随着美国对华为的制裁越来越收紧,最新的消息是所有有美国技术的产品都要得到许可才能销售给华为。这不仅给我带来一些思考,后面随着制裁收紧,国内很多大公司可能都会受到打击。我们电源行业作为 2B 的中间层,肯定会收到很多客户的去 A 化硬性需求。那么数字电源产品,该怎样去 A 化呢?

 

 

我先说下我的一些考虑点:
1,磁件和磁材料:国内已经 OK,横店东磁,POCO 等等。


2,超节 MOS:已经有国产厂家已经在消费领域大面积应用,目前正在工业领域铺开。


3,低压肖特基二极管:国产和台湾,日本,欧洲都有能供应的。


4,高压碳化硅二极管:国产,日本,欧洲都有能供应的。


5,高压碳化硅开关管:国产有几家能做(东微半导体被华为投资了,还有几家),日本和欧洲的有能供应的。


6,陶瓷电容:国产,日本,台湾有。


7,高压大容量薄膜电容:国产,日本,欧洲有。


8,IGBT 或模块,欧洲,日本,国产有。


9,继电器,保险丝,安规电容:国产,日本,欧洲有。


10,电解电容器:国产,日本,欧洲有。


11,电流霍尔,以及模拟信号链:国产做的不错,而且日本和欧洲也有。


12,驱动 IC,驱动光耦:欧洲,国产最近也突破了,日本也有。


13,MCU,DSP:STM32G4 系列,英飞凌 XMC4000 系列。国产:湖南长沙有一家做 DSP 28335 的。


14,时间有限,统计的不全,请各位见谅,大佬们可以帮忙补充。

 

从上面来看,基本上开关管和被动器件都可以用国产来替代。唯一麻烦的是在电源行业广泛使用的 TI C2000 系列 DSP 将不能在使用,所有我这里找到了 ST 的 STM32G4 和英飞凌的 XMC4000 系列。这两个 MCU 都是 ARM 核,带 PFU,为电力电子的 PWM 控制优化了外设。在目前去 A 的背景下,可能这两个 MCU 是比较可行的选择。其中 STM32G4 系列,已经在老东家高斯宝电气技术公司的产品上大批量应用了。XMC4000 系列在电源行业中原谅我孤陋寡闻,使用的人还是比较少。
 

我简单的看了下 XMC4000 系列的规格书,发现英飞凌的这个芯片为电力电子的应用还是做了很多优化和考虑的,如:3.3V 单电源供电,PFU,最高满足 125°高温工作,12 位 ADC,转换时间低于 500ns,最高 150ps 的 PWM 分辨率。uart,can, spi, 等通信接口一应俱全。对于电力电子控制来说,最关心的还是 ADC 和 PWM 的外设的性能。我在它的规格书里面看到这些功能:

 

1,可以检测到 ADC 输入是否断路,有了这个功能就能直接判断开环,对系统控制的可靠性有了很大的提升。
 

Broken-wire-detection (BWD) preloads the converter network with a selectable levelbefore  sampling  the  input  channel.  The  result  will  then  reflect  the  preload  value  if  theinput  signal  is  no  more  connected.  If  buffer  capacitors  are  used,  a  certain  number  ofconversions may be required to reach the failure indication level. (P16-29)

 

2, ADC 的转换结果限值检测,比较遗憾的没有 TI 那种基于模拟比较器的快速响应。
 

Compare with Standard Conversions (Limit Checking)The limit checking mechanism can automatically compare each digital conversion resultto an upper and a lower boundary value. A channel event can then be generated whenthe  result  of  a  conversion/comparison  is  inside  or  outside  a  user-defined  band  (seebitfield CHEVMODE and Figure 16-11).This  feature  supports  automatic  range  monitoring  and  minimizes  the  CPU  load  byissuing service requests only under certain predefined conditions. (P16-31)
 

虽不够完美,但是 XMC4000 提出了另外一种解决方法。就是快速比较,直接把输入信号与寄存器中的数字量进行比较,如果不需要非常精确的值,用这种比较方式就会大幅度提升响应时间。
 

Utilizing Fast Compare ModeIn Fast Compare Mode, the input signal is directly compared to a value in the associatedresult register. This comparison just provides a binary result (above/below). If the exactresult  value  is  not  required,  this  saves  conversion  time.  A  channel  event  can  then  begenerated when the input signal becomes higher (or lower) than the compare value (seebitfield CHEVMODE and Figure 16-12).The  compare  value  in  Fast  Compare  Mode  is  taken  from  the  result  register.  BitfieldsBOUNDARY1 and BOUNDARY0 in register GxBOUND (x = 0 - 1) define delta limits inthis case. These deltas are added to (or subtracted from) the original compare value andallow defining an arbitrary hysteresis band.

 

 

3,XMC4000 系列 ADC 的一个我觉得最大的亮点,有了这个功能节约不少 CPU 的开销:ADC 的模块里面的 ADC 转换结果处理模块可以配置成 FIR 滤波器,并提供了 3 个可以配置的系数,通过加乘操作来实现 FIR 滤波,然后把处理完的结果放在寄存器中。FIR 滤波器可以说是用的非常多的操作了,比如把多次转换的结果加起来求平均就是 FIR 的一种应用,有了这个功能能把 CPU 在 ADC 滤波上的开销节约出来。


Finite Impulse Response Filter Mode (FIR)The FIR filter (see Figure 16-20) provides 2 result buffers for intermediate results (RB1,RB2) and 3 configurable tap coefficients (a, b, c).The conversion result and the intermediate result buffer values are added weighted withtheir  respective  coefficients  to  form  the  final  value  for  the  result  register.  Severalpredefined  sets  of  coefficients  can  be  selected  via  bitfield  DRCTR  (coding  listed  inTable 16-4) in registers G0RESy (y = 0 - 15) and GLOBRES. These coefficients lead toa gain of 3 or 4 to the ADC result producing a 14-bit value. The valid flag (VF) is activatedfor each sample after activation, i.e. for each sample generates a valid result.Note: Conversions for other result registers can be inserted between conversions to befiltered.

 


4,IIR 无限冲击响应,提供了两个可以配置的系数,可以用来组成低通滤波器。也是非常有用的操作。优点同样是可以节约 CPU 开销。


Infinite Impulse Response Filter Mode (IIR)The  IIR  filter  (see  Figure 16-21)  provides  a  result  buffer  (RB)  and  2  configurable coefficients (a, b). It represents a first order low-pass filter.The  conversion  result,  weighted  with  the  respective  coefficient,  and  a  fraction  of  theprevious  result  are  added  to  form  the  final  value  for  the  result  register.  Severalpredefined  sets  of  coefficients  can  be  selected  via  bitfield  DRCTR  (coding  listed  inTable 16-4) in registers G0RESy (y = 0 - 15) and GLOBRES. These coefficients lead toa gain of 4 to the ADC result producing a 14-bit value. The valid flag (VF) is activated foreach sample after activation, i.e. for each sample generates a valid result.Note: Conversions for other result registers can be inserted between conversions to befiltered

 


再来看看 PWM 的功能,在这个芯片里面叫 CCU8。可以支持调频,移相,死区互补等 PWM 的常规操作。从官方提供的应用文档来看(参考文档 2),实现各种常规拓扑,不在话下。

 

 电压模式控制:

 

 

平均电流模式控制:

 

 

三角波 PWM 配置:

 

 

峰值电流模式:

 

 

CRM 模式 ZCD 刷新:

 


参考文档:
1,MC4000/1000 Microcontroller Seriesfor XMC4000 Family  


ARM® Cortex®-M432-bit processor core

 

2,MC4000/1000 Microcontroller Seriesfor Industrial Applications


Introduction to Digital Power  Conversion

 

小结:
通过阅读 XMC4000 系列的规格书,发现这个 MCU 确实有一些自己的思考在里面,特别是 ADC 的结果处理模块。虽然没有 TI 那种直接用模拟比较器来关闭 PWM 的快速,但是也提供了快速比较模块的功能,基本上也能实现类似的功能。另外就是 PWM 模块的配置比较复杂,我还没看懂,等看清楚了在开一篇文章。但是从官方提供的应用文档来看,实现各种拓扑控制的功能也一应俱全,所以考虑去 A 化,也许 XMC4000 系列是个不错的选择。后面我有了新的研究,在继续更新,谢谢观看。
   

本人能力有限,如果上文中有错误的地方请见谅,谢谢。