- 探討觸摸原理及其設(shè)計方案
- 揭示高效逆變器設(shè)計之道
- 剖析電動汽車的充電技術(shù)
“蘋果”概念：以iPhone為首的手機(jī)和以iPad為首的平板電腦這股“蘋果”風(fēng)，除了引爆便攜式消費(fèi)電子市場外，更是帶動了觸摸屏技術(shù)的迅猛發(fā)展。據(jù)行業(yè)分析師認(rèn)為，觸摸屏在電子設(shè)備的滲透率將分為前后兩期：前期為20%-30%，后期將達(dá)到60%。2010年已經(jīng)超越了30%的滲透率，2011年將是后期60%的發(fā)展之年。
“環(huán)保”概念：隨著我國經(jīng)濟(jì)持續(xù)高速發(fā)展，缺煤、缺電、缺油幾乎同時出現(xiàn)，加上我國是能源消費(fèi)大國，早在2002年，我國能源消費(fèi)已位列全球第二，僅次于美國，時至2010年我國一次能源消費(fèi)量達(dá)到了32.5億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，同比增長了6%，能源消費(fèi)躍居全球之首。加之，近期發(fā)生的日本核泄漏事件，更是引發(fā)了人們對能源獲取之道的重新審度。在全球能源緊缺的大環(huán)境下，清潔環(huán)保的太陽能光伏、風(fēng)電等清潔能源將被加速，從而帶動逆變器市場的發(fā)展；新能源汽車技術(shù)也在這樣的大環(huán)境下異軍突起，各種新型充電技術(shù)將搬上環(huán)保的舞臺。
在“蘋果”和“環(huán)保”概念下，觸摸技術(shù)、逆變器技術(shù)以及新型充電技術(shù)討論將在延2011年繼續(xù)延伸。本期半月談將與大家一起探討觸摸屏在設(shè)計的時候需要注意哪些要點(diǎn)，如何提高光伏逆變器效率以及新型充電技術(shù)的技巧。
觸摸技術(shù)
觸摸屏作為新型的輸入設(shè)備，有利于電子產(chǎn)品小型化、操作簡潔化、外觀時尚化，觸摸式按鍵使按鍵操作更加靈活方便，帶動了觸摸技術(shù)火速進(jìn)入消費(fèi)電子市場，目前個人數(shù)碼產(chǎn)品和商用顯示都紛紛采用了觸摸技術(shù)。
1）觸摸屏工作原理和性能
觸摸屏系統(tǒng)包括觸摸檢測裝置和觸摸屏控制器。觸摸檢測裝置安裝在顯示器屏幕前面，用于檢測用戶觸摸位置，接收后送觸摸屏控制器；觸摸屏控制器的主要作用是從觸摸點(diǎn)檢測裝置上接收觸摸信息，并將它轉(zhuǎn)換成觸點(diǎn)坐標(biāo)，再送給CPU，它同時能接收CPU發(fā)來的命令并加以執(zhí)行，這就是其工作原理。觸摸屏一般分為四大類：電阻式觸摸屏、電容式觸摸屏、紅外線式觸摸屏和表面聲波觸摸屏，每種觸摸屏都有其獨(dú)特的性能，各自的原理也有差異性，因此不同的觸摸屏有不同方面的應(yīng)用。
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2）電容式觸摸設(shè)計要點(diǎn)
目前市場上因?yàn)殡娙萜翍{借其多點(diǎn)觸控功能而得到廣泛應(yīng)用。電容觸摸屏和電阻式觸摸屏截然不同，電阻屏相對來說比較穩(wěn)定、設(shè)計簡單，那么在進(jìn)行電容式觸摸屏設(shè)計的時候需要注意哪些問題呢？當(dāng)我們對觸摸屏進(jìn)行操作的時候，用指尖觸摸，是不會有效的，因?yàn)殡娙萦|摸屏受到手指和觸摸屏之間接觸面積的影響，倘若增大手指與屏幕的接觸面積，則可能會出現(xiàn)誤操作，這就引出了用戶與機(jī)器之間良好交互的設(shè)計問題。所有的電子設(shè)備都需要考慮其ESD問題，對于配有觸摸屏的移動設(shè)備，屏幕的增大帶來耗能的增大，耗能問題急需解決，還有諸如觸摸屏本身的材質(zhì)選取、觸摸屏的各種電氣參數(shù)……這些都是在設(shè)計中需要考慮的。
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2）電容式觸摸解決方案
觸摸系統(tǒng)主要包括觸摸屏、控制器、微處理器三部分，觸摸屏作為輸入系統(tǒng)，用于檢測用戶的操作，并形成電信號；控制器充當(dāng)觸摸屏和微處理器之間溝通的橋梁，內(nèi)涵一個AD轉(zhuǎn)換器件；微處理器是核心部件，負(fù)責(zé)運(yùn)算。其中，控制器與觸摸屏的觸控點(diǎn)數(shù)目、精確度、相應(yīng)時間、功耗、信噪比有關(guān)，好的技術(shù)方案可以在節(jié)省成本和使用資源上為觸摸系統(tǒng)做出貢獻(xiàn)，開發(fā)優(yōu)化觸摸系統(tǒng)的重點(diǎn)落到了控制器上。目前，市場上電容式觸摸控制解決方案主要包括True Touch技術(shù)、mTouche技術(shù)和maXTouch技術(shù)，這些技術(shù)解決了在電容屏上使用觸筆、縮短觸摸系統(tǒng)的開發(fā)時間、觸摸響應(yīng)時間、精度等問題，同時也朝著小型化發(fā)展。
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3) 觸摸屏接口設(shè)計案例分享
觸摸屏輸入輸出設(shè)備，由觸摸屏、觸摸屏控制器和微控制器三部分組成，要求精確、方便、準(zhǔn)確的控制，其應(yīng)用簡化了人機(jī)交互過程，使得數(shù)據(jù)的顯示和輸入結(jié)合為一體，大大縮小了整個設(shè)備的體積。觸摸屏附著在顯示器的表面，與顯示器配合使用，通過觸摸產(chǎn)生模擬電信號，經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換變?yōu)閿?shù)字信號，并由微處理器計算得出觸摸點(diǎn)的坐標(biāo)，從而得到操作者的意圖并執(zhí)行?？刂破鞯墓δ苤饕窃谖⑻幚砥鞯目刂葡孪蛴|摸屏的兩個方向分時施加電壓，并將相應(yīng)的電壓信號傳送給自身A/D轉(zhuǎn)換器，在微處理器SPI口提供的同步時鐘作用下將數(shù)字信號讀入微處理器。微處理器則相當(dāng)于人類的大腦，一切的數(shù)字信號控制均需要經(jīng)過這個核心部件。
激光治療儀系統(tǒng)因?yàn)槠涮厥鈶?yīng)用對系統(tǒng)的響應(yīng)時間要求比較嚴(yán)格，通過對內(nèi)部寄存器和算法的優(yōu)化設(shè)置，可以提高復(fù)雜控制系統(tǒng)的響應(yīng)時間。便攜產(chǎn)品需要面對的挑戰(zhàn)是續(xù)航時間，從超低功耗的趨勢出發(fā)，提出了以零功耗Altera MAX IIZ CPLD邏輯器件對智能手機(jī)觸摸屏接口的設(shè)計，并詳細(xì)介紹了2D觸摸傳感器的原理及其設(shè)計，通過 MAX IIZ CPLD和AD7142 CDC觸摸屏解碼達(dá)到縮短響應(yīng)時間、提高精確度和降低功耗等等。
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高效率逆變器設(shè)計
太陽能交流發(fā)電系統(tǒng)是由光伏組件、光伏控制器、蓄電池組和逆變器共同組成（如圖1）,，其中，逆變器是最重要的部分。逆變器是一種電源轉(zhuǎn)換裝置，其主要功能是將蓄電池的直流電逆變成交流電，圖2表示了逆變器在太陽能交流發(fā)電系統(tǒng)中的作用。
1）半導(dǎo)體功率器件的選擇
太陽能逆變器通過全橋電路，一般采用SPWM處理器經(jīng)過調(diào)制、濾波、升壓等，得到與照明負(fù)載頻率、額定電壓等相匹配的正弦交流電供終端用戶使用。最高效率是太陽能逆變器的最重要指標(biāo)，除了通過一個boost電路來對太陽能電池輸入電壓進(jìn)行最大功率點(diǎn)跟蹤，功率器件的加入以及正確選用，將會大大提高太陽能逆變器的效率。
用于逆變器的功率器件主要有IGBT和MOSFET兩種，其中IGBT導(dǎo)通壓降具有非線性特性，可以使IGBT的導(dǎo)通壓降不隨著電流的增加而顯著增加，其工作在50HZ的電網(wǎng)頻段，MOSFET比IGBT工作在更高的開關(guān)頻率，一般在16KHZ頻段左右。在DC/AC升壓變換器中，由升壓二極管、升壓晶體管和儲能電感組成的電壓變換電路，輸入的脈沖經(jīng)過放大器放大后驅(qū)動晶體管做開關(guān)動作，使得直流電壓對電感進(jìn)行充放電，此時，在電感的另一端就能得到交流電壓。一般而言，在選擇升壓二極管時，必須考慮到反向恢復(fù)電流對升壓開關(guān)的影響，因?yàn)檫@會導(dǎo)致額外的損耗，使用碳化硅二極管，可大大減少晶體管的開通損耗和二極管的關(guān)斷損耗，還可減少電磁干擾。對于額定600V的升壓開關(guān)，可采用超級結(jié)MOSFET，可降低單位面積的導(dǎo)通電阻。對于需要1200V功率開關(guān)的太陽能逆變器，IGBT是適當(dāng)?shù)倪x擇。使用超級結(jié)MOSFET在輸出變換器中，開關(guān)頻率沒有DC/AC變換器的高，處理由所有組變換器產(chǎn)生的電流總和時，絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)將是最理想的器件。
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3）逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計
逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)決定著整個太陽能并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的效率和成本，是影響系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)可靠運(yùn)行的關(guān)鍵因素,拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的選擇和光伏逆變器額定輸出功率有關(guān)：對于4kw以下的光伏逆變器，通常選用直流母線不超過500v，單相輸出的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),而大功率光伏逆變器需要使用更多的光伏電池組和三相逆變輸出，最大直流母線電壓會達(dá)到1000v，綜合考慮開關(guān)速度，利用中心點(diǎn)箝位的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，便可使用600v的器件取代1200v的器件，提高太陽能逆變器的效率。不管是單向還是三相光伏逆變器拓?fù)湓O(shè)計，其趨勢都是朝著效率更高、無功功率補(bǔ)償和雙向變換模式發(fā)展，通過在原來的拓?fù)湓O(shè)計上適當(dāng)?shù)脑黾庸β势骷?，可以使太陽能逆變器高效的運(yùn)作。
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電動汽車充電技術(shù)
電動汽車早已成為世界車展上的一個焦點(diǎn)，其替代傳統(tǒng)能源驅(qū)動技術(shù)無疑是未來行業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)。對于一臺電動汽車，蓄電池是其動力所在，充電是其不可缺少的行為，為適應(yīng)當(dāng)今社會快速發(fā)展的步伐，智能快速的充電方式成為了電動汽車充電技術(shù)的發(fā)展趨勢。
目前電動汽車充電方式有三種，即更換電池、快速充電、無線充電。
更換電池實(shí)質(zhì)是將新能源汽車動力電池環(huán)節(jié)市場化運(yùn)營，有利于降低電動車的售價及減短充電時間，但是行業(yè)專業(yè)化高?？焖俪潆娛且暂^大電流在短時間內(nèi)為電動汽車提供快速充電服務(wù)。增大充電電流，可以使電池極板上單位時間內(nèi)恢復(fù)的活性物質(zhì)增多，但是會減短電池的使用壽命。“無線充電”策略擺脫了線的束縛，其最流行的解決方案包括電磁感應(yīng)和磁共振。
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2）電動汽車用充電電池及其充電技術(shù)
電動汽車充電的載體是動力電池，在充電過程中，通過電化學(xué)反應(yīng)把電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，縮短動力電池的充電時間和增加動力電池的充電容量是充電的關(guān)鍵技術(shù)。目前主要的電動汽車動力電池由鉛酸電池、氫鎳電池、鋰離子電池三分天下。
動力電池的性能由其物理結(jié)構(gòu)決定，并決定著充電技術(shù)的選取。鉛酸電池受環(huán)境的影響較大，溫度等因素會對電池的SOC值影響較大，在變電流放電的情況下，脈沖分階段恒流快速充電能夠很好的適應(yīng)鉛酸電池的充電特點(diǎn)。氫鎳電池在高溫充電時，副反應(yīng)氧析出反應(yīng)會加速，使得電池內(nèi)壓升高，容易發(fā)生爆炸，可以通過調(diào)整配方工藝加以改善，提高高溫下充電效率和安全性，其充電技術(shù)主要采取恒電流充電方式。鋰離子電池目前是運(yùn)用最多的動力電池，其性能與正極材料密切相關(guān)，鋰鈷氧化物和鋰錳氧化物適宜鋰離子的脫嵌，成本低廉、無污染以及耐過充性和熱安全性更好，對充電過程中的保護(hù)要求相對較低，適宜作為正極材料。動力電池的性能和壽命不僅與自身的參數(shù)有關(guān)，充電方式、充電結(jié)束電壓、充放電電流等充電過程中的因素也會對其造成一定的影響，需要根據(jù)各種因素對動力電池的充電技術(shù)進(jìn)行選取。
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3）超級電容在快速充電中的應(yīng)用
超級電容器是介于電容器和電池之間的儲能器件，它既具有電容器可以快速充放電的特點(diǎn)，又具有電化學(xué)電池的儲能機(jī)理，憑借其容量大、功率密度大、使用壽命長、安全性強(qiáng)和對環(huán)境沒有污染等特性，成為了電動汽車動力開發(fā)的重要方向之一。其在啟動、加速和上坡行駛作業(yè)時可提供瞬時大功率，并在汽車制動時回收能源加以利用，最重要的是超級電容器可以實(shí)現(xiàn)快速充電，對電動汽車實(shí)現(xiàn)續(xù)航具有重大意義。
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4）電池管理系統(tǒng)在電動汽車充電過程的作用
電池管理系統(tǒng)與電動汽車的動力電池緊密結(jié)合在一起，對電池的電壓、電流、溫度等參數(shù)進(jìn)行時刻檢測，同時還進(jìn)行著多種智能管理：漏電檢測、熱管理、電池均衡管理、報警提醒……其中最重要的是它在電動汽車充電過程中發(fā)揮著保護(hù)電路與調(diào)節(jié)最優(yōu)充電的作用。在充電過程中，電池可接受的充電電流是有限的，且會隨著充電時間呈指數(shù)規(guī)律下降，甚至?xí)霈F(xiàn)過充電現(xiàn)象，對電池造成損傷。電池管理系統(tǒng)可以時刻檢測電池的各項(xiàng)參數(shù)，并根據(jù)參數(shù)自動調(diào)節(jié)充電電流的大小，提高電池的充電效率，保證了汽車系統(tǒng)的安全。
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