如何在電源轉換應用中實(shí)現高性能、成本優(yōu)化型實(shí)時(shí)控制設計

在持續需要更高性能和效率的實(shí)時(shí)電源轉換領(lǐng)域，投資可擴展且可持續的工業(yè)和汽車(chē)電源轉換解決方案對設計人員來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。這種需求反之導致對實(shí)時(shí)控制系統資源的需求，例如在伺服驅動(dòng)系統，電力與電網(wǎng)基礎設施和車(chē)載充電應用對MCU每秒百萬(wàn)條指令（MIPS）的計算算力、脈寬調制器（PWM）和模擬-數字轉換器（ADC）數量。這也導致開(kāi)發(fā)人員需要以簡(jiǎn)單和低風(fēng)險的方式構建和維護其產(chǎn)品線(xiàn)。性能可擴展性和產(chǎn)品組合兼容性為開(kāi)發(fā)人員提供了一種省力而又經(jīng)濟高效的方式來(lái)擴展實(shí)時(shí)控制資源并維護長(cháng)期電源轉換解決方案的平臺。

通過(guò)分布式架構擴展實(shí)時(shí)控制資源

可再生能源的興起推動(dòng)了諸如太陽(yáng)能逆變器等應用中使用更高功率水平。隨著(zhù)功率水平的提高，需要更多在功率轉換過(guò)程中起著(zhù)至關(guān)重要作用的實(shí)時(shí)控制資源，例如MIPS、PWM和ADC。解決此需求的典型方法是通過(guò)單個(gè)中央控制器控制太陽(yáng)能逆變器系統中的多個(gè)功率級。當該控制器資源不足以解決更高的功率水平和越來(lái)越多的功率級時(shí)，會(huì )發(fā)生什么？分布式架構就是這個(gè)問(wèn)題最好的解決方案。

分布式架構的理念如下：連接多個(gè)實(shí)時(shí)控制MCU，以擴展系統可用資源和外設數量。該實(shí)現方案使設計人員能夠在不影響產(chǎn)品性能的前提下實(shí)現其產(chǎn)品所要求的性能和效率。

-       多芯片解決方案的成本

-       通過(guò)隔離和接口速度連接多個(gè)器件的復雜性

-       主機/主處理器上缺少具有外部存儲器接口的外設

德州儀器的C2000實(shí)時(shí)控制MCU產(chǎn)品組合 解決以上3個(gè)問(wèn)題并實(shí)現分布式電源轉換架構的真正價(jià)值：

-   德州儀器的C2000實(shí)時(shí)控制MCU系列的最新版本TMS320F28002x系列價(jià)格低廉，可幫助設計人員通過(guò)分布式架構優(yōu)化BOM成本。C2000實(shí)時(shí)控制MCU系列中的豐富功能（如加速器、可配置邏輯、模擬比較器和外設）可進(jìn)一步優(yōu)化系統架構。

-   快速串行接口（FSI）以高達200 MBPS的速度實(shí)現可靠而強大的高速芯片間通信或板間通信。與其他接口協(xié)議（如CAN或SCI）相比，FSI更具優(yōu)勢。CAN或SCI等速率低且不提供擺率補償，這使它們并不適合作為連接多個(gè)MCU隔離通信的解決方案。由于FSI固有的擺率補償功能和速度，連接多個(gè)MCU來(lái)實(shí)現資源可擴展性 成為一種省力且穩健的接口選項。圖1所示為如何利用FSI來(lái)實(shí)現多個(gè)實(shí)時(shí)控制MCU的連接，用于太陽(yáng)能逆變器和其他應用中的擴展MIPS、PWM和ADC。 

-   F28002x中引入的主機接口控制器（HIC）使MCU可充當橋接器，最終使主處理器能夠間接獲得控制器上的FSI和其他外設。無(wú)論您的主機處理器上是否提供FSI，F28002x都允許設計人員通過(guò)分布式架構實(shí)現可擴展性。

圖1：利用FSI連接多個(gè)控制器以獲得可擴展的資源

通過(guò)產(chǎn)品組合兼容性簡(jiǎn)化遷移和平臺開(kāi)發(fā)

除資源可擴展性，設計人員還面臨構建和維護產(chǎn)品平臺的挑戰。為有效地實(shí)現這一點(diǎn)，需要一種省力且風(fēng)險低的方法來(lái)構建從高端到中端再到低端的產(chǎn)品線(xiàn)。

C2000實(shí)時(shí)控制MCU產(chǎn)品組合提供了跨器件系列的外設和代碼兼容性，從而減輕了開(kāi)發(fā)人員使用多種產(chǎn)品的工作量。這簡(jiǎn)化了基于類(lèi)似MCU技術(shù)的產(chǎn)品遷移和構建過(guò)程，從而實(shí)現了可持續的平臺解決方案。圖2所示為C2000實(shí)時(shí)控制MCU –從高端到中端再到低端的第三代產(chǎn)品中管腳對管腳、外設和代碼兼容的器件系列。

圖2：整個(gè)C2000產(chǎn)品組合的外設和代碼兼容性

在不斷發(fā)展的汽車(chē)和工業(yè)電源轉換市場(chǎng)中，設計人員正在尋求能夠幫助他們應對兩個(gè)關(guān)鍵設計挑戰的創(chuàng )新：如何輕松擴展實(shí)時(shí)控制資源，以及如何構建和維護長(cháng)期的平臺解決方案。通過(guò)FSI連接多個(gè)C2000實(shí)時(shí)控制MCU以在太陽(yáng)能逆變器和分布式多軸伺服驅動(dòng)器等應用中實(shí)現可擴展的MIPS、PWM和ADC是一種可擴展實(shí)時(shí)控制資源的高效、低風(fēng)險且經(jīng)濟高效的解決方案。與此同時(shí)，C2000產(chǎn)品組合中器件系列的代碼和外設兼容性使開(kāi)發(fā)高效、低風(fēng)險的長(cháng)期平臺成為可能。F28002x器件系列不僅提供了一種經(jīng)濟有效的方式來(lái)通過(guò)分布式架構擴展實(shí)時(shí)控制資源，而且還兼容現有的C2000產(chǎn)品組合，使設計人員能夠構建長(cháng)期、可持續的解決方案。