C2000 MCU应用到数字电源系统 - 选择数字电源集成电路（IC）的秘诀

　　开发工具

　　开发人员将C2000 MCU应用到数字电源系统的设计之中，从而能够充分利用大量的软件与硬件，简化了开发流程，那些不甚了解数字电源组件的工程师们也能够很快上手。。通过充分利用TI的powerSUITETM图形软件工具（controlSUITETM软件包的一部分），设计人员能够快速升级和完成一个开发项目。借助经完全测试软件模块（针对诸如PFC、AC/DC整流、隔离式DC/DC、DC/DC降压转换器和DC/AC变换器应用）的TI数字电源库，设计人员能够快速采用其中一个powerSUITE应用专用软件模块来满足他们系统的特定需要。不用再从头为全新系统编写代码。powerSUITE软件频率响应分析器 （SFRA） 使设计的频率响应分析自动化，而powerSUITE补偿设计工具可实现不同类型比较器的开发，以优化闭环性能。此外，TI的Code Composer StudioTM集成开发环境 （IDE） 支持任何所需的其它软件开发。

　　一款应用专用评估模块 （EVM） 主机和开发板也加速了原型机设计和实验过程。这些创新性EVM的一个有趣示例就是数字电源BoosterPack，C2000 PiccoloTM F28069 LaunchPad开发套件的插入式子板。图1中显示的BoosterPack包括一个数字降压转换器和工具，这些工具引入了数字电源控制概念，并且简化了数字电源控制子系统的实际设计。

　　

　　图1.数字功率BoosterPack，一款针对C2000 Piccolo F28069 LaunchPad开发套件的插入式子板

　　应用

　　由C2000 MCU控制的电源系统为很多最复杂的电源应用提供灵活性、处理能力和片上资源。这些应用包括针对太阳能应用的微型逆变器、串式逆变器和集中式逆变器，用于智能电网的电力线通信调制解调器，针对电动和混合动力车辆充电系统的汽车应用，发光二极管 （LED） 照明，功率调节器，有源电力滤波器，UPS，数字发电机以及很多其它器件。

　　用例分析

　　服务器系统提供了大量的示例，表明了C2000 MCU的强大功能是如何提高应用的效率和有效性。通过集成在服务器的机架内，基于C2000 MCU的电力系统能够在控制机架内所有服务器电力分配的同时，密切监视和报告这个机架内每个刀片式服务的运行状态。通过使用C2000 MCU，可以改进整个服务器电源接通时间和效率。

　　UCD3138数字电源控制器

　　UCD3138数字电源控制器系列主要用于简化和提高电源设计，并最大限度地增加设计灵活性。UCD3138控制器包含多个硬件外设，这些外设可以与集成型ARM处理器协同工作。传统的基于MCU的解决方案要求快速、复杂的计算来稳定控制环路，但UCD3138处理器从不直接参与控制环路补偿。反之，一旦配置完成，多个硬件外设自主运行来控制电源转换器。这个方法使得UCD3138处理器能够专注于处理其它对时间要求严格的内务和/或通信任务。当需求增加时，ARM处理器完全能够与控制环路进行交互并采取相应的操作。借助于UCD3138控制器，在与MCU保持协调一致的前提下，通过使硬件外设自主运行，可简化总体设计。

　　UCD3138控制器的内核是数字控制环路外设，也被称为数字电源外设 （DPP）。每个DPP执行一个高速数字控制环路，此环路由一个专用高速2MHz误差模数转换器 （EADC）、一个基于比例-积分-微分 （PID） 的2极/2零数字比较器和具有250ps脉宽分辨率的数字PWM输出组成。在这个经简化的配置中，每个环路均具有一个专用ADC和可配置数字滤波器来计算控制值。然后，这一控制值被转化为高分辨率数字输出，以支持PWM、脉冲频率调制 （PFM） 或相移调制系统配置。提供的3组外设在配置完成后自主运行，并同时控制3个独立的反馈环路。可配置数字滤波器具有多组系数，可针对不同的功率响应需要进行选择。

　　这个器件系列的架构的简单性还体现在固件开发方面。DPP的配置简单直接，将位值分配给特定预先定义的寄存器即可完成。UCD3138控制器不需要复杂的代码开发来连续计算复杂的数学转换函数。某些数字电源设计需要工程师进行大量繁琐的练习，为不同的任务拆分和分配计算资源，以验证所选择的MCU足以满足应用的需要。UCD3138控制器系列用其精简的处理器开销需求打消了这些顾虑，从而得到一个针对电源应用进行良好优化的器件。

　　

　　UCD3138器件可通过诸如PMBus或其它的数字通信接口进行设定。这些资源已经针对高性能电源设计进行了优化，并且其中的很多资源是高度可配置的，可以满足广泛的需要，这使得UCD3138系列成为很多行业应用的理想选择，包括网络基础设施、工业和汽车应用等。

　　由于是一款高度集成的数字电源控制器，UCD3138器件免除了对于电源设计中单个芯片的需要，从而降低了电源成本并减小了电源尺寸。UCD3138控制器系列特有集成电源管理和电力转换能力，能够支持排序、软启动/停止等功能以及其它管理任务。PMBus的所有命令以及定制命令被支持用于有效电源管理功能。峰值电流模式控制由集成斜坡补偿电路完成。UCD3138控制器系列集成了几个模拟功能，以提供实时监视和响应。这一功能划分优化了数字控制器件的速度和功率需求。这些特性提供包括过压、欠压和过流保护等保护功能。一个集成型温度折返特性在功率级温度超过安全水平时，可在无需完全关闭电源的情况下减少电流。MCU还能提供许多其他服务，典型例证就是支持运行中的固件升级。这是指在将电源固件升级和指定到一个更新版本的同时无需中断电源运行 ［1］。UCD3138064器件采用一种双组存储器架构，在对其中一组存储器编程的同时，支持另外一组存储器的执行。借助由专用外设管理的关键电源控制和保护功能，MCU能够将其带宽专门用于将新的固件导入至冗余段，验证写入的有效性，然后实现之前固件版本到较新版本的适时切换。