16位單片機實現(xiàn)全數(shù)字回路控制,簡化大功率開關(guān)電源

開關(guān)電源(SMPS)正隨著系統(tǒng)變得日益復(fù)雜，如帶多路輸出、協(xié)調(diào)負(fù)載共享，熱插拔能力、輸出協(xié)調(diào)、集成功率因數(shù)校正或豐富故障處理功能，傳統(tǒng)的模擬控制回路變得復(fù)雜和昂貴。針對大功率和復(fù)雜度高的開關(guān)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(shù)字信號控制器(DSC)系列，這是Microchip首個SMPS DSC產(chǎn)品，它可以節(jié)省50%的元件數(shù)量，適用于AC/DC電源、功率因數(shù)校正(PFC)、隔離式DC/DC轉(zhuǎn)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(guān)電源的控制回路通過數(shù)字方式進(jìn)行，設(shè)計也“由硬變軟”

新型dsPIC30F1010和dsPIC30F202X DSC是微芯科技針對電源應(yīng)用推出的第四級數(shù)字集成產(chǎn)品，也是第一次實現(xiàn)全數(shù)字回路控制。該公司數(shù)字信號控制器部門戰(zhàn)略市場總監(jiān)Steve Marsh表示，盡管單片機在電源設(shè)計中廣泛應(yīng)用，如該公司已經(jīng)推出的三級數(shù)字集成產(chǎn)品，但控制回路依然是以模擬形式來實現(xiàn)。他介紹說，第一級開/關(guān)控制，單片機可以提供一些包括軟啟動、定序和監(jiān)控的簡單功能，由8位MCU實現(xiàn)；第二級比例控制，單片機可以管理現(xiàn)有電源芯片，并擴展現(xiàn)有功能，由8位或16位MCU/DSC實現(xiàn)；第三級拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的控制，SMPS的功能模塊作為單片機控制的外設(shè)，由8位或16位MCU/DSC實現(xiàn)。

Marsh表示：“新推出的是第四級全數(shù)字控制產(chǎn)品，第一次實現(xiàn)全數(shù)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(xiàn)數(shù)字濾波，只需要外接功率驅(qū)動模塊。這樣的數(shù)字控制，可以使客戶使用的元件數(shù)量減少50%。”

不過，他表示，第四級的數(shù)字回路控制并不會完全取代其它設(shè)計，模擬和數(shù)字控制將在一定的過渡期內(nèi)并存，目前模擬控制和數(shù)字控制應(yīng)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(fù)雜，否則不會用到新型dsPIC系列。Marsh指出：“隨著電源系統(tǒng)的性能和功率不斷提高，以模擬方法實現(xiàn)的元件數(shù)量和功耗也逐漸提高，越來越多的控制要通過數(shù)字方式進(jìn)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(shù)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(shè)實現(xiàn)對電源轉(zhuǎn)換過程的全面控制。制造商不再受模擬控制設(shè)計技術(shù)的限制，也不必為適應(yīng)元件變化而使用過大元件，也不再需要擔(dān)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(xiàn)產(chǎn)品的多樣化，因此極少的產(chǎn)品平臺就可以滿足更廣泛的應(yīng)用需求。除此之外，制造商還可以通過新的數(shù)字拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以更加靈活的方式開發(fā)高功率密度和改善成本效益的電源產(chǎn)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(zhuǎn)向32位，因此業(yè)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(lǐng)導(dǎo)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(fā)現(xiàn)，32位單片機技術(shù)非常復(fù)雜，特別是當(dāng)他們已經(jīng)適應(yīng)了8位單片機后，這種感覺會更加突出。而且，32位的開發(fā)時間比較長，一些開始采用了32位單片機的電源設(shè)計者也逐漸發(fā)現(xiàn)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(chǎn)品。另外，對于那些從8位過渡到16位的用戶來說，他們會發(fā)現(xiàn)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(chǎn)品的指令和架構(gòu)都非常熟悉，不需要花更多的精力。”