在电源控制器领域,数字电源面临着两个主要的挑战,首先是灵活性,实际是工程师对数字电源的期许,他们总是希望通过数字电源控制器获得最大的灵活性,通过软件可以使数字控制器实现设计中所需的各种电源要求。其次,现在的开关电源,尤其是隔离开关电源,内部充满了非常快速的变化,所以电源控制器必须能够快速处理这些高速信号,而软件的可编程性和高速信号的检测和处理很多时候是一对矛盾。德州仪器(TI)拥有一系列完整的模拟与数字电源管理及MCU优化解决方案,可充分满足所有数字电源设计的需求,很好地解决了这个矛盾。
在数字电源领域,TI有着非常广泛的产品门类,如图1所示,从左至右,TI的产品覆盖了从模拟到半模拟直至全数字控制整个产品系列。左侧是在隔离和非隔离电源里面扮演着重要角色的模拟方案,中间是混合型方案,其核心为模拟电路,但数字接口已经和内部模拟核集成在一起。右边则为纯数字电源方案,其中包括TI的最新产品隔离式数字电源UCD3000系列。该产品系列中UCD3138则主要是应中国服务器以及通讯厂商之需推出的。
图1 TI整体数字电源产品系列
UCD3138为高集成度且可配置数字电源管理控制器,可为服务器、电信整流器以及大功率 DC/DC 模块中各种电源拓扑提高电源密度与可靠性。在图2所示的UCD3138数字电源架构中,其上方是完全可编程的硬件,它的基础是硬件,是针对电源应用架构所优化的硬件,这个硬件是一对状态机,与位于下方的ARM7相配合就可以实现很高的灵活性。由于状态机的基础是硬件处理,上下两部分集合在一起,通过编程,工程师就能够灵活地设置它的功能。
在隔离电源里,无论是服务器还是通讯类的应用,对电源的要求越来越高,高在越来越高的效率、集成度以及整体性能。UCD3138的数字控制功能可帮助设计人员进一步发挥电源系统作用,包括在多个平台上重复使用硬件设计,针对每项应用调整性能并控制参数以实现多功能等,进而加速产品上市进程。尤其是,UCD3138在6毫米 x 6毫米的小型封装中整合了强大的32位微处理器、高速高精度数据转换器、多个可编程硬件控制环路以及不同的通信引擎,充分满足上述提及的隔离电源的全部要求。
简单易用的图形用户界面(GUI)与开发工具是数字电源能否快速推广的关键,毕竟现在的大多数工程师已经习惯了模拟电源的设计,数字电源开发工具,包括功能丰富的全电压评估板、开发套件、参考设计、应用固件源代码、编程人员手册以及Code Composer Studio软件开发环境等可让设计人员轻松完成使用习惯的转换。
图2 UCD3138优化型电源架构