如何在電源轉(zhuǎn)換應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)高性能、成本優(yōu)化型實(shí)時(shí)控制設(shè)計(jì)

在持續(xù)需要更高性能和效率的實(shí)時(shí)電源轉(zhuǎn)換領(lǐng)域，投資可擴(kuò)展且可持續(xù)的工業(yè)和汽車電源轉(zhuǎn)換解決方案對(duì)設(shè)計(jì)人員來說至關(guān)重要。這種需求反之導(dǎo)致對(duì)實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)資源的需求，例如在伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，電力與電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施和車載充電應(yīng)用對(duì)MCU每秒百萬(wàn)條指令（MIPS）的計(jì)算算力、脈寬調(diào)制器（PWM）和模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADC）數(shù)量。這也導(dǎo)致開發(fā)人員需要以簡(jiǎn)單和低風(fēng)險(xiǎn)的方式構(gòu)建和維護(hù)其產(chǎn)品線。性能可擴(kuò)展性和產(chǎn)品組合兼容性為開發(fā)人員提供了一種省力而又經(jīng)濟(jì)高效的方式來擴(kuò)展實(shí)時(shí)控制資源并維護(hù)長(zhǎng)期電源轉(zhuǎn)換解決方案的平臺(tái)。

通過分布式架構(gòu)擴(kuò)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(yīng)用中使用更高功率水平。隨著功率水平的提高，需要更多在功率轉(zhuǎn)換過程中起著至關(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單個(gè)中央控制器控制太陽(yáng)能逆變器系統(tǒng)中的多個(gè)功率級(jí)。當(dāng)該控制器資源不足以解決更高的功率水平和越來越多的功率級(jí)時(shí)，會(huì)發(fā)生什么？分布式架構(gòu)就是這個(gè)問題最好的解決方案。

分布式架構(gòu)的理念如下：連接多個(gè)實(shí)時(shí)控制MCU，以擴(kuò)展系統(tǒng)可用資源和外設(shè)數(shù)量。該實(shí)現(xiàn)方案使設(shè)計(jì)人員能夠在不影響產(chǎn)品性能的前提下實(shí)現(xiàn)其產(chǎn)品所要求的性能和效率。

-       多芯片解決方案的成本

-       通過隔離和接口速度連接多個(gè)器件的復(fù)雜性

-       主機(jī)/主處理器上缺少具有外部存儲(chǔ)器接口的外設(shè)

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)問題并實(shí)現(xiàn)分布式電源轉(zhuǎn)換架構(gòu)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(shè)計(jì)人員通過分布式架構(gòu)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(shè)）可進(jìn)一步優(yōu)化系統(tǒng)架構(gòu)。

-   快速串行接口（FSI）以高達(dá)200 MBPS的速度實(shí)現(xiàn)可靠而強(qiáng)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，F(xiàn)SI更具優(yōu)勢(shì)。CAN或SCI等速率低且不提供擺率補(bǔ)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(bǔ)償功能和速度，連接多個(gè)MCU來實(shí)現(xiàn)資源可擴(kuò)展性 成為一種省力且穩(wěn)健的接口選項(xiàng)。圖1所示為如何利用FSI來實(shí)現(xiàn)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(yīng)用中的擴(kuò)展MIPS、PWM和ADC。 

-   F28002x中引入的主機(jī)接口控制器（HIC）使MCU可充當(dāng)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(shè)。無(wú)論您的主機(jī)處理器上是否提供FSI，F(xiàn)28002x都允許設(shè)計(jì)人員通過分布式架構(gòu)實(shí)現(xiàn)可擴(kuò)展性。

圖1：利用FSI連接多個(gè)控制器以獲得可擴(kuò)展的資源

通過產(chǎn)品組合兼容性簡(jiǎn)化遷移和平臺(tái)開發(fā)

除資源可擴(kuò)展性，設(shè)計(jì)人員還面臨構(gòu)建和維護(hù)產(chǎn)品平臺(tái)的挑戰(zhàn)。為有效地實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，需要一種省力且風(fēng)險(xiǎn)低的方法來構(gòu)建從高端到中端再到低端的產(chǎn)品線。

C2000實(shí)時(shí)控制MCU產(chǎn)品組合提供了跨器件系列的外設(shè)和代碼兼容性，從而減輕了開發(fā)人員使用多種產(chǎn)品的工作量。這簡(jiǎn)化了基于類似MCU技術(shù)的產(chǎn)品遷移和構(gòu)建過程，從而實(shí)現(xiàn)了可持續(xù)的平臺(tái)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(duì)管腳、外設(shè)和代碼兼容的器件系列。

圖2：整個(gè)C2000產(chǎn)品組合的外設(shè)和代碼兼容性

在不斷發(fā)展的汽車和工業(yè)電源轉(zhuǎn)換市場(chǎng)中，設(shè)計(jì)人員正在尋求能夠幫助他們應(yīng)對(duì)兩個(gè)關(guān)鍵設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)的創(chuàng)新：如何輕松擴(kuò)展實(shí)時(shí)控制資源，以及如何構(gòu)建和維護(hù)長(zhǎng)期的平臺(tái)解決方案。通過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(qū)動(dòng)器等應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)可擴(kuò)展的MIPS、PWM和ADC是一種可擴(kuò)展實(shí)時(shí)控制資源的高效、低風(fēng)險(xiǎn)且經(jīng)濟(jì)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(shè)兼容性使開發(fā)高效、低風(fēng)險(xiǎn)的長(zhǎng)期平臺(tái)成為可能。F28002x器件系列不僅提供了一種經(jīng)濟(jì)有效的方式來通過分布式架構(gòu)擴(kuò)展實(shí)時(shí)控制資源，而且還兼容現(xiàn)有的C2000產(chǎn)品組合，使設(shè)計(jì)人員能夠構(gòu)建長(zhǎng)期、可持續(xù)的解決方案。