選擇數(shù)字電源集成電路（IC）的秘訣

　　隨著工程師們對(duì)數(shù)字電源這項(xiàng)技術(shù)及其優(yōu)勢(shì)的熟知，各式各樣的數(shù)字電源的發(fā)展勢(shì)頭日益強(qiáng)勁。電源系統(tǒng)和電源設(shè)計(jì)人員已經(jīng)意識(shí)到，部署數(shù)字電源并不是對(duì)現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行革命性轉(zhuǎn)變的全新設(shè)計(jì)。由于目前市場(chǎng)上數(shù)字電源器件種類(lèi)繁多，設(shè)計(jì)人員可以立即利用其巨大優(yōu)勢(shì)，應(yīng)用到任一設(shè)計(jì)項(xiàng)目。可以于此獲得極有價(jià)值并且相當(dāng)豐富的收益。

　　數(shù)字電源尺寸和成本概述

　　數(shù)字電源利用混合信號(hào)處理開(kāi)發(fā)的發(fā)展演進(jìn)?；旌闲盘?hào)處理同時(shí)滿足了數(shù)字電路與模擬電路的需要。數(shù)字電路的范圍很廣，其中包括微處理器、狀態(tài)機(jī)以及通信外設(shè)和簡(jiǎn)單邏輯電路。存儲(chǔ)器也包含在這個(gè)部分中。模擬電路可以包括運(yùn)算放大器和比較器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器 （ADC）、數(shù)模轉(zhuǎn)換器 （DAC） 脈寬調(diào)制器 （PWM） 發(fā)生器和基準(zhǔn)，以及更多其它器件。對(duì)這一處理技術(shù)的充分利用能讓這些器件優(yōu)化模擬與數(shù)字電路的分配，同時(shí)又將這些器件集成在一個(gè)芯片上。通過(guò)減少物料清單 （BOM） 成本和器件數(shù)量可以降低系統(tǒng)成本，并且由于系統(tǒng)中所包含的互連組件減少，系統(tǒng)會(huì)更加可靠。由于一個(gè)控制器有可能服務(wù)于很多解決方案，制造商需要跟蹤和儲(chǔ)備的最小庫(kù)存單位 （SKU） 更少。

　　舉個(gè)例子，集成一個(gè)多用途微控制器 （MCU） 既能夠執(zhí)行一定范圍的電源相關(guān)功能，能夠免除了對(duì)于其它獨(dú)立控制芯片的需要。可以為集成型MCU設(shè)定許多電源管理特性，諸如過(guò)壓、欠壓、過(guò)流條件和其它功能。根據(jù)數(shù)字MCU處理能力的不同，數(shù)字電源器件可被設(shè)定為包含多種電源轉(zhuǎn)換特性，諸如簡(jiǎn)單到復(fù)雜拓?fù)渲С?、自適應(yīng)環(huán)路補(bǔ)償、針對(duì)峰值電流模式控制的斜坡補(bǔ)償、均流以及溫度補(bǔ)償。另外一個(gè)例子就是提供功率因數(shù)校正 （PFC），與此同時(shí)執(zhí)行電子儀表計(jì)量功能。通過(guò)提供多種數(shù)字電源器件，設(shè)計(jì)人員能夠?yàn)閼?yīng)用選擇最適合的功能，而無(wú)需擔(dān)心其他無(wú)用的功能造成的負(fù)擔(dān)。

　　電源拓?fù)潇`活性

　　數(shù)字技術(shù)所固有的靈活性，使得特有集成數(shù)字MCU或可配置狀態(tài)機(jī)的數(shù)字電源器件可成為一個(gè)支持所有主要傳統(tǒng)電源拓?fù)涞钠脚_(tái)，這個(gè)平臺(tái)也支持任何有可能出現(xiàn)的全新且更加精密的拓?fù)?。所支持拓?fù)鋵ㄏ嘁迫珮颉⒍嘞嘟诲e(cuò)PFC、無(wú)橋PFC、共振LLC、雙向DC/DC、雙向DC/AC和PFC、三相逆變器、最大功率點(diǎn)跟蹤 （MPPT） DC/DC和其它拓?fù)?。由于這一靈活性和集成外設(shè)，通過(guò)使用高分辨率相位、頻率和占空比控制算法，數(shù)字電源器件能夠提供精確波形控制。

　　效率

　　高級(jí)控制算法使得數(shù)字電源器件能夠提高電源和系統(tǒng)的功效，從而減少了電源和主機(jī)系統(tǒng)的能耗。這對(duì)數(shù)據(jù)中心、海量存儲(chǔ)系統(tǒng)等很多應(yīng)用的運(yùn)行成本都有顯著的影響。自適應(yīng)數(shù)字控制能夠?qū)崿F(xiàn)快速調(diào)節(jié)，以改變線路和負(fù)載情況，從而優(yōu)化電源和系統(tǒng)效率。例如，對(duì)于更高效的電力傳輸，可以實(shí)時(shí)改變功率級(jí)的控制方法，或者對(duì)電源轉(zhuǎn)換進(jìn)行調(diào)節(jié)，以減少其在輕負(fù)載或無(wú)負(fù)載條件下的功耗。

　　可靠性和安全性

　　數(shù)字電源器件能夠輕松實(shí)現(xiàn)與系統(tǒng)中其它數(shù)字和模擬組件的交互，這意味它們能夠通過(guò)執(zhí)行系統(tǒng)級(jí)監(jiān)視和故障響應(yīng)來(lái)有效地提高主機(jī)系統(tǒng)的可靠性和安全性。實(shí)際上，數(shù)字控制器的可編程屬性使得它們能夠支持多種總線（諸如PMBus、I2C、SCI、SPI、CAN和其它類(lèi)型的總線）上的多協(xié)議通信，這樣的話，系統(tǒng)能夠輕松地與電源子系統(tǒng)通信。通過(guò)監(jiān)視和記錄整個(gè)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)，數(shù)字電源技術(shù)有助于系統(tǒng)診斷，提供早期故障和錯(cuò)誤報(bào)警，系統(tǒng)也就能夠采取適當(dāng)?shù)膽?yīng)對(duì)操作。

　　寬帶隙 （WBG） 兼容性

　　與其等到那些能夠滿足WBG器件新功能的全新模擬控制器被開(kāi)發(fā)出來(lái)，還不如現(xiàn)在就使用某些數(shù)字電源解決方案。在提供極高分辨率定時(shí)控制的同時(shí)，兼有數(shù)字電源對(duì)所有電源拓?fù)涞闹С帜芰?，諸如氮化鎵 （GaN） 的全新器件可被用于具有較高開(kāi)關(guān)頻率、較低開(kāi)關(guān)損耗、更大功率密度和零反向恢復(fù)的高級(jí)拓?fù)渲小?/p>

　　TI的數(shù)字電源創(chuàng)新

　　德州儀器 （TI） 的數(shù)字電源技術(shù)產(chǎn)品組合是目前業(yè)內(nèi)最全面的產(chǎn)品庫(kù)。雖然其他供應(yīng)商也許能為此行業(yè)的一個(gè)或數(shù)個(gè)細(xì)分市場(chǎng)提供專(zhuān)業(yè)的數(shù)字電源解決方案，TI寬泛的數(shù)字電源創(chuàng)新組合卻可以滿足任何可能的設(shè)計(jì)需求。

　　總的說(shuō)來(lái)，數(shù)字電源技術(shù)在許多應(yīng)用中都適用，從相對(duì)簡(jiǎn)單的功能到最復(fù)雜的電源管理任務(wù)。數(shù)字電源市場(chǎng)通常被細(xì)分為4個(gè)不同的器件類(lèi)型，每一類(lèi)器件均有其自身的優(yōu)勢(shì)和解決方案。這些器件為： 數(shù)字電源控制器；具有數(shù)字接口的模擬電源穩(wěn)壓器；數(shù)字電源排序器；數(shù)字熱插拔控制器。接下來(lái)將解釋每個(gè)產(chǎn)品類(lèi)別，并談一談TI數(shù)字電源產(chǎn)品庫(kù)中的一些器件。

　　數(shù)字電源控制器

　　數(shù)字電源控制器調(diào)節(jié)不同類(lèi)型電源的輸出，從AC/DC到DC/AC電源、隔離式DC/DC、負(fù)載點(diǎn) （POL） 穩(wěn)壓器、功率調(diào)節(jié)器和濾波器，以及其它器件。由于它們所具有的集成MCU和電源專(zhuān)用外設(shè)，數(shù)字電源控制器具有同時(shí)執(zhí)行環(huán)路補(bǔ)償和管理反饋環(huán)路所需的計(jì)算能力，以保持正確的輸出穩(wěn)壓或調(diào)節(jié)，以及執(zhí)行其它系統(tǒng)級(jí)監(jiān)視和穩(wěn)壓任務(wù)的能力。這些器件配備有針對(duì)電源管理應(yīng)用進(jìn)行優(yōu)化的外設(shè)。

　　TI的數(shù)字電源控制器有一些行業(yè)內(nèi)獨(dú)一無(wú)二的功能。例如，它們的高頻和高分辨率運(yùn)行使得它們與GaN技術(shù)兼容，從而提供高開(kāi)關(guān)速度和低功率損耗。此外，TI所有的數(shù)字電源控制器特有出色的瞬態(tài)響應(yīng)和動(dòng)態(tài)性能。這些功能由不同的技術(shù)實(shí)現(xiàn)。在某些情況下，數(shù)字電源控制器針對(duì)極快速中斷而設(shè)計(jì)，這就減少了控制環(huán)路采樣與響應(yīng)計(jì)算之間的延遲。在其它情況下，使用集成有專(zhuān)用ADC和計(jì)算引擎的外設(shè)來(lái)提供針對(duì)控制環(huán)路的快速響應(yīng)。通常情況下，這些快速響應(yīng)能力使得控制器能夠減少功率級(jí)組件間的差異所帶來(lái)的影響。

　　集成在TI數(shù)字電源控制器中的MCU可編程性使得它們完全可配置并且能夠控制復(fù)雜拓?fù)?，以及諸如雙向、多相重排序和相位校正、自適應(yīng)死區(qū)時(shí)間控制以及其它運(yùn)行模式。此外，通過(guò)配置這些控制器能在包括PMBus在內(nèi)的多種總線上支持系統(tǒng)級(jí)監(jiān)視、儀表計(jì)量和通信。這可實(shí)現(xiàn)諸如在線診斷和報(bào)告、現(xiàn)場(chǎng)功耗數(shù)據(jù)采集等精密電源管理過(guò)程，以?xún)?yōu)化設(shè)計(jì)，并且可以通過(guò)數(shù)字接口把新參數(shù)寫(xiě)入控制器。正因如此，可采用多種拓?fù)鋪?lái)監(jiān)視控制環(huán)路。實(shí)際上，通過(guò)使用控制器的數(shù)字補(bǔ)償，可以完全避免執(zhí)行具有外部組件的控制環(huán)路?？刂破魉鶊?zhí)行的監(jiān)視和數(shù)據(jù)記錄也可形成早期故障報(bào)警的基礎(chǔ)，這也反過(guò)來(lái)使系統(tǒng)能夠采取措施來(lái)減少這些故障的影響。

　　C2000TM微控制器

　　設(shè)計(jì)靈活性與開(kāi)發(fā)的簡(jiǎn)便性使得TI C2000 MCU成為廣泛應(yīng)用中眾多電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心部件。借助于高級(jí)C語(yǔ)言的完全可編程性以及可輕易更改的配置變量，C2000 MCU已經(jīng)顯現(xiàn)出其強(qiáng)大功能，它們可以組成很多平臺(tái)架構(gòu)的基礎(chǔ)，可以很方便地將這些架構(gòu)調(diào)整為滿足特定的設(shè)計(jì)需要，其中也包括最高級(jí)的電源拓?fù)洹８叨瓤膳渲玫腜WM和ADC組合使得C2000 MCU能夠支持最精密的電源控制功能。C語(yǔ)言中提供的模塊化軟件庫(kù)加快了系統(tǒng)級(jí)應(yīng)用的直觀開(kāi)發(fā)。TI的C2000實(shí)時(shí)C28x處理內(nèi)核具有高達(dá)200MHz的處理能力，以支持最精密的電源系統(tǒng)。除了其主要的處理內(nèi)核，C2000 MCU還特有基于RISC的控制律加速器 （CLA） 實(shí)時(shí)協(xié)處理器，它的速度處理能力也高達(dá)200MHz。這兩個(gè)完全不同的處理資源可實(shí)現(xiàn)處理負(fù)載的有效劃分，CLA能夠承擔(dān)控制環(huán)路處理和其它實(shí)時(shí)任務(wù)，減輕主內(nèi)核處理這些任務(wù)的負(fù)擔(dān)，從而主核可以專(zhuān)門(mén)進(jìn)行通信協(xié)議處理或額外的控制環(huán)路控制的內(nèi)務(wù)處理任務(wù)。這樣整個(gè)電源系統(tǒng)就會(huì)更加有效，響應(yīng)速度更快。利用多達(dá)12對(duì)高速、高分辨率PWM（分辨率額定值150ps）等眾多資源，C2000 MCU能夠驅(qū)動(dòng)高開(kāi)關(guān)頻率以及大量相位或電源軌，同時(shí)又減小了設(shè)計(jì)尺寸。集成高速ADC的處理速度高達(dá)4MSPS，分辨率高達(dá)16位。C2000 MCU還支持最常見(jiàn)的實(shí)時(shí)通信協(xié)議，其中包括I2C、SCI、SPI、CAN和PMBus。

　　通過(guò)將精密控制架構(gòu)所需的全部資源集成到一個(gè)輕松可編程、可配置器件內(nèi)，C2000 MCU在減小尺寸和降低成本的同時(shí)，也降低了系統(tǒng)其余部分的硬件復(fù)雜度。與多個(gè)PWM事件同步的高分辨率ADC和DAC可實(shí)現(xiàn)廣泛的控制，包括斜坡補(bǔ)償電路在內(nèi)的片上功能性支持峰值電流模式和其它精密控制機(jī)制。諸如比較器和來(lái)自多個(gè)來(lái)源的觸發(fā)區(qū)輸入的數(shù)個(gè)集成資源可實(shí)現(xiàn)對(duì)功率級(jí)的多種保護(hù)功能，其中包括過(guò)壓、欠壓和過(guò)流保護(hù)。多個(gè)片上時(shí)鐘提供的冗余功能可通過(guò)時(shí)鐘源的備份來(lái)提高電源系統(tǒng)的可靠性。實(shí)際上，C2000 MCU特有一個(gè)3時(shí)鐘保護(hù)系統(tǒng)配置，其中的一個(gè)時(shí)鐘在另一個(gè)時(shí)鐘發(fā)生故障時(shí)自動(dòng)切換至備用時(shí)鐘。
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