术语和定义
参考
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作者：Krupa Bhavsar
这篇文章最初发表于嵌入式计算设计．
介绍
大多数家庭的电器通常都使用交流电源进行操作。循环跳过逻辑可用于设备，如AC调光器，加热器和炊具。这些电器由电力电子开关组成，如硅控制整流器（SCR）S，以及用于周期性地接通/关闭的交流电流（TRIAC）S的三极管以实现平滑的操作。
在该控制中，负载导通，用于设定的循环次数，并且被关闭以进行设定的循环。图1显示循环跳过逻辑输出。正如从图1时，负载开启一个周期，关闭一个周期。由于triac的特性，负载完全关闭，详细描述在6．这种控制方案也降低了电磁干扰，因为没有过多的dI/dt存在。
通道1（蓝色/顶线） - 交流电源
通道2（绿色/底线） - 周期跳过输出
本应用说明分为三个部分。4描述零交叉电路，5演示了不同模式的生成，包括使用的系统监控特性GreenPAK，和6定义三端双向可控硅驱动器电路，用于驱动负载。
零交叉电路
零交叉电路由AC电源，半波整流器和具有光敏器件 - 光电晶体管的光隔离器组成。光隔离器使用光隔离AC和DC信号。该光隔离器包括LED，光束和光电晶体管，如图所示图2．半波整流器对输入的高压交流信号进行整流，并将整流后的输出馈给光隔离器的输入LED。然后，LED发出的信号转换成与输入信号成比例的强度，并落到光电晶体管的基极上，进而触发光电晶体管进入on状态。光电晶体管的输出是一个直流信号，用于产生不同的图案GreenPAK［5］．图3显示过零电路波形。
通道1（蓝色/顶线） - 交流电源
通道2（绿色/第2行） - 半波整流器输出
通道3(黄色/底线)-光隔离器输出
GreenPAK设计
图4揭示了这一点GreenPAK用于产生不同模式的设计，用于驱动负载以及系统监控功能。这GreenPAK设计可以在世界范围内使用，因为它支持50Hz和60Hz交流频率。这个设计包括控制(即硬件和软件)。
过零电路的光电晶体管输出到达加热器（PIN 2）GreenPAK．然后，输入信号的两个边都会在内部逐个逐个逐个丢弃2.5ms以确保正确的过零边缘检测。5．1描述硬件控制，5．2描述软件控制，和５．３描述系统监视功能。在通过控制机构产生模式之后，然后将它们路由并显示在加热器（PIN7）上。然后，该加热器（引脚7）连接到用于驱动负载的三端双向可控硅驱动电路。
硬件控制
硬件控制技术需要一个外部有源LOW按钮，该按钮连接到Push_Button #1(引脚5)上GreenPAK．如果按下该按钮的时间小于50ms，则加热器（引脚7）变为低电平，并且当按下按钮的时间大于50ms时，编程模式显示在加热器（引脚7）上。
芯片上设计了4个功率级别为0%、25%、75%和100%的8位模式，用户可选择2个功率级别——25%(3位LUT3)和75%(3位LUT5)。每个按钮按下执行通过DFF链生成的8位模式(片上编程)，只有在系统监控功能处于范围内时才显示heatater_enable(引脚7)上的模式。按下第五个按钮，图案就会循环往复。
该控件包括2个系统监控功能 - 过温保护（OTP）和紧急关闭。
数字5显示硬件控制波形。从图5, zero-crossed交流信号到达Heater_Enable(销2)和在每一个按钮按下(按钮# 1(销5))模式是显示在Heater_Enable(销7)。Heater_Enable(销7)举行低当按钮被按下一段不到50 ms或当系统监测功能的范围。
软件控制
软件控制需要一个外部I2C兼容的MCU。在这种控制中，1位至16位的模式通过I2C写入可编程模式生成器(PGEN)。
通道1(黄色/顶部线)- PIN#9(输入电压)
通道2（蓝色/第2行） - 引脚＃11（温度监测）
D0 - PIN＃6（按钮＃2）
D1 - PIN#5(按键#1)
D2 - PIN#2 (Heater_Zero)
D3 - PIN＃7（加热器）
当PGEN的nReset终端保持HIGH时，数据在时钟的每一个上升沿显示在PGEN的输出上，当nReset是LOW时，第一个比特(D0)显示在其输出上。图6显示Pgen块的时序图。在这种设计中，只要NRESET端子保持高，就在PGen块上写入16位，在16位之后重复数据。只要所有系统监视功能 - 紧急停机，OTP和看门狗定时器都是在范围内的所有系统监视功能，都会显示在加热器（引脚7）上显示。
图7显示软件控制波形。正如从图7当软件使能高并且所有系统监视特征都处于范围内，该模式仅在加热器_Zero（PIN 2）的每个上升沿时显示在加热器（引脚7）上。
通道1(黄色/顶部线)- PIN#9(输入电压)
通道2（蓝色/第2行） - 引脚＃11（温度监测）
D0 - I2C OUT0(软件使能)
D1 - I2C OUT1 (Watchdog Timer In)告警解释
D2 - PIN＃6（按钮＃2）
D3 - PIN＃2（加热器_Zero）
D4 - PIN#7 (Heater_Enable)
D5 - PIN＃12（看门狗定时器）
系统监控功能
OTP，紧急关机，看门狗定时器和频率检测是系统监控功能包括在此GreenPAK设计。
过温保护
OTP特性可用于硬件和软件控制技术。这个特性需要一个带有热敏电阻的外部电阻分压器。热敏电阻是一种与温度有关的电阻器，其电阻随温度的升高而减小。
图8显示OTP原理图。感测电压连接到输入电压（引脚9）GreenPAK．内部温度范围GreenPAK用一组2个模拟比较器（ACMP）和LUT完成。在这种设计中，操作温度范围从0˚C到60˚C设置，其分别对应于ACMP的2.176V至0.928V的电压范围。当温度超出范围时，系统关闭，当温度范围内时，设计功能根据所选择的用户控制，即硬件或软件。
图9显示OTP波形。从图9当温度在监控范围内时，温度监控输出为“高”，当温度不在监控范围内时，输出为“低”。
通道1（黄色/顶线） - 引脚＃9（输入电压）
通道2(蓝色/底线)- PIN# 11(温度监视器)
紧急关闭
紧急关闭具有最优先级，此功能可用于硬件和软件控制技术。此功能采用外部有源低按钮完成，该功能连接到按下按钮＃2（引脚6）输入GreenPAK我知道了。按下按钮时
通道1(黄色/顶部线)- PIN# 6(按下按钮#2)
通道2（蓝色/底线） - PIN＃2（加热器_Zero）
D0 - PIN＃7（加热器）
heatater_enable(引脚7)输出低，系统关闭。当按钮被释放，系统回到ON，取决于软件或硬件控制，如果其他系统监控功能在范围内。图10显示紧急关机功能。观察从图10，当按下按钮时，Heater_Enable(引脚7)处的输出将被禁用。
看门狗定时器
此功能仅适用于软件控制，并通过I2C兼容MCU控制。CNT3（8位）看门狗定时器的设置时段。在POR中，CNT3装入由其控制数据寄存器确定的值，该值为656.25ms（默认值）。计时器通过切换的I2C虚拟输入1 - OUT1连续运行。如果在656.25ms之前没有切换MCU冻结或I2C虚拟输入1 - OUT1，则定时器在656.25ms后到期，并在看门狗定时器（PIN 12）中产生3ms复位脉冲。如果定时器到期，则加热器（引脚7）低，系统关闭。定时器周期和复位脉冲持续时间都是用户可选择的，可以通过I2C改变。
通道1（黄色/顶线） - I2C虚拟输入1 - OUT1（看门狗定时器）
通道2（蓝色/底线） - （CNT3输出）
D0 - PIN# 12(看门狗定时器)
通道1(黄色/顶行)- PIN# 2 (Heater_Zero)
通道2（蓝色/底线） - 引脚＃10（频率检测）
数字11显示看门狗定时器波形。表示在数字11，当在656.25ms之前切换I2C虚拟输入1 - OUT1时，看门狗定时器输出低，表示定时器在范围内，并且当一次大于集合CNT周期的时间切换I2C虚拟输入1 - OUT1时，那么定时器在656.25ms（默认）之后到期，看门狗定时器输出变高。
频率检测器
CNT2用于检测输入信号的频率。当输入信号的连续边缘到达在设定的计数器时段之前的连续边缘时，频率检测输出高，并且当连续边缘到达比计数器时段到达时，频率检测输出低。
图12显示频率检测器输出。从图12当输入信号频率为50Hz时，频率检测输出为低电平，当输入信号频率为60Hz时，输出高。
修改模式生成器
针对特定的功耗，通过I2C在PGEN宏单元上编写不同的模式。要重写不同的模式，建议执行以下步骤。
- Assert Software_Enable (I2C Virtual Input 0 - OUT0) LOW
- 在Pgen寄存器上写一个新的16位模式
- 断言Software_Enable高
按顺序执行这些步骤可以保证写入PGEN寄存器的新数据的正确同步。表1显示Pgen宏小区的I2C地址。
|
I2C地址 |
Pgen数据位 |
|
0机加区 |
[15：0] |
|
0 xaf |
双向可控硅驱动电路
可控硅驱动电路由一个带有光电可控硅的光隔离器和用于驱动负载的可控硅组成。
图13显示带有光电可控硅的光隔离器。从图13，光隔离器包括LED，零交叉检测器电路和光敏器件，光三次防吓镜。该隔离器隔离直流和交流信号。从中生成的模式GreenPAK器件连接到光隔离器的输入LED。过零检测器电路精确检测每个交流信号的真过零。
光隔离器的输出连接到电力三端双向可控硅，然后连接到负载。TRIAC栅极栅极处的正脉冲触发到ON状态。TRIAC的性质是，随着瞬时电压和负载电流下降至零，它在正弦电源电压的每半周期都自动关闭。TRIAC开始在未来半周期再次锁定数据。通过将其端子的电流降低到其最小保持电流以下，或者在电源电压被截止时，可以关闭三端双向可控硅转向杆。电力三端双向可控硅的信号是输入AC信号的所需周期跳过输出。
测试
图14描绘了循环跳过逻辑的原理图GreenPAK．测试装置的主要组成部分是半波整流器、带有光电晶体管的光隔离器、光敏电阻GreenPAK，光隔离器与光电可控硅和可控硅。测试原理图显示了用于测试的光隔离器。光电晶体管的基座连接到GND，以实现稳定的输出，减少电噪声造成的误触发。
如图所示图14，输入交流信号通过LIVE和Neutral端子应用，输出负载通过Load_LIVE和Load_Neutral端子连接。有两个外部按钮，每个连接按钮#1(引脚5)和按钮#2(引脚6)上GreenPAK．电阻分压器两端的电压连接到输入电压（引脚9）GreenPAK．本设计的软件控制采用了兼容I2C的单片机。单片机的SCL线和SDA线分别连接GreenPAK通过上拉电阻的SCL和SDA线路。
图15在假定所有系统监控特性都在范围内的情况下，显示测试原理图的软件控制周期跳跃输出。PGEN宏单元上的数据通过I2C写入，步骤如下５．４．在16位之后，在第17次边缘上，只要软件使能高，模式重复。一旦软件启用变低，循环跳过输出也会低温。
通道1（洋红色/顶线） - （AC输入）
通道2(黄色/第二行)- PIN#2 (Heater_Zero)
通道3(黑色/第三行)- I2C虚拟输入0 - OUT0(软件使能)
通道4(蓝色/第4行)-引脚#7 (Heater_Enable)
通道5（绿色/底线） - 周期跳过输出
通道1（洋红色/顶线） - （AC输入）
通道2(黄色/第二行)- PIN#2 (Heater_Zero)
通道3（黑/ 3号线） - 引脚＃5（按钮＃1）
通道4(蓝色/第4行)-引脚#7 (Heater_Enable)
通道5（绿色/底线） - 周期跳过输出
图16显示硬件控制周期跳跃输出，假设所有系统监控功能都在范围内。在每个按钮按下，一个预先编程的功率水平路由到heatater_enable(引脚7)，并适当地显示在循环跳过输出。每个编程的功率级别都是8位模式。在第9位，如果仍然按下按钮，模式将重复。一旦按钮被释放，Heater_Enable(引脚7)去低，也循环跳过输出。在第5个按钮按下，预编程的功率水平循环通过。
功能扩展名
的GreenPAK可以配置任何能够通过I2C通信的MCU。DA14531 Smartbond Tiny Development Kit-USB由IOs组成，可以配置为I2C通信的开放式漏极输出。
演示电路板
图17使用DA14531 USB开发套件显示循环跳过控制的测试设置。如图所示图17，P0_2（端口0 - 引脚2）和P0_8（端口0 - 引脚8）引脚分别配置为I2C通信的SCL和SDA。DA14531 USB开发套件的电源通过套件中的USB端口提供。请按照步骤进行操作５．４发送I2C命令GreenPAK用于修改模式的Pgen Macrocell。当通过DA14531 USB开发套件提供I2C命令时，获得了循环跳过输出的类似结果。
图18显示了两个周期跳过和阶段切割逻辑的演示板。这款PCB可以随时使用GreenPAK设计支持50Hz和60Hz交流频率。用户只需连接交流市电供、负载即可。交流市电通过交流市电连接器应用到板上。在这个演示中，一个灯泡被用作负载。
如图所示图18在电路板上存在2个独立的三端双向可控硅驱动器和配置跳线，从循环跳过到相剪切逻辑。设计是编程的GreenPAK硬件控制分别采用DIP插座和2个按钮进行设计和紧急停机。
连接5V直流电源并与之通信的测试点GreenPAKPCB的右上角有一个通过I2C (SCL和SDA)兼容的MCU的DIP插座。
该板还支持基于DA14531的Microbus插座来控制GreenPAK通过I2C通信。
结论
的GreenPAK本应用笔记中描述的设计易于使用，最大限度地降低成本，节省了板空间和组件计数。
一般来说，mcu只有有限的IOs。因此，将控制装置降低到小而便宜的程度GreenPAKICS保存IOS进行其他判别操作。
而且，这一点GreenPAK集成电路灵活，易于测试。该设计可以修改，以包括额外的系统监控功能，增加/减少模式长度以及模式数量(仅硬件控制)。这种灵活性节省了时间，可以适应最后一分钟的设计更改。一旦设计被修改，新的设计文件可以在芯片上编程，只需点击几个按钮，然后重新焊接到板上。它还通过锁定设计文件来限制可见性，从而提供设计安全性。通过该设计，用户可以通过按键控制4个8位图案，通过I2C控制16位图案。