如何在功率變換應(yīng)用中實現(xiàn)可擴展的實時控制資源和可持續(xù)的平臺開發(fā)

在不斷需要更高性能和效率的實時功率變換領(lǐng)域，投身研究可擴展且可持續(xù)的工業(yè)和汽車類功率變換解決方案對設(shè)計人員來說至關(guān)重要。反過來，這種需求又對伺服驅(qū)動、電力輸送、電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施和車載充電應(yīng)用中的實時控制系統(tǒng)提出了更高的要求，包括每秒百萬條指令(MIPS)、脈寬調(diào)制器(PWM)和模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)。同時，這也要求開發(fā)人員以一種簡單且低風險的方式構(gòu)建并維護其產(chǎn)品線。性能可擴展性和產(chǎn)品系列兼容性為開發(fā)人員擴展實時控制資源并長期維護功率變換解決方案平臺提供了一種經(jīng)濟高效的方式。

通過分布式架構(gòu)擴展實時控制資源

可再生能源的興起推動光伏逆變器等應(yīng)用的功率水平向更高方向發(fā)展。隨著功率水平的提高，人們對MIPS、PWM和ADC等在功率變換過程中發(fā)揮重要作用的實時控制資源的需求也不斷增加。通常，使用一個中央控制器即可滿足上述需求，它會控制光伏逆變器系統(tǒng)中的多個功率級。但如果控制器的資源不足以滿足更高的功率水平和更多的功率級呢？分布式架構(gòu)，就是設(shè)計人員一直在尋找的解決方案。

分布式架構(gòu)的理念如下：通過連接多個實時控制MCU，為系統(tǒng)擴展資源和外設(shè)數(shù)量。該實施方案能夠使設(shè)計人員在不影響以下幾點的前提下實現(xiàn)其產(chǎn)品所需的性能和效率

●   多芯片解決方案的成本

●   跨隔離層連接多個器件的復雜性和接口速度

●   具有外部存儲器接口的主機/主設(shè)備外設(shè)不足

TI的C2000?系列實時控制MCU通過分布式架構(gòu)實施方案，在滿足上述3點的同時實現(xiàn)了可靠的功率變換：

●   TI全新版本的C2000?實時控制MCU產(chǎn)品系列，TMS320F28002x系列，通過分布式架構(gòu)實現(xiàn)了低成本并支持設(shè)計人員降低BOM成本。為了進一步降低系統(tǒng)成本，C2000?實時控制MCU產(chǎn)品系列的其他特性（例如加速器、可配置邏輯塊、模擬比較器和外設(shè)）可實現(xiàn)系統(tǒng)級集成。

●   快速串行接口(FSI)能以高達200MBPS的速率幫助實現(xiàn)可靠、穩(wěn)健且高速的芯片間通信或板間通信。CAN或SCI等其他接口速率低且不提供延遲補償，因而不適合跨隔離層連接多個MCU，與之相比，F(xiàn)SI更具優(yōu)勢。由于FSI固有的延遲補償能力和速率，它能為連接多個MCU實現(xiàn)資源擴展提供一種高效且穩(wěn)健的接口選項。圖1展示了在光伏逆變器和其他應(yīng)用中如何利用FSI連接多個實時控制MCU實現(xiàn)MIPS、PWM和ADC擴展。

●   F28002x中使用的主機接口控制器(HIC)可將MCU用作網(wǎng)橋，最終使主處理器間接利用控制器中的FSI和其他外設(shè)。因此，無論主處理器是否提供FSI，F(xiàn)28002x都能使設(shè)計人員通過分布式架構(gòu)實現(xiàn)可擴展性。

圖1 利用FSI連接多個控制器以擴展資源

借助產(chǎn)品系列兼容性簡化遷移和平臺開發(fā)

除了資源可擴展性，設(shè)計人員也正面臨著構(gòu)建和維護產(chǎn)品平臺的挑戰(zhàn)。為了有效地應(yīng)對這一挑戰(zhàn)，設(shè)計人員需要以一種高效且風險低的方法來構(gòu)建高中低端產(chǎn)品線。

C2000?實時控制MCU產(chǎn)品系列在各器件系列中具有外設(shè)和代碼兼容性，減少了開發(fā)人員操作多種產(chǎn)品的工作量。因此能簡化遷移過程并構(gòu)建基于類似MCU技術(shù)的各種產(chǎn)品，實現(xiàn)可持續(xù)的平臺解決方案。圖2展示了第三代高中低端C2000?實時控制MCU的引腳對引腳、外設(shè)和代碼兼容的器件系列。

圖2 整個C2000?產(chǎn)品系列的外設(shè)和代碼兼容性

隨著汽車和工業(yè)類功率變換市場的不斷發(fā)展，設(shè)計人員不斷尋求創(chuàng)新成果來幫助應(yīng)對兩項關(guān)鍵的設(shè)計挑戰(zhàn)，即如何輕松擴展實時控制資源，以及如何構(gòu)建并長期維護平臺解決方案。通過FSI連接多個C2000?實時控制MCU，在光伏逆變器和分布式多軸伺服驅(qū)動器等應(yīng)用中實現(xiàn)MIPS、PWM和ADC擴展，是擴展實時控制資源的高效、低風險且具有成本效益的解決方案。與此同時，C2000?產(chǎn)品系列中各器件的代碼和外設(shè)兼容性可實現(xiàn)長期高效、低風險的平臺開發(fā)。F28002x器件系列不僅提供了一種通過分布式架構(gòu)經(jīng)濟高效擴展實時控制資源的方法，而且在現(xiàn)有的兼容性C2000?系列添加了新成員，可支持設(shè)計人員構(gòu)建長期且可持續(xù)的解決方案。