数字电源不再“纸上谈兵”,规模应用仍面临挑战

当前,很多嵌入式控制设计人员正在将8位或16位mcu设计进行升级。为了帮助他们实现向32位数字信号控制器(dsc)的过渡,ti最新推出四款新型tms320f280x数字信号控制器(已经实现量产),并首次将高性能f28xx系列芯片价格拉到3美元左右。与此同时,microchip也发布了最新的dsc产品。但是与ti从高端应用切入不同,microchip的产品主要针对低端或简单级别数字电源,价格2.99美元起,对某些具体应用而言也颇具成本优势。

两大半导体巨头相继推出的低成本dsc使数字电源的应用不再是“纸上谈兵”,但是从目前的情况来看,由于绝大多数开关电源都是采用传统的模拟电路,数字控制电源作为一种新兴技术还处于摸索阶段,从设计人员切换到产品定义,再到广泛应用,数字电源的规模应用仍需要一个过程。

两大低成本dsc方案比较

ti最新的tms320f280x产品不仅具备32位dsp性能,而且实现了与mcu相似的外设集成,方便易用,主要面向数字电源、马达控制以及智能传感器控制等应用。

ti的tms320f280x结构图

四款新品都采用f280x的设计,均可实现32位宽度的数据处理,每秒375万次采样的12位模数转换器(adc)、正交编码器(qep)接口,最新专利的150微微秒(ps)分辨率的的脉宽调制(pwm)输出通道,并具有can、i(sup/)2(/sup)c、uart、spi等端口。通过对闪存和外设进行一定裁剪后,tms320f28015/f28016的最低每千片批量单价仅为3.25 美元。ti上海应用开发中心工业和家电部经理于振宇介绍:“ti把集成大容量闪存、大量通信接口的高性能信号处理控制器拉到3美元价位,创造了f28xx系列产品的新纪录。价格达到了16位单片机水平,但性能不可同日而语。”

作为电源转换行业领先的单片机和模拟控制产品供应商,microchip日前也推出适用于通用、多回路开关电源(smps)和其它电源转换应用的16位dsc系列dspic。dspic30f1010和dspic30f2020/2023(dspic30f202x)dsc具备分辨率为1ns的pwm,以及可实现低延迟时间和高分辨率控制、每秒200万次采样的10位adc。dspic有电压模式、电流模式两种控制方式,器件尺寸小,针对不同的应用有很好的性价比优势。

“当前,由于缺乏有效的解决方案,对整个电源转换回路进行数字控制的应用发展缓慢。dspic dsc smps解决方案在某些应用实例中的成本和性能优势非常明显,如带多路输出、协调负载共享,热插拔能力、输出协调、集成功率因数校正或丰富故障处理的电源。”microchip公司数字信号控制器部门战略市场总监steve marsh进一步强调:“microchip是第一家能够真正做到数字电源控制的厂商,dspic系列dsc能帮助设计人员实现对产品的全面数字控制。”

dsp与mcu融合成为趋势,ti与microchip欲争宠

一边是dsp行业老大,一边是单片机(mcu)领域的佼佼者,两家半导体巨头都对数字电源应用前景非常乐观,分别从传统dsp和传统mcu角度切入,以融合dsp与mcu的解决方案进军数字电源领域。传统mcu做控制应用比较友好,但数字处理能力弱;传统dsp具有强大的计算处理能力,但由于缺乏做控制应用必需的片上闪存、数据接口、adc等外设,其控制应用不是很友好。因而,dsp与mcu融合成为行业发展趋势。

结合了两者的优点,dsp高性能与mcu易用性的完美融合是ti新型f280x产品的关键卖点。该系列产品有个特点,一方面是具有dsp的cpu,所以有强大的计算能力和数学计算速度,同时具有作控制应用所必须的外设和片上应用模拟模块。ti的于振宇相信dsp是必然趋势,他指出:“传统mcu工程师正在逐渐向dsp转移,dsp设计方便,而且模型建立后,其编程也很方便,加之其系统性、可移植性、可维护性的优势,未来向dsp转移是必然趋势。”

但背靠mcu发家的microchip认为mcu更受工程师青睐,marsh称:“兼具dsp功能的mcu更贴近客户使用习惯。从客户需要来说,他们想要dsp提供给他们的功能,但并不想要dsp,或者只想要非常简单易用的dsp技术。”他接着补充道:“原来的产品是两个指令流,一个用于dsp,一个用于单片机,microchip新推出的dsc是单指令流,在整个架构中,它使用c语言编译器,编码非常高效。”

模拟向数字切换,设计人员重新面临挑战

随着电源系统的性能和功率的不断提高,实现该性能所必需的元件数量和成本也会随之增加,越来越多的控制需要通过具有成本效益的数字电路实现,未来在电源系统控制应用中将是模拟与数字共存。

marsh表示:“在dc/dc应用中,通常是在100瓦特以上的系统中会应用数字控制技术;而在ac/dc应用中,250瓦特以上的系统会应用数字技术,这样的应用经济性会更高一些。对于更为复杂的应用,如果客户想继续在系统上增加性能,就会更多地采用全面的数字技术,因为模拟的系统已经不能实现那么高的经济性了。”

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发布日期:2019年07月04日  所属分类:新闻动态