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    16位單片機實現全數字回路控制,簡化大功率開關電源

    2006-08-01

          開關電源(SMPS)正隨著系統變得日益復雜,如帶多路輸出、協調負載共享,熱插拔能力、輸出協調、集成功率因數校正或豐富故障處理功能,傳統的模擬控制回路變得復雜和昂貴。針對大功率和復雜度高的開關電源,美國微芯科技(Microchip)最近推出了最多可支持四路輸出的16位dsPIC數字信號控制器(DSC)系列,這是Microchip首個SMPS DSC產品,它可以節省50%的元件數量,適用于AC/DC電源、功率因數校正(PFC)、隔離式DC/DC轉換器、UPS和逆變電源等。
          隨著性能和功率的不斷提升,越來越多開關電源的控制回路通過數字方式進行,設計也“由硬變軟” 新型dsPIC30F1010和dsPIC30F202X DSC是微芯科技針對電源應用推出的第四級數字集成產品,也是第一次實現全數字回路控制。該公司數字信號控制器部門戰略市場總監Steve Marsh表示,盡管單片機在電源設計中廣泛應用,如該公司已經推出的三級數字集成產品,但控制回路依然是以模擬形式來實現。他介紹說,第一級開/關控制,單片機可以提供一些包括軟啟動、定序和監控的簡單功能,由8位MCU實現;第二級比例控制,單片機可以管理現有電源芯片,并擴展現有功能,由8位或16位MCU/DSC實現;第三級拓撲結構的控制,SMPS的功能模塊作為單片機控制的外設,由8位或16位MCU/DSC實現。 
          Marsh表示:“新推出的是第四級全數字控制產品,第一次實現全數字控制回路。它最大的特點是只需要使用DSC,完全通過固件實現數字濾波,只需要外接功率驅動模塊。這樣的數字控制,可以使客戶使用的元件數量減少50%。” 
          不過,他表示,第四級的數字回路控制并不會完全取代其它設計,模擬和數字控制將在一定的過渡期內并存,目前模擬控制和數字控制應用的分界線,對于DC/DC來說是100W,AC/DC通常是250W,對于100W以下的電源來說,除非電源非常復雜,否則不會用到新型dsPIC系列。Marsh指出:“隨著電源系統的性能和功率不斷提高,以模擬方法實現的元件數量和功耗也逐漸提高,越來越多的控制要通過數字方式進行。” 
          Marsh表示,新器件不需要外部的PWM、ADC和電源管理芯片,以及晶振、用于通信的獨立芯片和用于功率因素校正的獨立芯片,可以使元件數量減少50%。 
          Marsh解釋說,新型DSC可以通過運行在DSC上的軟件和高性能的集成外設實現對電源轉換過程的全面控制。制造商不再受模擬控制設計技術的限制,也不必為適應元件變化而使用過大元件,也不再需要擔憂元件漂移和溫度補償問題。由于通過軟件而不是硬件實現產品的多樣化,因此極少的產品平臺就可以滿足更廣泛的應用需求。除此之外,制造商還可以通過新的數字拓撲結構以更加靈活的方式開發高功率密度和改善成本效益的電源產品。 
          由于16位單片機在性能方面提升有限,不少客戶紛紛從8位轉向32位,因此業界并不太看好16位單片機的市場前景。不過,作為8位單片機的領導者,微芯并不這么看。Marsh指出:“實際上,很多客戶在使用了32位單片機后發現,32位單片機技術非常復雜,特別是當他們已經適應了8位單片機后,這種感覺會更加突出。而且,32位的開發時間比較長,一些開始采用了32位單片機的電源設計者也逐漸發現32位的性能可能還沒有DSC高,所以他們又回過頭來使用我們的DSC產品。另外,對于那些從8位過渡到16位的用戶來說,他們會發現這個過渡更輕松一些,因為可以使用同樣的工具,而且他們對產品的指令和架構都非常熟悉,不需要花更多的精力。”


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