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如何在功率变换应用中实现可扩展的实时控制资源和可持续的平台开发

2021-12-22 14:40:40 德州仪器 阅读:
在不断需要更高性能和效率的实时功率变换领域,投身研究可扩展且可持续的工业和汽车类功率变换解决方案对设计人员来说至关重要。反过来,这种需求又对伺服驱动、电力输送、电网基础设施和车载充电应用中的实时控制系统提出了更高的要求,包括每秒百万条指令(MIPS)、脉宽调制器(PWM)和模数转换器(ADC)。

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在不断需要更高性能和效率的实时功率变换领域,投身研究可扩展且可持续的工业和汽车类功率变换解决方案对设计人员来说至关重要。反过来,这种需求又对伺服驱动、电力输送、电网基础设施和车载充电应用中的实时控制系统提出了更高的要求,包括每秒百万条指令(MIPS)、脉宽调制器(PWM)和模数转换器(ADC)。同时,这也要求开发人员以一种简单且低风险的方式构建并维护其产品线。性能可扩展性和产品系列兼容性为开发人员扩展实时控制资源并长期维护功率变换解决方案平台提供了一种经济高效的方式。y9uednc

通过分布式架构扩展实时控制资源

可再生能源的兴起推动光伏逆变器等应用的功率水平向更高方向发展。随着功率水平的提高,人们对MIPS、PWM和ADC等在功率变换过程中发挥重要作用的实时控制资源的需求也不断增加。通常,使用一个中央控制器即可满足上述需求,它会控制光伏逆变器系统中的多个功率级。但如果控制器的资源不足以满足更高的功率水平和更多的功率级呢?分布式架构,就是设计人员一直在寻找的解决方案。y9uednc

分布式架构的理念如下:通过连接多个实时控制MCU,为系统扩展资源和外设数量。该实施方案能够使设计人员在不影响以下几点的前提下实现其产品所需的性能和效率:y9uednc

  • 多芯片解决方案的成本
  • 跨隔离层连接多个器件的复杂性和接口速度
  • 具有外部存储器接口的主机/主设备外设不足

TIC2000系列实时控制MCU通过分布式架构实施方案,在满足上述3点的同时实现了可靠的功率变换:y9uednc

  • TI全新版本的C2000实时控制MCU产品系列,TMS320F28002x系列,通过分布式架构实现了低成本并支持设计人员降低BOM成本。为了进一步降低系统成本,C2000实时控制MCU产品系列的其他特性(例如加速器、可配置逻辑块、模拟比较器和外设)可实现系统级集成。
  • 快速串行接口(FSI)能以高达200MBPS的速率帮助实现可靠、稳健且高速的芯片间通信或板间通信。CAN或SCI等其他接口速率低且不提供延迟补偿,因而不适合跨隔离层连接多个MCU,与之相比,FSI更具优势。由于FSI固有的延迟补偿能力和速率,它能为连接多个MCU实现资源扩展提供一种高效且稳健的接口选项。图1展示了在光伏逆变器和其他应用中如何利用FSI连接多个实时控制MCU实现MIPS、PWM和ADC扩展。
  • F28002x中使用的主机接口控制器(HIC)可将MCU用作网桥,最终使主处理器间接利用控制器中的FSI和其他外设。因此,无论主处理器是否提供FSIF28002x都能使设计人员通过分布式架构实现可扩展性。

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1:利用FSI连接多个控制器以扩展资源y9uednc

借助产品系列兼容性简化迁移和平台开发

除了资源可扩展性,设计人员也正面临着构建和维护产品平台的挑战。为了有效地应对这一挑战,设计人员需要以一种高效且风险低的方法来构建高中低端产品线。y9uednc

C2000实时控制MCU产品系列在各器件系列中具有外设和代码兼容性,减少了开发人员操作多种产品的工作量。因此能简化迁移过程并构建基于类似MCU技术的各种产品,实现可持续的平台解决方案。图2展示了第三代高中低端C2000实时控制MCU的引脚对引脚、外设和代码兼容的器件系列。y9uednc

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2:整个C2000产品系列的外设和代码兼容性y9uednc

随着汽车和工业类功率变换市场的不断发展,设计人员不断寻求创新成果来帮助应对两项关键的设计挑战,即如何轻松扩展实时控制资源,以及如何构建并长期维护平台解决方案。通过FSI连接多个C2000实时控制MCU,在光伏逆变器和分布式多轴伺服驱动器等应用中实现MIPS、PWM和ADC扩展,是扩展实时控制资源的高效、低风险且具有成本效益的解决方案。与此同时,C2000产品系列中各器件的代码和外设兼容性可实现长期高效、低风险的平台开发。F28002x器件系列不仅提供了一种通过分布式架构经济高效扩展实时控制资源的方法,而且在现有的兼容性C2000系列添加了新成员,可支持设计人员构建长期且可持续的解决方案。y9uednc

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