用于数字电源的硅增加了灵活性和性能

最新的效率标准以及适应不断变化的环境影响的能力给传统的模拟电源设计带来了诸多挑战。现代电力电子设备的瞬态行为、环境考虑因素和现代电子产品的设计复杂性需要一种更灵活的设计方法来考虑这些新变量。数字电源转换和控制解决了设计人员面临的许多挑战;然而，许多设计人员努力使其模拟领域知识适应最新的数字系统，并与开发人员合作实现有竞争力的产品功能。

Microchip通过提供广泛的数字电源生态系统（包括微控制器（MCUS）和数字信号控制器（DSC）、尖端的电源转换特性、全功能参考设计、免费提供的高级设计资源以及具有独特工具的领先软件解决方案来应对这些考虑因素。

各种电力技术

的发展 将电力系统整合到以前由燃烧、机械或压缩空气驱动的许多应用中的趋势越来越明显。此外，越来越多的分布式电力系统，如基于电池的电网备份、可再生能源、储能、不间断电源等，正在部署，以减少化石燃料消耗并提高电力系统效率。推动信息时代（数据中心/服务器电源）的因素是电力需求，而激烈的竞争限制更加强调降低成本。现代电力系统的大部分重点是提高效率、优化输送以及适应更广泛的直流 （DC） 和交流 （AC） 系统。

随着电力技术的日益多样化，以及对效率的要求越来越严格，固有的定制模拟电源设计并不是许多最新电源应用和实现的最佳选择。此外，电子和电气系统市场的快速发展正在通过新的认证和标准迅速发展。现在，这些在模拟电源设计中更具挑战性。因此，许多原始设备制造商正在转向数字电源解决方案，以迅速增强其当前的电力产品组合。全数字解决方案提供了一个适应性更强、更高效的平台，以适应最新的电子和电气系统。

由于数字电源是最近的进步，并且在许多传统模拟电源设计人员的领域之外，有许多设计人员不熟悉该技术。Microchip通过提供创新的解决方案来缓解与电力设计相关的许多传统挑战，同时教育工程师和设计人员了解数字电源技术的未来，从而解决这个问题。

电源设计挑战

电源设计正在从由少数专业模拟设计人员主导的领域过渡到混合软件、数字和模拟设计的领域。这种转变是为了响应市场因素和新技术，使数字电源解决方案的使用成为可能。解决了电力设计带来的许多挑战。这一挑战的一个关键领域是确保高效可靠的电力系统运行，同时考虑各种且经常波动的条件。在变化很大的负载条件下实现效率是这一挑战的一个主要方面。

尽管模拟系统通常可以设计为在狭窄的工作条件下非常高效，但在考虑一系列工作条件时，这些系统往往会效率低下。此外，如果需求发生变化，模拟电源系统可能需要完全重新设计，或者至少需要实质性的设计更改，这相当于延迟设计周期和更长的上市时间。尝试面向未来的模拟电源设计也往往会增加大量成本，而且在许多情况下是不可行的。鉴于现代电力系统运行的瞬态特性，数字电源技术越来越多地用于实现更灵活、更高效的设计方法。

然而，数字电源系统开发需要模拟电源技术和数字控制系统理论方面的知识。通常，多个设计人员和开发人员团队正在开发一个单独的电源系统，每个团队都有自己的一组要求和有限的微处理器（MPU）或DSC资源需求。

众所周知，软件更新通常会导致系统停机。在将余量测量到小数点后几位的行业中，最大限度地减少停机时间对于电力系统至关重要。鉴于固件、认证和验证要求的复杂性，对于任何软件驱动的技术来说，这都不是一件容易的事。

数字电源解决方案可实现高效、稳健的电源设计

数字电源技术通常利用软件驱动的开关电源设计和高度集成的组件来提高效率和可靠性。通过适当的软件开发，可以设计出能够在各种负载条件下保持效率的数字电源系统，并考虑外部和内部温度等环境因素。

对于需要更换传统模拟控制和转换的相对简单的系统（小于 100 瓦），8 位 MCU 可能就足够了。例如，Microchip面向数字电源应用的8位MCU具有模拟升压、降压、升压/降压、反激式和SEPIC功率转换器拓扑结构，非常适合高效可靠的支架。此外，Microchip的许多8位MCU还包括集成外设，如峰值电流模式控制器（PCMC）、斜坡发生器、斜率补偿电路等。这些集成外设有助于减轻主处理器的负担，同时提高可靠性。使用这些MCU的设计通过由8位处理内核监控的专用硬件有效地闭合控制环路。

对于受益于更复杂或自适应/预测算法控制/转换的更复杂的电源系统，16位MCU或DSC是功能更强大的选择。基于软件的算法，如预测、自适应甚至非线性函数，使系统能够实现最高水平的效率，从而使用更简单的控制器很难 - 如果不是不可能的话 - 实现。

Microchip的许多dsPIC DSC系列还包括集成的数字电源外设，如高速模数转换器（ADC®）、数模转换器（DAC）、波形发生器、模拟比较器和可编程增益放大器（PGA）或运算放大器。这些集成外设可减轻主处理器负担、减少延迟并减轻开发负担。由于传感器、外设、控制器、执行器等之间的可靠通信也是一个问题，Microchip最新的dsPIC33C系列还包括双CAN FD通信外设。CAN FD通信标准在可靠性和增加带宽至关重要的汽车和工业电源应用中很常见。

此外，Microchip还提供了多个MCU和DSC的另一个功能，进一步减轻了主处理器的负担，也有助于开发：双核数字电源MCU和DSC。可以智能地平衡两个内核的资源，以优化负载下的性能并管理延迟，并且内核的分区方式允许由单独的软件团队进行独立开发以及简单的代码集成。

使用Microchip的MCU和DSC的开发人员可以通过广泛的设计资源生态系统获得额外的帮助。这些资源包括用于数字电源设计的特定拓扑独立工具，即数字补偿设计工具（DCDT），它是集成到MPLAB® X集成开发环境（IDE）中的GUI。DCDT简化了计算数字补偿器系数的过程，并通过整合所有延迟和反馈增益来提供多种控制系统性能分析功能。此外，DCDT 还可生成模拟友好的闭环性能图，例如波特、根轨迹和奈奎斯特。最后，DCDT将自动计算缩放参数、补偿器系数，并生成与Microchip的免费SMPS控制软件库一起使用的软件文件。

Microchip免费提供的另一个开发工具是MPLAB代码配置器。该工具基于图形编程环境，易于过渡到数字电源的模拟设计人员使用，并无缝生成易于理解的C代码。然后，可以使用MPLAB X IDE甚至Microchip基于云的开发工具MPLAB Xpress IDE轻松地将这些代码插入到项目中。借助Microchip MCU或DSC，开发人员还可以访问Microchip的补偿器库和代码示例，这些库和代码示例由应用专家专业开发和测试。

这些库和代码示例可以帮助设计人员或开发人员快速适应模拟设计到数字设计，从而缩短数字电源设计的学习曲线。另一个可以做到这一点的资源是Microchip的参考设计和开发套件。数字电源参考设计库包括无线电源演示、AC/DC 转换器、低压 PFC 套件、数字纯正弦波 UPS 设计以及其他 DC/DC 和 AC/DC 转换器设计和套件。

由于可靠性是许多电源应用的关键考虑因素，因此MCU和DSC必须符合严格的要求工业和汽车标准通常是基本限定符。一些最严格的电力电子标准是汽车标准，如汽车安全完整性等级（ASIL）和汽车B类合规性。Microchip通过提供符合汽车标准的芯片MCU和DSC来解决这个问题，并包含满足并超过功能安全认证的外设。此外，Microchip还开发了具有实时更新功能的MCU和DSC，允许“始终在线”无线（OTA）固件更新。此功能使开发人员和设计人员能够在升级软件或排除数字电源设计故障时消除停机时间。对于行业中的许多电源转换应用，由于正常运行时间额定值差而避免了高成本而导致停机，此功能可提高可靠性并节省大量成本。

考虑数字电源功能的设计

与模拟电源系统相比，数字电源系统在满足现代电力要求方面具有许多优势。在考虑环境因素和不断变化的要求的同时，在广泛变化的负载条件下对最高效率的需求以及对更高效率的需求增加了数字电源技术的采用，这给传统的模拟电源设计人员带来了挑战。Microchip具有数字电源功能的MCU和DSC有助于减轻这些负担，并为电源设计人员和开发人员提供集成的外设、功能和丰富的选择。此外，Microchip提供的开发资源和工具有助于从传统电源设计更平稳地过渡到现代软件驱动开发。

审核编辑：郭婷