Microchip：優(yōu)化數(shù)字電源，讓它向前再邁一步

模擬電源和數(shù)字電源之爭已經(jīng)進(jìn)行了好多年，總體來說各有優(yōu)勢。模擬電源因?yàn)榘l(fā)展時間長，其設(shè)計(jì)為用戶所熟知，已經(jīng)積累了許多優(yōu)秀的資料、仿真工具包和應(yīng)用手冊。還有眾多廠商提供的大量低成本集成電路，其封裝了許多功能，從集成柵極驅(qū)動器及開關(guān)到電流感應(yīng)和保護(hù)，因此模擬電源的市場占有率仍然偏高。但是數(shù)字電源有著自身固有的優(yōu)勢，模擬電源無法代替，因此在電源領(lǐng)域數(shù)字集成顯然是個趨勢。

各家模擬電源廠商也在數(shù)字電源領(lǐng)域不斷發(fā)力，力圖用最新的技術(shù)推動這個數(shù)字電源市場的發(fā)展，預(yù)計(jì)全球數(shù)字功率半導(dǎo)體市場到2017年會增長到124億美元，服務(wù)器是數(shù)字電源的最大單一市場，從現(xiàn)在到2017年該領(lǐng)域的復(fù)合年度增長率將達(dá)44.8%。這一市場預(yù)期是否能如愿實(shí)現(xiàn)？要看技術(shù)的發(fā)展和推廣力度。Microchip在這一領(lǐng)域已經(jīng)深耕多年，如今又推出了dsPIC33EP“GS”系列數(shù)字信號控制器（DSC）產(chǎn)品，將數(shù)字電源性能向前推進(jìn)一步。

負(fù)載10%效率可達(dá)90%

上圖為CSCI效率要求圖，“縱軸是效率，橫軸是負(fù)載，在這里其實(shí)有2個標(biāo)準(zhǔn)，鈦金標(biāo)準(zhǔn)和鉑金標(biāo)準(zhǔn)。如果想達(dá)到最高的鈦金標(biāo)準(zhǔn)，就必須在負(fù)載達(dá)到50%的時候，實(shí)現(xiàn)效率達(dá)到96%。更為困難的是在負(fù)載10%的時候，效率達(dá)到90%。要想實(shí)現(xiàn)第二個目標(biāo)，如果采用模擬技術(shù)就非常困難。因此很多客戶轉(zhuǎn)用數(shù)字技術(shù)，也就是采用Microchip dsPIC單片機(jī)技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)在負(fù)載10%的時候效率達(dá)到90%?！盡icrochip 16位單片機(jī)部門產(chǎn)品營銷經(jīng)理 Tom Spohrer強(qiáng)調(diào)。

讓高可靠性系統(tǒng)處于“永遠(yuǎn)工作”狀態(tài)
很多設(shè)備需要一直處于工作狀態(tài)，比如服務(wù)器，它的停歇會給用戶帶來極差的用戶體驗(yàn)，如果你在雙十一正在搶商品忽然發(fā)現(xiàn)服務(wù)器停機(jī)了，想必你會非常懊惱，如果能夠?qū)μ熵埖姆?wù)進(jìn)行點(diǎn)評，你會當(dāng)仁不讓畫上一個大大的差評。那么Microchip是怎樣做到的呢? dsPIC33EP‘GS’系列使用的是雙閃存分區(qū)的方式。現(xiàn)有代碼在第一個閃存分區(qū)運(yùn)行，更新的那部分代碼在第二閃存分區(qū)運(yùn)行。兩者之間的轉(zhuǎn)換時間可以在300納秒之內(nèi)完成。這樣的話就可以在PWM的中間實(shí)現(xiàn)。整個電力供應(yīng)過程不受任何影響，代碼更迭就已經(jīng)完成了。

多個現(xiàn)場選擇寄存器實(shí)現(xiàn)瞬時切換

以前的控制器只設(shè)有一個現(xiàn)場選擇寄存器，而這款設(shè)備設(shè)有三個，這樣就可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場選擇寄存器實(shí)現(xiàn)瞬時切換。補(bǔ)償器在ADC進(jìn)行中斷的過程當(dāng)中進(jìn)行計(jì)算，只有ADC當(dāng)中出現(xiàn)一個新值，中斷的時候就可以計(jì)算下一個PWM的值。從上圖看到總共有三個工作寄存器，有一個是正常使用的工作寄存器，還有另外兩個備用。當(dāng)一個ADC設(shè)定在某一個中斷服務(wù)級別的時候，比如說設(shè)定六級，一旦達(dá)到這一中斷服務(wù)級別水平時，就可以使用另外的寄存器。

Tom Spohrer 強(qiáng)調(diào)，“這種寄存器的設(shè)置方式之所以能夠提升整體性能，是因?yàn)樗軌蛱崆皩⑦@些數(shù)據(jù)進(jìn)行加載，而不用把新的值推送到現(xiàn)有的堆棧當(dāng)中來進(jìn)行計(jì)算，并且在這個過程中省去了很多內(nèi)容保存的時間。補(bǔ)償器速度最高能夠提高達(dá)到50%，這也顯著縮短了控制環(huán)的延遲，使得整個電源供應(yīng)的性能得以大幅度提升?！?/p>

三極點(diǎn)三零點(diǎn)補(bǔ)償器性能對比

如上圖，將新老兩款產(chǎn)品的性能進(jìn)行對比。“對于電力供應(yīng)來說關(guān)鍵的一點(diǎn)是從觸發(fā)到模擬信號、到PWM更新，這一段時間的速度到底有多快。對于第二代50兆赫茲的產(chǎn)品，它的ADC第一步轉(zhuǎn)化需要用600納秒，中間中斷服務(wù)100納秒，補(bǔ)償器計(jì)算大概是1.1微秒多，所以總共是不到2毫秒的速度。dsPIC33EP“GS” 系列產(chǎn)品是70兆赫茲，ADC速度比上一代產(chǎn)品快一倍。并且ISR介入的時間點(diǎn)比第二代產(chǎn)品更早，有一部分重合時間，所以在模擬信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換的時候，它就可以進(jìn)行中斷。同時，補(bǔ)償器的計(jì)算也比之前一代要快一倍。此外，還有現(xiàn)場選擇的計(jì)算器和更快的時鐘。因此，全新系列產(chǎn)品的運(yùn)行速度比上一代快兩倍以上?！?Tom Spohrer 補(bǔ)充。

除了以上優(yōu)勢之外，dsPIC33EP‘GS’系列包括多達(dá)5個12位ADC，可提供16Msps的總吞吐量和300納秒的ADC延遲。此外，dsPIC33EP“GS”器件的四個模擬比較器均配有12位DAC，用于精度要求更高的設(shè)計(jì)。兩個片上可編程增益放大器可用于電流檢測以及其他精密測量。而在新器件上集成這些高級模擬放大器可減少所需外部元件的數(shù)量，從而節(jié)省成本和電路板空間。

從DEMO演示中可以看出分界線的兩側(cè)波形十分平穩(wěn)，沒有出現(xiàn)波動。

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