16位单片机实现全数字回路控制,简化大功率开关电源

开关电源(SMPS)正随着系统变得日益复杂，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功能，传统的模拟控制回路变得复杂和昂贵。针对大功率和复杂度高的开关电源，美国微芯科技(Microchip)最近推出了最多可支持四路输出的16位dsPIC数字信号控制器(DSC)系列，这是Microchip首个SMPS DSC产品，它可以节省50%的元件数量，适用于AC/DC电源、功率因数校正(PFC)、隔离式DC/DC转换器、UPS和逆变电源等。

随着性能和功率的不断提升，越来越多开关电源的控制回路通过数字方式进行，设计也“由硬变软”

新型dsPIC30F1010和dsPIC30F202X DSC是微芯科技针对电源应用推出的第四级数字集成产品，也是第一次实现全数字回路控制。该公司数字信号控制器部门战略市场总监Steve Marsh表示，尽管单片机在电源设计中广泛应用，如该公司已经推出的三级数字集成产品，但控制回路依然是以模拟形式来实现。他介绍说，第一级开/关控制，单片机可以提供一些包括软启动、定序和监控的简单功能，由8位MCU实现；第二级比例控制，单片机可以管理现有电源芯片，并扩展现有功能，由8位或16位MCU/DSC实现；第三级拓扑结构的控制，SMPS的功能模块作为单片机控制的外设，由8位或16位MCU/DSC实现。

Marsh表示：“新推出的是第四级全数字控制产品，第一次实现全数字控制回路。它最大的特点是只需要使用DSC，完全通过固件实现数字滤波，只需要外接功率驱动模块。这样的数字控制，可以使客户使用的元件数量减少50%。”

不过，他表示，第四级的数字回路控制并不会完全取代其它设计，模拟和数字控制将在一定的过渡期内并存，目前模拟控制和数字控制应用的分界线，对于DC/DC来说是100W，AC/DC通常是250W，对于100W以下的电源来说，除非电源非常复杂，否则不会用到新型dsPIC系列。Marsh指出：“随着电源系统的性能和功率不断提高，以模拟方法实现的元件数量和功耗也逐渐提高，越来越多的控制要通过数字方式进行。”

Marsh表示，新器件不需要外部的PWM、ADC和电源管理芯片，以及晶振、用于通信的独立芯片和用于功率因素校正的独立芯片，可以使元件数量减少50%。

Marsh解释说，新型DSC可以通过运行在DSC上的软件和高性能的集成外设实现对电源转换过程的全面控制。制造商不再受模拟控制设计技术的限制，也不必为适应元件变化而使用过大元件，也不再需要担忧元件漂移和温度补偿问题。由于通过软件而不是硬件实现产品的多样化，因此极少的产品平台就可以满足更广泛的应用需求。除此之外，制造商还可以通过新的数字拓扑结构以更加灵活的方式开发高功率密度和改善成本效益的电源产品。

由于16位单片机在性能方面提升有限，不少客户纷纷从8位转向32位，因此业界并不太看好16位单片机的市场前景。不过，作为8位单片机的领导者，微芯并不这么看。Marsh指出：“实际上，很多客户在使用了32位单片机后发现，32位单片机技术非常复杂，特别是当他们已经适应了8位单片机后，这种感觉会更加突出。而且，32位的开发时间比较长，一些开始采用了32位单片机的电源设计者也逐渐发现32位的性能可能还没有DSC高，所以他们又回过头来使用我们的DSC产品。另外，对于那些从8位过渡到16位的用户来说，他们会发现这个过渡更轻松一些，因为可以使用同样的工具，而且他们对产品的指令和架构都非常熟悉，不需要花更多的精力。”