程数据的主要元件…
几乎所有现代工业系统都会用到 AC/DC 电源，它从交流电网中获取电能，并将其转化为调节良好的直流电压传输到电气设备。随着全球范围内功耗的增加，AC/DC 电源转换过程中的相关能源损耗成为电源设计人员整体能源成本计算的重要一环，对于电信和服务器等“耗电大户”领域的设计人员来说更是如此。
氮化镓 (GaN) 可提高能效，减少 AC/DC 电源损耗，进而有助于降低终端应用的拥有成本。例如，借助基于 GaN 的图腾柱功率因数校正 (PFC)，即使效率增益仅为 0.8%，也能在 10 年间帮助一个 100MW 数据中心节约多达 700 万美元的能源成本。
选择合适的 PFC 级拓扑
世界各地的政府法规要求在 AC/DC 电源中采用 PFC 级，以便从电网中获取纯净电能。PFC 将交流输入电流整形为与交流输入电压相同的形状，从而充分提高从电网获取的实际功率，使电气设备可等效为无功功率为零的纯电阻。
如图 1 所示，传统…
全球范围内正在经历一场能源革命。根据国际能源署的报告，到 2026 年，可再生能源将占全球能源增长量的大约 95%。太阳能将占到这 95% 中的一半以上。
如今，在远大的清洁能源目标和政府政策的驱动下，太阳能、电动汽车 (EV) 基础设施和储能领域不断加快采用可再生能源。可再生能源的逐渐普及也为在工业、商业和住宅应用中部署功率转换系统提供了更多机会。采用碳化硅 (SiC) 等宽带隙器件，可帮助设计人员平衡四大性能指标：效率、密度、成本和可靠性。
SiC 相比传统基于 IGBT 的电源应用在可再生能源系统中的优势
SiC 电源开关和绝缘栅双极晶体管 (IGBT) 是可再生能源系统等高功率应用的常用电源开关。图 1 展示了 SiC 电源开关和 IGBT 的典型开关频率和功率级别。两者均可适用于 1kW 及以上的功率级别。
图 1：电源开关的典型工作范围
SiC…
这篇文章是我们运动控制技术文章系列的第三篇（第一篇 |第二篇）。
如果您正在设计电机驱动应用，以往您可能会使用如双极结型晶体管 (BJT) 等多个分立式元件来实现电机控制。尽管这种方法通常成本更低，但使用的元件总数更多，占用的布板空间更大，花费的设计时间更长，复杂度也更高。使用多个元件还可能会影响系统可靠性。
随着应用的复杂度增加、功率提高、占用空间减小，集成变得至关重要。集成解决方案可以缩短设计时间、简化采购流程以及节省成本，同时还可以确保电机系统更加可靠和高效。
在本文中，我将对不同的电机控制实现方案进行比较，包括分立式和完全集成式选项，从而帮助您找到适合您设计的方法。表 1 比较了各种电机控制选项的集成度。
表 1：用于驱动电机的集成度
采用分立式方…
储能系统价格变得越来越实惠，电价也在上涨，因此对可再生能源的需求不断增加。许多住宅现在使用太阳能发电和电池储能相结合的系统，确保在太阳能无法满足需求时能够提供能源。图 1 展示了一个住宅用例，图 2 展示了如何将典型的光伏逆变器系统与储能系统进行集成。
图 1：一种住宅用太阳能发电和储能系统安装方案
图 2：具有储能系统的典型光伏逆变器系统
理想情况下，这种类型的系统具有可实现交流/直流和直流/直流转换和高功率密度的高效电源管理组件（具有尽可能小的解决方案尺寸），这些组件具有高度可靠性（损耗超低）并有助于将产品快速推向市场。然而，这些要求并非总能同时实现，需要就这些子块的理想电源转换拓扑进行权衡。
交流/直流和直流/直流降压和升压电源转换器的现有电源拓扑的共同点是具有交错运行的半桥或转换器分支，旨在用于提高直流/直流转换器中的功率级别…
在许多工业和汽车应用中，保护接口收发器免受各种电过应力事件的影响是一个主要问题。瞬态电压抑制器 (TVS) 二极管常用于上述用途，因为它们可以通过生成低阻抗电流路径来钳制电压尖峰。
TVS 二极管的电气特性由几个工艺因素决定。这些参数与 TVS 电压、电流和额定功率相关，具有多种多样的数值，以适应各种应用。但通过查看元件数据表，就会发现选型并不简单。在本文中，我将讨论电压参数并展示哪种 TVS 二极管适用于 RS-232、RS-485 和控制器局域网 (CAN) 应用。当然，峰值脉冲功率耗散和峰值脉冲电流也是关键参数，它们决定了系统中的放电能力和静电放电 (ESD) 水平。但在这里，我将重点介绍电压。
TVS 电压参数 VWM、VBR 和 VC
当出现不需要的高压瞬变时，TVS 二极管应起到钳位的作用；当收发器在正常条件下工作时，它们也应该是“透明的”。因此，首先要查看数据表上的额定关断电压 VWM 这个参数。VWM 也称为额定工作电压，低于该…
在本系列的上一部分中，我介绍了何时需要端接 RS-485 网络以及如何实施标准和交流端接方案。在这一部分中，我将介绍处理空闲总线条件的两种常见方法，以便保证总线上的逻辑状态。
由于 RS-485 是一个多点拓扑网络并且无法处理争用，因此，有时候总线上的所有 RS-485 收发器都呈现高阻抗，并且没有主动驱动逻辑状态。这通常在一个节点完成消息传输后、下一个节点开始传输消息前发生。在此期间，由于安装了端接电阻，总线将具有 0V 差分信号。电子工业协会 (EIA)-485 标准规定，当差分电压 ≥+200mV 时，RS-485 接收器的输入阈值为逻辑高电平；当差分电压 ≤-200mV 时，RS-485 接收器的输入阈值为逻辑低电平。这意味着差分输入电压有一个 400mV 的不确定状态，如图 1 所示。
图 1：RS-485 接收器输入阈值
处理这种不确定状态的两种常见方法是：选择具有内置失效防护输入阈值的接收器，或者使用额外的外部电阻器在空闲总线上创建外部偏置…
随着家庭和办公室开放式布局设计的出现以及日渐转向混合动力电动汽车和电动汽车，愈发需要更安静、高效的电机控制。即使是非常小的声学差异，也会对可闻噪声造成显著影响。
在图 1 中，您可以看到生活空间中的电器如何影响整体噪声水平。利用具有更高功率密度、更高集成度和更高效系统的电机控制电路等先进的实时控制技术，可帮助您实现更出色的系统声学性能。一些其他策略包括使用连续脉宽调制 (PWM) 的矢量磁场定向控制 (FOC) 算法，减少振动的特定控制算法，以及应用死区时间补偿和 PWM 生成来降低可闻噪声的集成控制。
图 1：开放式厨房和客厅的可闻噪声
由于这些不同的产品和策略都可以降低运动控制应用中的可闻噪声，因此可能很难确定哪种策略更适合您的应用。在本文中，我将以 BLDC 集成控制栅极驱动器为例，列出降低运动控制应用中可闻噪声的三种出色方式…
乘坐电梯时，您肯定希望平稳安全地从一层到达另一层。在电梯驱动中，精密的运动控制使电梯能够停在指定位置，并平稳地减速直到完全停止。缺乏精密的运动控制可能会导致电梯误停在两层之间，这会让乘坐电梯的人感到头晕不适或不安全。
机器人、计算机数控机器和工厂自动化设备都需要通过伺服驱动器进行精密的位置控制，此外在许多情况下还需要进行精密的速度控制，以便正确地制造产品并维护工作流程。
工业驱动器的诸多方面都对实现精密的运动控制很重要，精密运动控制涉及实时控制设计中的三个基础子系统，即感应、处理和驱动。本文将论述各个子系统的支持技术示例。
感应
缺乏精密的位置和速度感应，就无法实现精密的运动控制。感应可以包括电机轴角位置和速度感应或传送带线性位置和速度感应。设计人员经常使用增量式光学编码器，每转有几百到一千个槽，以感应位置和速度。这些编码器通常通过正交编码脉冲 (QEP) 连接到微控制器 (MCU)，因此需要 QEP 接口功能。
相比之下，绝对编码器的精度明显更高…
如果您曾用过便携式 CD 播放器，大概率懂得CD 被划伤或弄脏后听到跳音的感受。或许，您也还记得 VHS 磁带的缠绕问题、磁带老化和图像质量差的体验。闪存作为一种经济实用的固态解决方案，淘汰了这些复杂的机械存储方式。
在如今的汽车行业，制造商可以通过使用微型雨刮器、喷水器、压缩空气和其他系统来解决摄像头和传感器的清洗问题。然而，由于这些解决方案价格昂贵且机械复杂度高，因此普及使用的可能性不大。
本文介绍的超声波镜头清洗 (ULC) 固态解决方案可实现摄像头和传感器的自清洗，并且具有成本效益。
鉴于镜头尺寸和材料繁多，实现 ULC 的结构方法也多种多样。那么，半导体如何发挥作用？尽管 ULC 可实现的功能不限于本文所述，为方便起见，本文将典型圆形摄像头上的水滴作为污染物进行演示。
要清洗镜头，可以施加一个力将水滴从镜头上排到视场 (FoV) 外，或者也可以通过施加大于表面张力的力将水滴雾化…
您可能听说过高音尖叫可以震碎玻璃，那么是否听说过尖叫可以清洗玻璃？借助精确受控的高频振动，超声波清洗技术便可以用于清洗玻璃表面。在雨天情况下，这项技术可以结合汽车的后置摄像头镜头自动检测并清除车窗雨滴，无需驾驶员操作。
在本文中，我将介绍超声波镜头清洗 (ULC) 技术以及该项技术如何帮助实现自清洗摄像头应用。
超声波镜头清洗技术如何工作？
我们先了解下相关的物理知识。所有物体都有一个固有频率，该频率大小取决于物体的分子结构和几何形状。如果以这个特有频率对物体施加能量，物体会产生振动或振荡。例如，以吉他弦的固有频率拨动吉他弦时，吉他弦会发生振动。同样，以酒杯的固有频率敲击酒杯时，酒杯也会发生振动。如果在某个材料上以其固有频率重复施加能量，输入波形会对其本身波形产生显著干扰，使其振幅增大，但仍保持在同一相位内。这一现象称为共振。
为了更好地理解共振，试想一下您正在推着某人荡秋千。在秋千恰好向后摆到最高点时向前推，可以让荡秋千的人荡得更高…
试想有一个可以弯曲和转动的机械臂，它的每个轴都配备了十分精准的电机驱动器、传感器或机器视觉，仿佛在演奏一曲运动交响乐。但如果没有“指挥”告诉系统的每个器件在何时该如何执行各自的操作，那么机械臂可能会发出刺耳的碰撞声和金属摩擦声。
在之前的实时控制系列文章中，我们探讨了用于感应、驱动和处理的实时控制 (RTC) 仪器。而要将它们贯穿起来需要借助“指挥”：实时通信。在本文中，我们将以基于实时通信和控制的工业 4.0 作为讨论的出发点。
推动自动化领域大数据发展的因素
受疫情影响，无人工干预的工厂运营模式广受欢迎。大数据（牛津词典将其定义为可以通过计算分析揭示模式、趋势和关联的超大数据集，特别是与人类行为和互动有关的数据集）的收集和适当分布可为数字孪生、计量、服务收费和预测性维护提供支持。例如，拥有可用的大数据能够监测机械臂的性能和系统运行状况…
越来越多的企业和个人都在寻找减少能源足迹和增加使用可再生资源的方法。为了产生显著的效果，我们应该把重点放在哪些方面？
全球超过 65% 的电力用于为工业环境、商业建筑和个人住宅中的电机和电源供电。据 Our World in Data 资料显示，60% 的电力来自燃烧煤炭和天然气，只有不到 10%的电力 来自可再生能源。智能变频数字电机控制则可降低 25% 以上的能耗。智能数字电源控制可以更大限度地提高太阳能和风能的生产效率，并更大限度地减少超高能耗设备的电源功耗。在本文中，我们将探讨智能控制应用的一些趋势，以及分享智能控制如何降低能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。虽然具体的能效标准因地区而异，但所有设计都需要实施先进的电机控制和功率因数校正 (PFC) 算法，以达到目标额定值并满足功率因数规格…
随着人们对智能化、自动化和环保终端设备的需求不断增长，工业和汽车的电气化程度越来越高。在这一趋势下，人们越来越注重确保电子系统不仅能符合电动汽车性能标准，而且能符合安全标准。特别是在汽车领域，在牵引逆变器系统中使用可配置的隔离式栅极驱动器正成为提高电动汽车性能和简化功能安全设计及认证的重要方法。随着汽车制造商转向牵引逆变器等电子系统，我们的安全标准也必须覆盖此类系统。
传统的“产品安全”是指消除电击、火灾和机械危害的风险，而“功能安全”则专门指消除电子电气系统故障的风险。随着技术的飞速发展，许多设计人员不得不快速熟悉功能安全的广泛内容。在本文中，我将简要介绍功能安全，并提供与 TI 栅极驱动器和电动汽车牵引逆变器系统相关的示例。
阐述功能安全术语
为了尽可能减少设备失效和人身伤害…
从电动汽车充电站到太阳能解决方案，通过实时控制等先进技术，城市正在变得更加高效。
去年，一项探讨已久的议题在上海付诸实践：电动汽车(EV)是否可以成为城市电网的一种灵活能源？
电动汽车驾驶员从公用事业公司获得充电时间信号，从而在可再生能源最充足时加以利用，并充分利用资源，避免浪费。EV电池成为车轮上的能源存储容器，能够在能源需求超出供给时，将多余的电量释放到主电网中。
这一创新的试点项目显示，日常生活中使用的家用充电器、公共充电器和电池交换站等不同类型的充电器，均可在支持城市电网的过程中发挥不同作用。作为中国新基建计划的一部分，新能源车辆充电站的扩张现已成为实现现代化和环境保护长远目标的关键部分。
全球范围内的其他城市也在节能减排上迅速展开行动。技术是帮助他们履行节能减排承诺的关键所在，因为技术能够在解决能源效率的相关挑战时提供更出色的功率密度。
可通过更加高效、功能更强大的系统，重点增强系统的实时控制能力（即时处理可在万亿分之一秒内收集数据并更新闭环系统…
本文档旨在为常用的系统级设计公式和实时控制概念提供有价值的快速指南，以帮助进行实时控制应用设计。我们希望本文档能为您提供帮助。
下面简要概述了书中涉及的主要领域：
实时控制是闭环系统在定义的时间窗口内收集数据、处理数据并更新系统的能力。作为文章“实时控制简介及其重要性”的续篇，本文将详细介绍实时控制系统的第一个功能块“检测（收集）数据”，并针对如何通过关注特定传感器参数来优化实时控制系统的数据捕获提供了三个技巧。
您可能需要监控电机的位置和转速、调节电动汽车(EV)充电站的输出功率，甚至需要测量车辆与其前方停车间的极近距离。无论什么应用，对于闭环系统的安全和性能而言，传感器速度、精度和可靠性等参数都至关重要。
技巧1：选择可在定义的时间窗口中收集数据并进行通信的传感器。
在瞬息万变的环境中，传感器响应、转换和通信速度对于实时控制系统至关重要。系统收集和处理数据的速度越快，更新输出的速度就越快，从而可以保持稳定性和效率…
2022年4月，彭博社一篇题为《“空气比北京还差”不再算是羞辱》的报导向西方展示了一个事实，北京的天空已不再常有雾霾相伴。
此时回望2013年国务院“大气十条”提出要调整能源结构、增加清洁能源供应，之后中国与世界各国一起促成了《巴黎气候协定》，以及人人耳熟能详的“碳达峰”“碳中和”，再看看从西电东输再到东数西算，可以说中国新能源的势头正在持续增强。
前所未有的转型
让我们回顾一下能源技术的转型史。18世纪工业革命开始后煤炭被大规模开采和消费， 1965年石油取代煤炭成为消耗最多的能源，引领世界进入“石油时代”。时至今日，煤炭、石油等化石燃料依然是世界主要的能源，由此产生的环境污染，以及在有效获取、生产、储存和分配能源等方面面临的日益严峻的挑战…
NASA发布了使用其超大超强太空望远镜以空前分辨率和灵敏度观测宇宙时拍摄的首批图像。
先进太空望远镜的成功部署使技术达到了新高度，可支持未来几代人探索全新前沿领域，
该望远镜可探寻135亿多年前首批恒星和星系形成的时代。
公司航空航天系统团队负责人Jason Clark表示：“为詹姆斯·韦伯太空望远镜研究而奋斗多年的工程师和科学家终于收获了自己的劳动果实，这台望远镜设计精巧，富有创造性，令人惊叹。此外，我们感到非常自豪的是，我们公司的半导体器件在这款出色望远镜中发挥了重要作用。”
探寻宇宙历史
韦伯望远镜由数千名科学家、工程师和其他专业人员共同开发，耗时二十多年，旨在研究宇宙历史的各个阶段。这台超越以往的超大超强太空望远镜将以卓越的分辨率和灵敏度探究太阳系的行星、天体和构造，以及探索宇宙早期的遥远星系。
该望远镜是由NASA主导的国际合作项目…
新兴的新太空领域更令人兴奋的一件事是发射大量近地轨道(LEO)卫星，这些卫星体积较小且经济可行，同时还具有抗辐射性和可靠性，增强了世界范围内的通信和连接。在以前的卫星领域，大多数任务都在距地球高达22,236英里的地球同步轨道上执行，并且预计持续时间超过10年，与之不同的是，LEO卫星的轨道距离地球更近，不超过1,300英里。由于这些卫星相对容易更换，因此其工作寿命通常不到七年。
在符合严格预算并保持竞争力的情况下，LEO卫星电子设计所面临的主要挑战是：
全新的耐辐射产品系列（航天EP）
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我们的全新耐辐射产品系列中的IC可满足LEO卫星需求 |
除了包含250多款合格制造商列表V级(QMLV)密闭空间级器件的现有产品系列之外，TI最近还推出了全新的耐辐射产品系列（航天EP）。航天EP产品系列包含专为工作寿命较短的LEO卫星设计的塑料器件…
2021年秋冬的“限电”让人们猝不及防，重拾久远的停电点蜡烛记忆的同时，开始重新审视电这项资源。事实上，“缺电”一直存在，我国国土辽阔，而传统及新能源的资源端和用电需求端在地理上又分处西东，就像南水北调一样，需要西电东输。因此满足大规模、远距离、高效率的电力输送方式——特高压曾是中国旧基建的代表之一。
顾名思义，特高压就是特别高的电压，指±800千伏及以上的直流电和1000千伏及以上的交流电。对于特高压，人们除了能看到穿梭于天际的架空线之外，对其了解少之又少。然而2019年，在发展清洁能源的双碳背景之下，特高压又被赋予了新基建的属性，重新担负起了“国家顶梁柱”的战略使命，成为关注的热点。
根据赛迪数据，2020年我国特高…
1956年，当斯坦福大学的麦卡锡提出“人工智能”时，他一定没有想到这个概念会在几十年后的中国如火如荼。人工智能不仅仅在引发新的产业革命方面被寄予厚望，更是融入到了每个人的日常生活中，并且正在触发社会变革。事实上，2020年4月，国家发改委在确定新基建的3个方面时，在信息基础设施、融合基础设施中均提及人工智能，也只不过是把正在发生的变革明确地告知大众。
伴随算力、数据、互联网的发展，人工智能正处于从量变到质变的节点，尤其边缘端呈现出爆发式的发展。Gartner预测，到2025年，至少会有75%的数据处理将会在云端或者数据中心之外的地方进行。人工智能大潮对于半导体企业是机遇也是挑战。和云端不同，边缘侧对芯片的最主要需求依然回到了性能、成本和功耗这3个芯片永恒的话题，而且必须同时具备，产品才能胜出。此外由于边缘人工智能产品的开发周期较短，迭代窗口快速，因此友好的开发环境也很关键。
德州仪器（TI）中国区嵌入…
如果说成为制造强国对于中国来说是别无选择，那么被看成第四次工业革命重要基石的工业互联网的建设则是必由之路。
产业的提升需要具体的路径，工业互联网的价值不仅在于通过基础设施的建设来降低企业生产成本，更是在数字化转型、网络化协同、智能化生产中改变企业思路，迈向现代产业体系。从2012年“工业互联网”概念首次被提出，到5年后国家出台工业互联网顶层规划，之后2019年工业互联网更是被写入《政府工作报告》，2020年3月工信部则发布了20项措施推动工业互联网加速发展，工业互联网毫无悬念地成为新基建七大方向之一。
随着近几年的不断发展，工业互联网的建设已经从最初发展基础架构升级为围绕业务场景，应用聚焦基于设备物联的数据价值挖掘和特定场景深度优化。快速的发展并不能掩盖背后的隐忧，德州仪器（TI） 区域销售经理Vincent表示，对于大多数企业来说，主要仍面临3方面的困难和1个方面的担心。
首先是工业互联网平台的能力仍然不足…
似乎是在印证国家新基建政策的正确性。2020年新冠疫情暴发以来，远程办公、在线教育、生鲜电商、无人配送等大量新商业模式得到了飞速发展，而这些业务模式背后显然带来了更大量的数据产生和流动——大数据中心作为新基建七大领域之一的重要性进一步提升。
然而，目前全球40%的数据中心集中在美国，这几乎是中国的五倍。很显然，中国互联网用户的数量是远高于美国的，这意味着中国有着潜力巨大的大数据中心市场以及发展前景。但是，大数据中心建设是典型的重资产项目，建设周期和投资回报周期非常漫长，具有一条很长的产业链，包括服务器、路由器、交换机、光模块，还有电源、软件、网络、机房等。显然这是一个门槛相当高的领域。
与庞大的建设成本相比，之后的运营成本更让运营者头疼，其中电费占到了50%
…短短十几年间，中国铁路实现了从步入到引领世界高铁发展，已成为当代的“经济大动脉”。从2008年基建狂飙期的“四横四纵”到2017年的“十横十纵”，高铁将中国经济送上了快车道，如今当产业结构的调整使发展城市群和城市圈成为国家战略时，“经济毛细血管”的城际高铁、城际轨道交通理所当然被纳入了新基建的范畴。
城际间的列车和高铁相比，只是外形稍有不同。但由于城际间交通变得更加公交化，运营频次更高、上下站点更多，这意味着要实现更多的重联重组，对安全性有着更高要求，而且要确保列车通信网的准确高效。另一方面，由于高铁的速度已经基本满足需求，人们更关注乘坐的舒适性、娱乐性，无线充电、按摩椅甚至投影等技术都会用到列车中。这些新的发展方向需要新技术的支持，大数据分析、人工智能、无线传感器、以太网等将越来越多导入到轨道交通设施中。
从1879年第一台电力机车诞生起…
模拟
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工业
电源管理