用于數(shù)字電源的硅增加了靈活性和性能

最新的效率標(biāo)準(zhǔn)以及適應(yīng)不斷變化的環(huán)境影響的能力給傳統(tǒng)的模擬電源設(shè)計帶來了諸多挑戰(zhàn)?，F(xiàn)代電力電子設(shè)備的瞬態(tài)行為、環(huán)境考慮因素和現(xiàn)代電子產(chǎn)品的設(shè)計復(fù)雜性需要一種更靈活的設(shè)計方法來考慮這些新變量。數(shù)字電源轉(zhuǎn)換和控制解決了設(shè)計人員面臨的許多挑戰(zhàn);然而，許多設(shè)計人員努力使其模擬領(lǐng)域知識適應(yīng)最新的數(shù)字系統(tǒng)，并與開發(fā)人員合作實現(xiàn)有競爭力的產(chǎn)品功能。

Microchip通過提供廣泛的數(shù)字電源生態(tài)系統(tǒng)（包括微控制器（MCUS）和數(shù)字信號控制器（DSC）、尖端的電源轉(zhuǎn)換特性、全功能參考設(shè)計、免費提供的高級設(shè)計資源以及具有獨特工具的領(lǐng)先軟件解決方案來應(yīng)對這些考慮因素。

各種電力技術(shù)

的發(fā)展 將電力系統(tǒng)整合到以前由燃燒、機械或壓縮空氣驅(qū)動的許多應(yīng)用中的趨勢越來越明顯。此外，越來越多的分布式電力系統(tǒng)，如基于電池的電網(wǎng)備份、可再生能源、儲能、不間斷電源等，正在部署，以減少化石燃料消耗并提高電力系統(tǒng)效率。推動信息時代（數(shù)據(jù)中心/服務(wù)器電源）的因素是電力需求，而激烈的競爭限制更加強調(diào)降低成本。現(xiàn)代電力系統(tǒng)的大部分重點是提高效率、優(yōu)化輸送以及適應(yīng)更廣泛的直流 （DC） 和交流 （AC） 系統(tǒng)。

隨著電力技術(shù)的日益多樣化，以及對效率的要求越來越嚴(yán)格，固有的定制模擬電源設(shè)計并不是許多最新電源應(yīng)用和實現(xiàn)的最佳選擇。此外，電子和電氣系統(tǒng)市場的快速發(fā)展正在通過新的認(rèn)證和標(biāo)準(zhǔn)迅速發(fā)展?，F(xiàn)在，這些在模擬電源設(shè)計中更具挑戰(zhàn)性。因此，許多原始設(shè)備制造商正在轉(zhuǎn)向數(shù)字電源解決方案，以迅速增強其當(dāng)前的電力產(chǎn)品組合。全數(shù)字解決方案提供了一個適應(yīng)性更強、更高效的平臺，以適應(yīng)最新的電子和電氣系統(tǒng)。

由于數(shù)字電源是最近的進步，并且在許多傳統(tǒng)模擬電源設(shè)計人員的領(lǐng)域之外，有許多設(shè)計人員不熟悉該技術(shù)。Microchip通過提供創(chuàng)新的解決方案來緩解與電力設(shè)計相關(guān)的許多傳統(tǒng)挑戰(zhàn)，同時教育工程師和設(shè)計人員了解數(shù)字電源技術(shù)的未來，從而解決這個問題。

電源設(shè)計挑戰(zhàn)

電源設(shè)計正在從由少數(shù)專業(yè)模擬設(shè)計人員主導(dǎo)的領(lǐng)域過渡到混合軟件、數(shù)字和模擬設(shè)計的領(lǐng)域。這種轉(zhuǎn)變是為了響應(yīng)市場因素和新技術(shù)，使數(shù)字電源解決方案的使用成為可能。解決了電力設(shè)計帶來的許多挑戰(zhàn)。這一挑戰(zhàn)的一個關(guān)鍵領(lǐng)域是確保高效可靠的電力系統(tǒng)運行，同時考慮各種且經(jīng)常波動的條件。在變化很大的負載條件下實現(xiàn)效率是這一挑戰(zhàn)的一個主要方面。

盡管模擬系統(tǒng)通?？梢栽O(shè)計為在狹窄的工作條件下非常高效，但在考慮一系列工作條件時，這些系統(tǒng)往往會效率低下。此外，如果需求發(fā)生變化，模擬電源系統(tǒng)可能需要完全重新設(shè)計，或者至少需要實質(zhì)性的設(shè)計更改，這相當(dāng)于延遲設(shè)計周期和更長的上市時間。嘗試面向未來的模擬電源設(shè)計也往往會增加大量成本，而且在許多情況下是不可行的。鑒于現(xiàn)代電力系統(tǒng)運行的瞬態(tài)特性，數(shù)字電源技術(shù)越來越多地用于實現(xiàn)更靈活、更高效的設(shè)計方法。

然而，數(shù)字電源系統(tǒng)開發(fā)需要模擬電源技術(shù)和數(shù)字控制系統(tǒng)理論方面的知識。通常，多個設(shè)計人員和開發(fā)人員團隊正在開發(fā)一個單獨的電源系統(tǒng)，每個團隊都有自己的一組要求和有限的微處理器（MPU）或DSC資源需求。

眾所周知，軟件更新通常會導(dǎo)致系統(tǒng)停機。在將余量測量到小數(shù)點后幾位的行業(yè)中，最大限度地減少停機時間對于電力系統(tǒng)至關(guān)重要。鑒于固件、認(rèn)證和驗證要求的復(fù)雜性，對于任何軟件驅(qū)動的技術(shù)來說，這都不是一件容易的事。

數(shù)字電源解決方案可實現(xiàn)高效、穩(wěn)健的電源設(shè)計

數(shù)字電源技術(shù)通常利用軟件驅(qū)動的開關(guān)電源設(shè)計和高度集成的組件來提高效率和可靠性。通過適當(dāng)?shù)能浖_發(fā)，可以設(shè)計出能夠在各種負載條件下保持效率的數(shù)字電源系統(tǒng)，并考慮外部和內(nèi)部溫度等環(huán)境因素。

對于需要更換傳統(tǒng)模擬控制和轉(zhuǎn)換的相對簡單的系統(tǒng)（小于 100 瓦），8 位 MCU 可能就足夠了。例如，Microchip面向數(shù)字電源應(yīng)用的8位MCU具有模擬升壓、降壓、升壓/降壓、反激式和SEPIC功率轉(zhuǎn)換器拓撲結(jié)構(gòu)，非常適合高效可靠的支架。此外，Microchip的許多8位MCU還包括集成外設(shè)，如峰值電流模式控制器（PCMC）、斜坡發(fā)生器、斜率補償電路等。這些集成外設(shè)有助于減輕主處理器的負擔(dān)，同時提高可靠性。使用這些MCU的設(shè)計通過由8位處理內(nèi)核監(jiān)控的專用硬件有效地閉合控制環(huán)路。

對于受益于更復(fù)雜或自適應(yīng)/預(yù)測算法控制/轉(zhuǎn)換的更復(fù)雜的電源系統(tǒng)，16位MCU或DSC是功能更強大的選擇。基于軟件的算法，如預(yù)測、自適應(yīng)甚至非線性函數(shù)，使系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)最高水平的效率，從而使用更簡單的控制器很難 - 如果不是不可能的話 - 實現(xiàn)。

Microchip的許多dsPIC DSC系列還包括集成的數(shù)字電源外設(shè)，如高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC?）、數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）、波形發(fā)生器、模擬比較器和可編程增益放大器（PGA）或運算放大器。這些集成外設(shè)可減輕主處理器負擔(dān)、減少延遲并減輕開發(fā)負擔(dān)。由于傳感器、外設(shè)、控制器、執(zhí)行器等之間的可靠通信也是一個問題，Microchip最新的dsPIC33C系列還包括雙CAN FD通信外設(shè)。CAN FD通信標(biāo)準(zhǔn)在可靠性和增加帶寬至關(guān)重要的汽車和工業(yè)電源應(yīng)用中很常見。

此外，Microchip還提供了多個MCU和DSC的另一個功能，進一步減輕了主處理器的負擔(dān)，也有助于開發(fā)：雙核數(shù)字電源MCU和DSC?？梢?a target="_blank">智能地平衡兩個內(nèi)核的資源，以優(yōu)化負載下的性能并管理延遲，并且內(nèi)核的分區(qū)方式允許由單獨的軟件團隊進行獨立開發(fā)以及簡單的代碼集成。

使用Microchip的MCU和DSC的開發(fā)人員可以通過廣泛的設(shè)計資源生態(tài)系統(tǒng)獲得額外的幫助。這些資源包括用于數(shù)字電源設(shè)計的特定拓撲獨立工具，即數(shù)字補償設(shè)計工具（DCDT），它是集成到MPLAB? X集成開發(fā)環(huán)境（IDE）中的GUI。DCDT簡化了計算數(shù)字補償器系數(shù)的過程，并通過整合所有延遲和反饋增益來提供多種控制系統(tǒng)性能分析功能。此外，DCDT 還可生成模擬友好的閉環(huán)性能圖，例如波特、根軌跡和奈奎斯特。最后，DCDT將自動計算縮放參數(shù)、補償器系數(shù)，并生成與Microchip的免費SMPS控制軟件庫一起使用的軟件文件。

Microchip免費提供的另一個開發(fā)工具是MPLAB代碼配置器。該工具基于圖形編程環(huán)境，易于過渡到數(shù)字電源的模擬設(shè)計人員使用，并無縫生成易于理解的C代碼。然后，可以使用MPLAB X IDE甚至Microchip基于云的開發(fā)工具MPLAB Xpress IDE輕松地將這些代碼插入到項目中。借助Microchip MCU或DSC，開發(fā)人員還可以訪問Microchip的補償器庫和代碼示例，這些庫和代碼示例由應(yīng)用專家專業(yè)開發(fā)和測試。

這些庫和代碼示例可以幫助設(shè)計人員或開發(fā)人員快速適應(yīng)模擬設(shè)計到數(shù)字設(shè)計，從而縮短數(shù)字電源設(shè)計的學(xué)習(xí)曲線。另一個可以做到這一點的資源是Microchip的參考設(shè)計和開發(fā)套件。數(shù)字電源參考設(shè)計庫包括無線電源演示、AC/DC 轉(zhuǎn)換器、低壓 PFC 套件、數(shù)字純正弦波 UPS 設(shè)計以及其他 DC/DC 和 AC/DC 轉(zhuǎn)換器設(shè)計和套件。

由于可靠性是許多電源應(yīng)用的關(guān)鍵考慮因素，因此MCU和DSC必須符合嚴(yán)格的要求工業(yè)和汽車標(biāo)準(zhǔn)通常是基本限定符。一些最嚴(yán)格的電力電子標(biāo)準(zhǔn)是汽車標(biāo)準(zhǔn)，如汽車安全完整性等級（ASIL）和汽車B類合規(guī)性。Microchip通過提供符合汽車標(biāo)準(zhǔn)的芯片MCU和DSC來解決這個問題，并包含滿足并超過功能安全認(rèn)證的外設(shè)。此外，Microchip還開發(fā)了具有實時更新功能的MCU和DSC，允許“始終在線”無線（OTA）固件更新。此功能使開發(fā)人員和設(shè)計人員能夠在升級軟件或排除數(shù)字電源設(shè)計故障時消除停機時間。對于行業(yè)中的許多電源轉(zhuǎn)換應(yīng)用，由于正常運行時間額定值差而避免了高成本而導(dǎo)致停機，此功能可提高可靠性并節(jié)省大量成本。

考慮數(shù)字電源功能的設(shè)計

與模擬電源系統(tǒng)相比，數(shù)字電源系統(tǒng)在滿足現(xiàn)代電力要求方面具有許多優(yōu)勢。在考慮環(huán)境因素和不斷變化的要求的同時，在廣泛變化的負載條件下對最高效率的需求以及對更高效率的需求增加了數(shù)字電源技術(shù)的采用，這給傳統(tǒng)的模擬電源設(shè)計人員帶來了挑戰(zhàn)。Microchip具有數(shù)字電源功能的MCU和DSC有助于減輕這些負擔(dān)，并為電源設(shè)計人員和開發(fā)人員提供集成的外設(shè)、功能和豐富的選擇。此外，Microchip提供的開發(fā)資源和工具有助于從傳統(tǒng)電源設(shè)計更平穩(wěn)地過渡到現(xiàn)代軟件驅(qū)動開發(fā)。

審核編輯：郭婷