最新的效率標(biāo)準(zhǔn)以及適應(yīng)不斷變化的環(huán)境影響的能力給傳統(tǒng)的模擬電源設(shè)計(jì)帶來(lái)了諸多挑戰(zhàn)。現(xiàn)代電力電子設(shè)備的瞬態(tài)行為、環(huán)境考慮因素和現(xiàn)代電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)復(fù)雜性需要一種更靈活的設(shè)計(jì)方法來(lái)考慮這些新變量。數(shù)字電源轉(zhuǎn)換和控制解決了設(shè)計(jì)人員面臨的許多挑戰(zhàn);然而，許多設(shè)計(jì)人員努力使其模擬領(lǐng)域知識(shí)適應(yīng)最新的數(shù)字系統(tǒng)，并與開(kāi)發(fā)人員合作實(shí)現(xiàn)有競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品功能。

Microchip通過(guò)提供廣泛的數(shù)字電源生態(tài)系統(tǒng)（包括微控制器（MCUS）和數(shù)字信號(hào)控制器（DSC）、尖端的電源轉(zhuǎn)換特性、全功能參考設(shè)計(jì)、免費(fèi)提供的高級(jí)設(shè)計(jì)資源以及具有獨(dú)特工具的領(lǐng)先軟件解決方案來(lái)應(yīng)對(duì)這些考慮因素。

各種電力技術(shù)

的發(fā)展 將電力系統(tǒng)整合到以前由燃燒、機(jī)械或壓縮空氣驅(qū)動(dòng)的許多應(yīng)用中的趨勢(shì)越來(lái)越明顯。此外，越來(lái)越多的分布式電力系統(tǒng)，如基于電池的電網(wǎng)備份、可再生能源、儲(chǔ)能、不間斷電源等，正在部署，以減少化石燃料消耗并提高電力系統(tǒng)效率。推動(dòng)信息時(shí)代（數(shù)據(jù)中心/服務(wù)器電源）的因素是電力需求，而激烈的競(jìng)爭(zhēng)限制更加強(qiáng)調(diào)降低成本。現(xiàn)代電力系統(tǒng)的大部分重點(diǎn)是提高效率、優(yōu)化輸送以及適應(yīng)更廣泛的直流 （DC） 和交流 （AC） 系統(tǒng)。

隨著電力技術(shù)的日益多樣化，以及對(duì)效率的要求越來(lái)越嚴(yán)格，固有的定制模擬電源設(shè)計(jì)并不是許多最新電源應(yīng)用和實(shí)現(xiàn)的最佳選擇。此外，電子和電氣系統(tǒng)市場(chǎng)的快速發(fā)展正在通過(guò)新的認(rèn)證和標(biāo)準(zhǔn)迅速發(fā)展。現(xiàn)在，這些在模擬電源設(shè)計(jì)中更具挑戰(zhàn)性。因此，許多原始設(shè)備制造商正在轉(zhuǎn)向數(shù)字電源解決方案，以迅速增強(qiáng)其當(dāng)前的電力產(chǎn)品組合。全數(shù)字解決方案提供了一個(gè)適應(yīng)性更強(qiáng)、更高效的平臺(tái)，以適應(yīng)最新的電子和電氣系統(tǒng)。

由于數(shù)字電源是最近的進(jìn)步，并且在許多傳統(tǒng)模擬電源設(shè)計(jì)人員的領(lǐng)域之外，有許多設(shè)計(jì)人員不熟悉該技術(shù)。Microchip通過(guò)提供創(chuàng)新的解決方案來(lái)緩解與電力設(shè)計(jì)相關(guān)的許多傳統(tǒng)挑戰(zhàn)，同時(shí)教育工程師和設(shè)計(jì)人員了解數(shù)字電源技術(shù)的未來(lái)，從而解決這個(gè)問(wèn)題。

電源設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)

電源設(shè)計(jì)正在從由少數(shù)專(zhuān)業(yè)模擬設(shè)計(jì)人員主導(dǎo)的領(lǐng)域過(guò)渡到混合軟件、數(shù)字和模擬設(shè)計(jì)的領(lǐng)域。這種轉(zhuǎn)變是為了響應(yīng)市場(chǎng)因素和新技術(shù)，使數(shù)字電源解決方案的使用成為可能。解決了電力設(shè)計(jì)帶來(lái)的許多挑戰(zhàn)。這一挑戰(zhàn)的一個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域是確保高效可靠的電力系統(tǒng)運(yùn)行，同時(shí)考慮各種且經(jīng)常波動(dòng)的條件。在變化很大的負(fù)載條件下實(shí)現(xiàn)效率是這一挑戰(zhàn)的一個(gè)主要方面。

盡管模擬系統(tǒng)通常可以設(shè)計(jì)為在狹窄的工作條件下非常高效，但在考慮一系列工作條件時(shí)，這些系統(tǒng)往往會(huì)效率低下。此外，如果需求發(fā)生變化，模擬電源系統(tǒng)可能需要完全重新設(shè)計(jì)，或者至少需要實(shí)質(zhì)性的設(shè)計(jì)更改，這相當(dāng)于延遲設(shè)計(jì)周期和更長(zhǎng)的上市時(shí)間。嘗試面向未來(lái)的模擬電源設(shè)計(jì)也往往會(huì)增加大量成本，而且在許多情況下是不可行的。鑒于現(xiàn)代電力系統(tǒng)運(yùn)行的瞬態(tài)特性，數(shù)字電源技術(shù)越來(lái)越多地用于實(shí)現(xiàn)更靈活、更高效的設(shè)計(jì)方法。

然而，數(shù)字電源系統(tǒng)開(kāi)發(fā)需要模擬電源技術(shù)和數(shù)字控制系統(tǒng)理論方面的知識(shí)。通常，多個(gè)設(shè)計(jì)人員和開(kāi)發(fā)人員團(tuán)隊(duì)正在開(kāi)發(fā)一個(gè)單獨(dú)的電源系統(tǒng)，每個(gè)團(tuán)隊(duì)都有自己的一組要求和有限的微處理器（MPU）或DSC資源需求。

眾所周知，軟件更新通常會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)停機(jī)。在將余量測(cè)量到小數(shù)點(diǎn)后幾位的行業(yè)中，最大限度地減少停機(jī)時(shí)間對(duì)于電力系統(tǒng)至關(guān)重要。鑒于固件、認(rèn)證和驗(yàn)證要求的復(fù)雜性，對(duì)于任何軟件驅(qū)動(dòng)的技術(shù)來(lái)說(shuō)，這都不是一件容易的事。

數(shù)字電源解決方案可實(shí)現(xiàn)高效、穩(wěn)健的電源設(shè)計(jì)

數(shù)字電源技術(shù)通常利用軟件驅(qū)動(dòng)的開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)和高度集成的組件來(lái)提高效率和可靠性。通過(guò)適當(dāng)?shù)能浖_(kāi)發(fā)，可以設(shè)計(jì)出能夠在各種負(fù)載條件下保持效率的數(shù)字電源系統(tǒng)，并考慮外部和內(nèi)部溫度等環(huán)境因素。

對(duì)于需要更換傳統(tǒng)模擬控制和轉(zhuǎn)換的相對(duì)簡(jiǎn)單的系統(tǒng)（小于 100 瓦），8 位 MCU 可能就足夠了。例如，Microchip面向數(shù)字電源應(yīng)用的8位MCU具有模擬升壓、降壓、升壓/降壓、反激式和SEPIC功率轉(zhuǎn)換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，非常適合高效可靠的支架。此外，Microchip的許多8位MCU還包括集成外設(shè)，如峰值電流模式控制器（PCMC）、斜坡發(fā)生器、斜率補(bǔ)償電路等。這些集成外設(shè)有助于減輕主處理器的負(fù)擔(dān)，同時(shí)提高可靠性。使用這些MCU的設(shè)計(jì)通過(guò)由8位處理內(nèi)核監(jiān)控的專(zhuān)用硬件有效地閉合控制環(huán)路。

對(duì)于受益于更復(fù)雜或自適應(yīng)/預(yù)測(cè)算法控制/轉(zhuǎn)換的更復(fù)雜的電源系統(tǒng)，16位MCU或DSC是功能更強(qiáng)大的選擇。基于軟件的算法，如預(yù)測(cè)、自適應(yīng)甚至非線性函數(shù)，使系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)最高水平的效率，從而使用更簡(jiǎn)單的控制器很難 - 如果不是不可能的話 - 實(shí)現(xiàn)。

Microchip的許多dsPIC DSC系列還包括集成的數(shù)字電源外設(shè)，如高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC?）、數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）、波形發(fā)生器、模擬比較器和可編程增益放大器（PGA）或運(yùn)算放大器。這些集成外設(shè)可減輕主處理器負(fù)擔(dān)、減少延遲并減輕開(kāi)發(fā)負(fù)擔(dān)。由于傳感器、外設(shè)、控制器、執(zhí)行器等之間的可靠通信也是一個(gè)問(wèn)題，Microchip最新的dsPIC33C系列還包括雙CAN FD通信外設(shè)。CAN FD通信標(biāo)準(zhǔn)在可靠性和增加帶寬至關(guān)重要的汽車(chē)和工業(yè)電源應(yīng)用中很常見(jiàn)。

此外，Microchip還提供了多個(gè)MCU和DSC的另一個(gè)功能，進(jìn)一步減輕了主處理器的負(fù)擔(dān)，也有助于開(kāi)發(fā)：雙核數(shù)字電源MCU和DSC。可以智能地平衡兩個(gè)內(nèi)核的資源，以優(yōu)化負(fù)載下的性能并管理延遲，并且內(nèi)核的分區(qū)方式允許由單獨(dú)的軟件團(tuán)隊(duì)進(jìn)行獨(dú)立開(kāi)發(fā)以及簡(jiǎn)單的代碼集成。

使用Microchip的MCU和DSC的開(kāi)發(fā)人員可以通過(guò)廣泛的設(shè)計(jì)資源生態(tài)系統(tǒng)獲得額外的幫助。這些資源包括用于數(shù)字電源設(shè)計(jì)的特定拓?fù)洫?dú)立工具，即數(shù)字補(bǔ)償設(shè)計(jì)工具（DCDT），它是集成到MPLAB? X集成開(kāi)發(fā)環(huán)境（IDE）中的GUI。DCDT簡(jiǎn)化了計(jì)算數(shù)字補(bǔ)償器系數(shù)的過(guò)程，并通過(guò)整合所有延遲和反饋增益來(lái)提供多種控制系統(tǒng)性能分析功能。此外，DCDT 還可生成模擬友好的閉環(huán)性能圖，例如波特、根軌跡和奈奎斯特。最后，DCDT將自動(dòng)計(jì)算縮放參數(shù)、補(bǔ)償器系數(shù)，并生成與Microchip的免費(fèi)SMPS控制軟件庫(kù)一起使用的軟件文件。

Microchip免費(fèi)提供的另一個(gè)開(kāi)發(fā)工具是MPLAB代碼配置器。該工具基于圖形編程環(huán)境，易于過(guò)渡到數(shù)字電源的模擬設(shè)計(jì)人員使用，并無(wú)縫生成易于理解的C代碼。然后，可以使用MPLAB X IDE甚至Microchip基于云的開(kāi)發(fā)工具M(jìn)PLAB Xpress IDE輕松地將這些代碼插入到項(xiàng)目中。借助Microchip MCU或DSC，開(kāi)發(fā)人員還可以訪問(wèn)Microchip的補(bǔ)償器庫(kù)和代碼示例，這些庫(kù)和代碼示例由應(yīng)用專(zhuān)家專(zhuān)業(yè)開(kāi)發(fā)和測(cè)試。

這些庫(kù)和代碼示例可以幫助設(shè)計(jì)人員或開(kāi)發(fā)人員快速適應(yīng)模擬設(shè)計(jì)到數(shù)字設(shè)計(jì)，從而縮短數(shù)字電源設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)曲線。另一個(gè)可以做到這一點(diǎn)的資源是Microchip的參考設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)套件。數(shù)字電源參考設(shè)計(jì)庫(kù)包括無(wú)線電源演示、AC/DC 轉(zhuǎn)換器、低壓 PFC 套件、數(shù)字純正弦波 UPS 設(shè)計(jì)以及其他 DC/DC 和 AC/DC 轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)和套件。

由于可靠性是許多電源應(yīng)用的關(guān)鍵考慮因素，因此MCU和DSC必須符合嚴(yán)格的要求工業(yè)和汽車(chē)標(biāo)準(zhǔn)通常是基本限定符。一些最嚴(yán)格的電力電子標(biāo)準(zhǔn)是汽車(chē)標(biāo)準(zhǔn)，如汽車(chē)安全完整性等級(jí)（ASIL）和汽車(chē)B類(lèi)合規(guī)性。Microchip通過(guò)提供符合汽車(chē)標(biāo)準(zhǔn)的芯片MCU和DSC來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題，并包含滿足并超過(guò)功能安全認(rèn)證的外設(shè)。此外，Microchip還開(kāi)發(fā)了具有實(shí)時(shí)更新功能的MCU和DSC，允許“始終在線”無(wú)線（OTA）固件更新。此功能使開(kāi)發(fā)人員和設(shè)計(jì)人員能夠在升級(jí)軟件或排除數(shù)字電源設(shè)計(jì)故障時(shí)消除停機(jī)時(shí)間。對(duì)于行業(yè)中的許多電源轉(zhuǎn)換應(yīng)用，由于正常運(yùn)行時(shí)間額定值差而避免了高成本而導(dǎo)致停機(jī)，此功能可提高可靠性并節(jié)省大量成本。

考慮數(shù)字電源功能的設(shè)計(jì)

與模擬電源系統(tǒng)相比，數(shù)字電源系統(tǒng)在滿足現(xiàn)代電力要求方面具有許多優(yōu)勢(shì)。在考慮環(huán)境因素和不斷變化的要求的同時(shí)，在廣泛變化的負(fù)載條件下對(duì)最高效率的需求以及對(duì)更高效率的需求增加了數(shù)字電源技術(shù)的采用，這給傳統(tǒng)的模擬電源設(shè)計(jì)人員帶來(lái)了挑戰(zhàn)。Microchip具有數(shù)字電源功能的MCU和DSC有助于減輕這些負(fù)擔(dān)，并為電源設(shè)計(jì)人員和開(kāi)發(fā)人員提供集成的外設(shè)、功能和豐富的選擇。此外，Microchip提供的開(kāi)發(fā)資源和工具有助于從傳統(tǒng)電源設(shè)計(jì)更平穩(wěn)地過(guò)渡到現(xiàn)代軟件驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)。

審核編輯：郭婷