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本帖最后由 sword_yang 于 2019-7-31 15:54 编辑
一、前老板的电话 上个世纪90年代中期，我从宝安电子研究所下海，组建自己的创业公司：深圳市佩勒美微控制器有限公司。这是一个Design House. 承接各种“交钥匙”软硬件产品设计。也就是客户提出某种电子产品的设想，我们就去帮助他实现，从软件到硬件包括电路板、外壳设计一整套服务。直至完成样机，指导客户上线生产出合格产品。当时的产品范围涵盖了通信、交通、医疗、石化等领域。
某天，接到一个电话。来电的人是我原来在赛格科技开发公司的老板：易老师。易老师从西安电子科技大某系主任位置调到深圳，平时大家都不太称呼他易总，而是觉得叫易老师比较亲切。
易老师说：有一个军工的电源项目，要得比较急，你有没有兴趣接下？我当然求之不得。不过仔细听了描述，却感觉时间紧，要求高，压力颇大！
大家都知道：我们平常使用的交流电源频率都是50Hz（日美台是60Hz), 而航空以及航海的某些地方，为了减轻电机的重量，往往需要用到400Hz频率的电源（频率高同样功率的电机可以做得很小）。
问题是从某舰艇的炮瞄雷达的驱动电源产生的。炮瞄雷达的驱动电机需要小体积、小重量，因而要用400Hz的电机来驱动。而船上的发电、用电设备，却都是50Hz. 为了提供雷达的驱动电源，传统的方式是用一个“电动-发电”机主来完成，也就是用船上50Hz的交流电，驱动一个电动机，这个电动机再拖动一台400Hz的发动机，发出400Hz频率的交流电，供给炮瞄雷达的电机驱动用。
方案看起来也不错，能够完美解决了50Hz---400Hz频率的转换，而且电动-发电机组结构简单、皮实。不过用于敌我博弈的特殊环境，问题就来了：电动-发电机组运行时会产生不可避免的机械震动，这种震动极易为敌方的潜艇声纳所捕捉到。所以，在和平环境中行之有效的方案在战争环境中却有着极大的风险！
易老师的母校原来叫“西军电”--- 中国人民解放军军事电信工程学院，建校的历史可以追溯到1931年：红一方面军第一期无线电训练班。它为我国培养了大批的军事电子人才，易老师的学生，许多都是军工三线厂的骨干力量。我下海后的Design House，大量订单来自易老师的推荐。许多行业里比较难啃的项目，易老师都会跟对方说：找小杨，他会有办法搞定。当然这完全是出于和他共事不到3年里面建立起来的信任（我在赛格科技开发公司从普通工程师最后成为技术开发部负责人）。其中所谓“难啃”而被我啃掉的项目就有铁道部下达给济南局电子所的重点项目：铁路信息系统监控系统。它通过同轴电缆传输的Cable Modem, 采集路局各个车站的信息中心机房的UPS电池模块工作参数、工作环境参数、信号系统工作参数等等，通过路局中心信息系统集中监控。这集成了Cable Modem调制解调器硬件研发；各个站点通过CAN总线联网的数据采集模块的设计开发；整个管理系统的软件设计等等。是一个连接济南局各个车站的比较庞大的系统。
扯远了，回到电源。如上所述：这个电源系统的设计目标就是：要设计一套静态的400Hz逆变器来取代原有机械震动大的电动--发电机组。电源领域我此前完全没有涉足过;不过Disgn House承接的项目，几乎都是如此：每一个必须从零开始学习、构建。我们制定的方案选用了当时能找到的用于电源系统最好的MCU：INTEL 的87C196MC，这是一个16位MCU, 在当时已经是最先进的选项了，32位的ARM还得好多年后才诞生呢。其后缀"MC"表示它设计的目标就是用于Motor Control，具有工作于强电干扰环境的能力。
MCU选定，剩下的问题就是苦读Datasheet了，弄明白了它的架构，才便于利用芯片的各种资源来实现设计目标。结果，偏偏在这个环节出了大问题，导致后来差不多有10天的时间（每天工作远远不止8小时！）陷入了“死循环”，那是后话了。。。
合成一个三相正弦波波形，这对于内置三相互补型波形发生模块的MCU来说，不是什么难事。困难的是闭环控制模式。为此我试用了快思逻辑（Fuzzy logic，又称模糊逻辑）算法，我曾经在一个PCR 基因扩增仪项目中用Fuzzy logic取得良好效果，但是这次不灵了。原因是那个项目是高精度的温度控制，这次是电流、电压的反馈控制。相对于电的瞬变而言，16位MCU的指令周期有点跟不上趟。为加速处理突发电流波动，我启用了87C196MC的一个新功能模块：并行中断响应。这个功能始见于这款MCU，按照手册, 并行中断子程序是预先放在ROM队列里面的，手册上给出了调用的例程。结果反反复复测试了将近10个通宵（按照合同约定：开发周期只有两个月），这个调用无论如何都实现不了！按照正常逻辑无法实现的事情，只能反逻辑来测试了，某个瞬间的脑洞乍现，我把子程序队列放到了RAM里面去试试（手册明文规定是必须放在ROM里的），NND，居然一试就通！十个通宵居然是为了INTEL公司手册上的一个BUG而付出的! 后来我写EMAIL给INTEL公司的技术部门，得到的回报仅仅是：Thank you very much！
这个项目终于在合同规定的时间内完成了全部软硬件调试。海军军代表验收会那天，恰好遇到台风吹袭深圳，我顾不上台风的危险，打算开车去参加验收会，结果刚刚走近我停车的亚太幼儿园的围墙边，轰的一声，整个围墙被吹垮了！幸好是朝着我车子的另外一边倒塌，一下子埋掉了好几辆停在我对面的小车。面对如此的大自然不可抗力，我决定不去参加验收了。
后来，这个项目通过了各种严格测试，被总后正式列装。
（第一节完）
二、胜微科技的故事
千禧年期间，我承接了另外一个比较重量级的电源设计：模块化可热插拔正弦波逆变器。这是一个民用项目，主要用于通信领域。
大家知道：中国的通信工业是从程控交换机发展起来的。那就是连接千家万户的有线电话系统。程控交换机的电源系统，是48V直流供电，实际上就是工作于市电电压下的48V直流开关电源模块。不过为了保证通信的连续性，通信机房通常还有大容量的蓄电池组作为不间断直流备份；同时还有柴油发电机组。当市电停电时，蓄电池组作为紧急备份投入运行。在此期间，柴油发电机组必须在15分钟内完成启动（电池容量是有限的），加入供电，直至市电恢复正常。
进入千禧年，越来越多的网络服务器、多媒体服务器、计费系统在通信行业广泛使用，这些设备都是使用220V的电脑设备，原来的单一的48V直流系统已经不能满足需求了。通信行业急需不被停电困惑的220V交流系统。而电脑用的UPS备份电池不能利用电信原有的庞大48V电池组，因此，采用48V直流母线电压的220V正弦波逆变器就成为通信系统的一大需求了。
把直流48V逆变为交流220V，这本身也不是什么新课题。许多UPS就是这么工作的。但是为了提高系统的可靠性和备份冗余、维修方便，系统需要一种可以在供电机柜上热插拔的逆变模块。也就说：可以用一个个小功率逆变器模块随时插入机架，并联增加总功率；也可以随时拔出部分模块减小功率（或者故障维修）。直流电的并联，只需要考虑电压相等就行了（直流模块还得考虑均流），而交流电的并联却麻烦得多：除了要考虑电压、均流外，还得随时跟踪相位，只有相位同步的瞬间才能并联在一起。这就是我承接的新课题。
单独一台逆变电源比较简单，要多台并联而且是热插拔并联技术难度就大很多了。用MCU软合成波形可以得到以石英晶振的稳定度为基准的正弦波输出频率，当时这种稳定度对于一个同步并联系统来说不见得是好事情。因为大家都按自己的石英晶振节拍来产生波形，大家都很稳定，我行我素，这就很难同步。而且为了提高系统的鲁棒性（可靠性的另外一种表述：也就是容错/抗摔打能力），我们要采用所谓“无中心结构”；如果指定某一台模块为中心，其它模块按它的时钟节拍产生波形，这比较容易实现。可是一旦这台领头羊模块挂了，整个系统就全部崩溃了。这就意味着系统的”鲁棒性“不高。采用无中心结构就是每一台模块都是自主的，同时又能和系统的主频同步，纯粹的模拟技术要做到这一点非常复杂。我采用了CAN总线作为模块互联，由总线发出主频同步和均流的指令，采用数字通讯，数字同步的办法解决了这个难题。其中的算法比较繁琐，这里就不赘述了。在系统运行中，某一台出了故障，会自动隔离，也可以把运行中的某一台带电拔出，或者插入，实现了所谓“热插拔”N+X冗余热备份技术，并且可以通过TCPIP接口实现网络远程监控。
我们的模块做成标准机柜的3U结构，每个模块功率为3KW，可以最多16个模块并联，总功率为48KW，这样就能兼顾各种规模的中心机房的应用。产品投产后，很受用户欢迎。客户基本上都是各地通信部门（包括国家级的通信中心）。国内通信电源的老大--- 原邮电部武汉洲际集团；台湾台达集团等都采用贴牌OEM的形式销售我们的系统。
产品研发后期，和客户方的关系也成了朋友关系了。某天，客户方的蒲总对我说：杨工，我们以后不如合起来成了一个新公司，大家一起干吧。蒲总来自贵州黔东南某个偏僻地区，父亲是山里的猎户，当年去镇上读书都是自己提着鸡蛋、鸭子去买了换钱才能交学费的。当年凭着天资+苦读，他考上了成都电讯工程学院（后来的成都电子科技大学）。同班同学中就有大名鼎鼎的华为董事长孙亚芳。他有一个和我同姓的同乡，毕业于清华大学电机系，他的设想是我们三人成了一个公司，我负责技术开发，蒲负责生产，清华杨负责销售。当时清华杨已经在通信电源销售上成绩斐然，有自己的公司，代理了艾默生等大品牌（美国通信电源品牌，后被华为收购）。这个想法三人一拍即合，接下来就是公司叫什么名字的问题了。大家冥思苦索，最后，我想到了“Sine wave”的谐音---胜微。不久后，深圳市胜微科技有限公司正式成立。
（第二节完）
三、小不点净化电源的故事
许多朋友都关心：净化电源和市面上的UPS是一样的东西吗？从逆变电源来归类，它们是一样的东西。但是正如普通耳机和HIFI耳机的不同一样，它们有着不同的功能诉求。UPS是为不间断供电而设计的。它设计的着眼点在于市电瞬间停电后，能迅速替换，维持电脑系统的供电，以防止数据丢失。从这个功能上看，它对输出的波形要求不高。廉价的UPS甚至输出方波也能接受，因为电脑系统的开关电源只要把它整流为直流电就能维持供电。而净化电源的着眼点是纯净度；只有纯净的正弦波供电，才能减小谐波干扰。对正弦波的要求甚至到了真正的HIFI级别：电源的失真度要求在1%。
我们都知道失真度是音频放大器的输出指标，小于1%失真度的音频放大器才进入了HIFI的门槛。而电源为什么也要用这个指标来衡量呢？原因在于：任何基波以外的谐波分量，都可以用失真度指标THD来表征。而电源谐波（包括电压的波动），恰好是对音频设备干扰的罪魁祸首。说到这里，我们似乎可以这么说：净化电源是逆变电源的一种，只是它是HIFI交流稳压电源（杜绝了电压波动），或者叫HIFI UPS。不同的诉求决定了电路设计的差异。正如我们不能把使用于公共场合广播的功放也叫做HIFI功放一样。
考虑逆变电源用在音响的可行性始于2009年，当时做了一款实验板来测试。由于各种原因直到2013年才推出了第一款净化再生电源。初代的净化电源的性能指标还是得到绝大多数用户首肯的，使用后主观感受是背景更加深邃 --- “黑”了；这样就对于提升系统的音乐细节起到了很正面的作用。但是初代产品的过流保护很不完善：使用中各种原因引起系统过流时，会烧毁过流采样电阻，甚至还会使得这个采样电阻“啪”的一声像放鞭炮一样爆掉！给用户留下心理阴影。经过比较长时间的对比测试，终于明白还是过流采样的软件运行速度跟不上瞬间过流的物理变化引致，最后重新设计了电路，采用了德国英飞凌用于电动汽车的驱动芯片（它有内置的硬件过流保护）才解决了爆采样电阻的毛病。
英飞凌方案的保护是没问题了，自从采用后再也没有爆电流采样电阻的问题。但是随着产品的不断生产又冒出了新问题：可能是保护门槛过于灵敏，部分产品会莫名其妙地进入自动保护（关机）状态，由于是ASIC(专用集成电路）硬件保护，我们也无法调整。确定了这个问题后，我们只能另起炉灶。在对比考察了许多种不同方案后，选择了瑞典高功率器件公司Concept Technologie 的方案。坐落在瑞典比尔的Concept公司致力于开发用于高压IGBT模块的驱动产品，主要用于工业电机驱动、再生能源生产、电动火车、高压直流输电、电动汽车与医疗设备等领域的高压功率转换应用。在我们开发测试期间，这家瑞典公司被美国POWER INTEGRATIONS公司以1.15亿美金全资收购。现在产品的LOGO由CONCEPT变成了PI。采用了PI方案后，在可靠保护的同时，也彻底解决了误动的问题。采用工业级的驱动模块，成本会上升很多，但是本着为用户着想的精神，我们却坚持产品不加价，以更高的性价比回馈用户。而我们的净化再生电源PCB版本也历经各种改进迭代，进入了v 11.1版本，在制版厂大修改达11次以上！（个位数以上是大修改，小数点后是小修改）这也印证了我们决心做好每一个产品的执着！
（全文完）
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发表于 2019-7-24 19:14
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