如何在功率變換應用中實現可擴展的實時控制資源和可持續的平臺開發

在不斷需要更高性能和效率的實時功率變換領域，投身研究可擴展且可持續的工業和汽車類功率變換解決方案對設計人員來說至關重要。反過來，這種需求又對伺服驅動、電力輸送、電網基礎設施和車載充電應用中的實時控制系統提出了更高的要求，包括每秒百萬條指令(MIPS)、脈寬調制器(PWM)和模數轉換器(ADC)。同時，這也要求開發人員以一種簡單且低風險的方式構建并維護其產品線。性能可擴展性和產品系列兼容性為開發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濟高效的方式。

通過分布式架構擴展實時控制資源

可再生能源的興起推動光伏逆變器等應用的功率水平向更高方向發展。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，就是設計人員一直在尋找的解決方案。

分布式架構的理念如下：通過連接多個實時控制MCU，為系統擴展資源和外設數量。該實施方案能夠使設計人員在不影響以下幾點的前提下實現其產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/主設備外設不足

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

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

●   快速串行接口(FSI)能以高達200MBPS的速率幫助實現可靠、穩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，FSI更具優勢。由于FSI固有的延遲補償能力和速率，它能為連接多個MCU實現資源擴展提供一種高效且穩健的接口選項。圖1展示了在光伏逆變器和其他應用中如何利用FSI連接多個實時控制MCU實現MIPS、PWM和ADC擴展。

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

圖1 利用FSI連接多個控制器以擴展資源

借助產品系列兼容性簡化遷移和平臺開發

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

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

圖2 整個C2000?產品系列的外設和代碼兼容性

隨著汽車和工業類功率變換市場的不斷發展，設計人員不斷尋求創新成果來幫助應對兩項關鍵的設計挑戰，即如何輕松擴展實時控制資源，以及如何構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動器等應用中實現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?產品系列中各器件的代碼和外設兼容性可實現長期高效、低風險的平臺開發。F28002x器件系列不僅提供了一種通過分布式架構經濟高效擴展實時控制資源的方法，而且在現有的兼容性C2000?系列添加了新成員，可支持設計人員構建長期且可持續的解決方案。