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Microchip:优化数字电源,让它向前再迈一步

2015/05/27
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模拟电源数字电源之争已经进行了好多年,总体来说各有优势。模拟电源因为发展时间长,其设计为用户所熟知,已经积累了许多优秀的资料、仿真工具包和应用手册。还有众多厂商提供的大量低成本集成电路,其封装了许多功能,从集成栅极驱动器开关电流感应和保护,因此模拟电源的市场占有率仍然偏高。但是数字电源有着自身固有的优势,模拟电源无法代替,因此在电源领域数字集成显然是个趋势。

各家模拟电源厂商也在数字电源领域不断发力,力图用最新的技术推动这个数字电源市场的发展,预计全球数字功率半导体市场到2017年会增长到124亿美元,服务器是数字电源的最大单一市场,从现在到2017年该领域的复合年度增长率将达44.8%。这一市场预期是否能如愿实现?要看技术的发展和推广力度。Microchip在这一领域已经深耕多年,如今又推出了dsPIC33EP“GS”系列数字信号控制器(DSC)产品,将数字电源性能向前推进一步。

负载10%效率可达90%

上图为CSCI效率要求图,“纵轴是效率,横轴是负载,在这里其实有2个标准,钛金标准和铂金标准。如果想达到最高的钛金标准,就必须在负载达到50%的时候,实现效率达到96%。更为困难的是在负载10%的时候,效率达到90%。要想实现第二个目标,如果采用模拟技术就非常困难。因此很多客户转用数字技术,也就是采用Microchip dsPIC单片机技术,能够实现在负载10%的时候效率达到90%。”Microchip 16位单片机部门产品营销经理 Tom Spohrer强调。

让高可靠性系统处于“永远工作”状态
很多设备需要一直处于工作状态,比如服务器,它的停歇会给用户带来极差的用户体验,如果你在双十一正在抢商品忽然发现服务器停机了,想必你会非常懊恼,如果能够对天猫的服务进行点评,你会当仁不让画上一个大大的差评。那么Microchip是怎样做到的呢? dsPIC33EP‘GS’系列使用的是双闪存分区的方式。现有代码在第一个闪存分区运行,更新的那部分代码在第二闪存分区运行。两者之间的转换时间可以在300纳秒之内完成。这样的话就可以在PWM的中间实现。整个电力供应过程不受任何影响,代码更迭就已经完成了。

多个现场选择寄存器实现瞬时切换


以前的控制器只设有一个现场选择寄存器,而这款设备设有三个,这样就可以实现现场选择寄存器实现瞬时切换。补偿器在ADC进行中断的过程当中进行计算,只有ADC当中出现一个新值,中断的时候就可以计算下一个PWM的值。从上图看到总共有三个工作寄存器,有一个是正常使用的工作寄存器,还有另外两个备用。当一个ADC设定在某一个中断服务级别的时候,比如说设定六级,一旦达到这一中断服务级别水平时,就可以使用另外的寄存器。

Tom Spohrer 强调,“这种寄存器的设置方式之所以能够提升整体性能,是因为它能够提前将这些数据进行加载,而不用把新的值推送到现有的堆栈当中来进行计算,并且在这个过程中省去了很多内容保存的时间。补偿器速度最高能够提高达到50%,这也显著缩短了控制环的延迟,使得整个电源供应的性能得以大幅度提升。”

三极点三零点补偿器性能对比


如上图,将新老两款产品的性能进行对比。“对于电力供应来说关键的一点是从触发到模拟信号、到PWM更新,这一段时间的速度到底有多快。对于第二代50兆赫兹的产品,它的ADC第一步转化需要用600纳秒,中间中断服务100纳秒,补偿器计算大概是1.1微秒多,所以总共是不到2毫秒的速度。dsPIC33EP“GS” 系列产品是70兆赫兹,ADC速度比上一代产品快一倍。并且ISR介入的时间点比第二代产品更早,有一部分重合时间,所以在模拟信号进行转换的时候,它就可以进行中断。同时,补偿器的计算也比之前一代要快一倍。此外,还有现场选择的计算器和更快的时钟。因此,全新系列产品的运行速度比上一代快两倍以上。” Tom Spohrer 补充。

除了以上优势之外,dsPIC33EP‘GS’系列包括多达5个12位ADC,可提供16Msps的总吞吐量和300纳秒的ADC延迟。此外,dsPIC33EP“GS”器件的四个模拟比较器均配有12位DAC,用于精度要求更高的设计。两个片上可编程增益放大器可用于电流检测以及其他精密测量。而在新器件上集成这些高级模拟放大器可减少所需外部元件的数量,从而节省成本和电路板空间。


从DEMO演示中可以看出分界线的两侧波形十分平稳,没有出现波动。

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