电力电子@@产品设计人员致力于提升工业和汽车@@系统的@@功率效率和功率密度@@，这些设计涵盖多轴驱动器@@、太阳能@@、储能@@、电动汽车@@充电站和电动汽车@@车载充电器等@@。
这些系统的@@主要设计挑战之一是在@@降低系统成本的@@同时@@@@，实现更出色的@@实时@@控制@@性能@@@@。要应对这一挑战@@，常用的@@方法是使用拥有超低延迟@@控制环路处理功能的@@模拟和控制外设的@@高度集成的@@微控制器@@@@ (MCU) 。
实时@@控制@@性能@@：延迟@@是关键@@
在@@深入应用实例之前@@，先让我们简要看下@@“延迟@@”。在@@多轴驱动器@@、机器人@@、具有储能@@系统的@@光伏逆变器@@、电动汽车@@充电站和电动汽车@@中@@，控制性能与@@@@ MCU 对信号进行采样@@、处理和控制的@@速度直接相关@@。图@@ 1 展示了实时@@信号链和信号延迟@@之间的@@关系@@，信号延迟@@指从模数转换器@@ (ADC) 测量信号@@，到@@ CPU 处理信息@@，以@@及脉宽调制器@@ (PWM) 控制功率的@@时@@间@@。这个时@@间需要尽可能小@@，才能实现超低延迟@@控制环路处理@@。
图@@ 1：实时@@性能和延迟@@的@@概念@@
对于数字电源来说@@，实现较高的@@功率密度意味着要将@@ DC/DC 的@@开关频率@@从@@ 50kHz 提高@@到@@@@ 100kHz、500kHz 或@@更高@@。如果您使用的@@@@ MCU 以@@ 100MHz 运行并且稳压环路同步到@@@@ PWM 频率@@，在@@ 10kHz 时@@，PWM 中断之间的@@可用@@ CPU 周期数为@@ 10,000，而@@在@@@@ 100kHz 时@@会降为@@ 1,000。随着频率@@上升@@，可用于检测流程控制的@@时@@间缩短@@，因此您需要优化@@ MCU 架构@@，以@@便在@@实时@@信号链中尽量节省每个周期的@@时@@间@@。
在@@光伏逆变器和储能@@系统中实现下一代电源@@
如图@@@@ 2 所示@@，光伏逆变器市场不断发展@@，出现了集成储能@@系统的@@混合逆变器@@，带来了控制双向能量转换的@@挑战@@。单芯片架构@@需要使用具有许多高分辨率@@ PWM 通道和额外高带宽@@ ADC 输入的@@@@ MCU，例如@@ TMS320F28P650DK C2000™ 32 位@@ MCU。
图@@ 2：集成了储能@@系统的@@光伏逆变器架构@@@@
为满足许多应用中对可再生能源@@不断增长的@@需求@@，光伏逆变器需要更高的@@功率效率和更好的@@总谐波失真性能@@。一种方法是使用更新的@@多相多级逆变器电源架构@@@@。这类架构@@通常通过一组复杂的@@电源算法和额外的@@外部逻辑@@（例如@@复杂的@@可编程逻辑器件或@@现场可编程门阵列@@）来实现@@，以@@便使用正确的@@序列安全地打开和关闭电源开关@@。这种方法会增加布板空间@@和系统成本@@。
能在@@不同@@ PWM 模块中支持板载定制@@、最小死区和非法组合逻辑@@（用于防止破坏性上电@@/断电序列的@@@@ MCU 特性@@）的@@ MCU 可让设计人员在@@降低成本的@@同时@@@@，减少或@@甚至移除外部逻辑@@，从而@@进一步简化设计@@。
此外@@，务必将@@ PWM 单元@@和集成的@@模拟窗口比较器@@进行紧密耦合@@，以@@便为电源转换器提供过流和过压保护@@。基于电源拓扑@@，您要选择的@@@@@@ MCU 可能需要搭载能够实现对谐振模式转换器峰值电流和谷值电流模式控制的@@@@ PWM 单元@@。
在@@电动汽车@@车载充电器中实现更轻松@@、更快速@@的@@集成@@
随着全球电动汽车@@数量的@@增长@@，设计人员需要找到@@新的@@解决方案@@，以@@便使车载充电器进一步集成并降低其成本@@。典型的@@实现方案为两个彼此隔离的@@@@ MCU，一个用于车载充电器功率因数校正@@，另一个用于车载充电器@@ DC/DC。
尽管采用单个@@ MCU 会增加将信号发送回@@ MCU 所需的@@隔离器件@@，但其增加的@@成本可与@@减少@@188足彩外围@@app 数量节省的@@成本相抵@@，包括减少@@ CAN 收发器@@、稳压器@@、电源管理集成电路@@、运算放大器以@@及实现返回主机@@ MCU 通信所需的@@隔离@@。
图@@ 3 展示了单个@@ MCU 控制高达@@ 22kW 的@@三相车载充电器功率级拓扑@@。PFC 级是两相交错式图@@腾柱@@，而@@ DC/DC 级是双电容@@@@-电感@@-电感@@-电感@@-电容@@ (CLLLC)，可减小变压器尺寸和场效应晶体管的@@电流等级@@。
图@@ 3：由单个@@ MCU 控制的@@三相电动汽车@@车载充电器@@（PFC 与@@ DC/DC）
确定所需的@@最少@@ MCU 硬件资源@@（PWM、ADC、比较器@@）后@@，您可能还希望在@@降低@@ CPU 开销的@@同时@@@@，实现更多的@@软件集成@@。由于集成可以@@实现对单个器件上更多信号的@@采样@@，选择的@@@@ MCU 如包含内置基于硬件的@@过采样和偏移量校准功能的@@@@ ADC，可简化软件设计@@，从而@@使@@ MCU 具有更高的@@周期效率@@，并能够更快运行控制环路@@。
另一个挑战是对具有不同实时@@限制的@@多个任务进行软件集成@@：PFC、DC/DC 以@@及辅助控制和安全性需要共存@@，这让软件开发变得更加复杂@@。
从单核@@ MCU 转向多核@@ MCU 架构@@并在@@@@ MCU 内核之间分配存储器@@、PWM 和模拟资源@@，可帮助实现向多个内核分配不同的@@控制环路频率@@@@，例如@@，一个内核用于控制@@ PFC，另一个用于运行两个@@ CLLLC。每个内核以@@不同的@@独立频率@@运行控制环路@@：图@@腾柱通常为固定频率@@@@，但车载充电器的@@直流@@/直流电源转换级@@（图@@ 3）不断变化@@。使用多核架构@@还有助于实现更可靠@@@@、更精密的@@过流和过压保护@@（因为可以@@针对每个内核优化每个控制环路@@），无需外部监控@@188足彩外围@@app ，还可以@@降低成本@@。
电动汽车@@将在@@数分钟内充满电@@，每个家庭都将使用光伏和储能@@系统@@，工厂将使用更多高效的@@机器人@@并实现能源足迹更少的@@自动化@@……实时@@控制@@ MCU 的@@创新将为实现更清洁@@、更安全@@、更高效的@@世界铺平道路@@。
关于德州仪器@@@@ (TI)
德州仪器@@ (TI)（纳斯达克股票代码@@：TXN）是一家全球性的@@半导体公司@@，致力于设计@@、制造@@、测试和销售模拟和嵌入式处理芯片@@，用于工业@@、汽车@@、个人电子@@产品@@、通信设备@@和企业系统等市场@@。我们致力于通过半导体技术@@让电子@@产品更经济实用@@，创造一个更美好的@@世界@@。如今@@，每一代创新都建立在@@上一代创新的@@基础之上@@，使我们的@@技术@@变得更小巧@@、更快速@@、更可靠@@、更实惠@@，从而@@实现半导体在@@电子@@产品领域的@@广泛应用@@，这就是工程的@@进步@@。这正是我们数十年来乃至现在@@一直在@@做的@@事@@。欲了解更多信息@@，请访问公司网@@站@@www.ti.com.cn