【应用】瑞萨RL78/G10微控制器在智能电源板上的应用
智能电源板（主从插座智能控制）是一种非常流行的家用电器。 它专为智能设备设计，通常还带有USB接口可以直接为智能设备充电，较于传统的国标五孔电源板，新型智能电源板在外观、性能上做了更多的改进，大部分智能电源板将传统国标五孔插孔与USB接口融为一体，提升空间利用率与工作效率，使其更符合当代人的使用习惯。当连接到主插座的设备开启或关闭时，MCU可自动打开或关闭连接到从属插座的设备的电源， 通过这种方式实现家用电器的联动和节省电能等优势。它广泛应用于所连接设备的智能联动控制，如带外围设备的主机，带机顶盒和路由器的电视等家用电器。
针对当前市面智能电源板产品效率低、功耗高等弊端。本应用笔记提供了一种基于低功耗MCU的智能电源板应用方案。所选的主控芯片是瑞萨的RL78/G10低功耗MCU。
图1 智能电源板示意图
首先，介绍本设计的主要电气参数：额定输入电压为220VAC，额定电流为10A，额定功率不超过2000W。符合市面上通用电源板的参数标准，具有良好的通用性；其从属插座电源ON-OFF控制方法为继电器控制，ON-OFF延迟设置不超过100ms，以实现较快的控制响应。具体电路实物图如图2所示。
图2 PCB硬件电路实物图
硬件设计：
本方案的硬件设计主要包含以下几部分电路：电源电路、从电源控制电路（继电器驱动）、能量计量电路、主电源控制电路（继电器驱动）。其设计框图如图2所示。
图2 智能电源板设计框图
如图3所示，设计中有一个低成本的RC降压电路，可将220 VAC电压转换为24 VDC电压，然后将其提供给继电器。 此外，TL431A降压电路将24 VDC电压降至5 VDC电压，然后将其提供给MCU和低成本单相有功电能计量芯片；设计中包含两个单继电器。一个控制主出口电源，另一种是控制为所有从属插座供电。电能计量芯片检测主电源插座中设备的有功功率，并通过脉冲将能量信号发送给RL78/G10。RL78/G10接收脉冲并计算控制继电器的功率值，既提高了工作效率，也降低了产品功耗。
图3 主电源控制电路原理图
得益于RL78/G10的低引脚数紧凑型封装，可大幅降低PCB空间，从而降低产品设计尺寸；同时，RL78/G10微控制器实现了业内最低的电流消耗（CPU：46μA/MHz，待机：STOP），在智能电源板设计应用时，能够显著降低产品对电能的消耗。
图3 RL78/G10微控制器功能框图
软件设计：
整个系统的任务如下：复位/初始化任务，空闲任务，测量超时任务，测量数据处理任务，从控制任务，异常处理任务。智能电源板任务转换框图如图4所示。
图4 智能电源板任务转换框图
瑞萨RL78/G10微控制器主要特点：
•最短指令执行时间：可以从高速（使用高速内部振荡器的@ 20 MHz运行时为0.05μs）更改为低速（1.0μs@ 1 MHz运行）
•通用寄存器：8位寄存器×8
•ROM：1到4 KB，RAM：128到512字节
•可选的高速内部振荡器时钟：20/10/5/2.5/1.25 MHz（典型值）
•片上BCD（二进制编码的十进制）校正电路
•I / O端口：8
•计时器：8/16位定时器：2个通道
•串行接口：
CSI：1个通道
UART：1个通道
简化的I2C通信：1个通道
•8/10位分辨率A / D转换器：4个通道
•待机功能：HALT或STOP模式
•电源电压：VDD = 2.0至5.5 V
•工作环境温度：-40至+ 85°C
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