标签: 数字电源

【哔哥哔特导读】在数字化时代，数字电源的高效性成为关键。郡嘉电子如何凭借卓越技术，助力数字电源效率飙升至99%！让我们一起揭开这产品效率飙升背后的秘密。 在数字化浪潮汹涌的当下，数字电源作为支撑大数据、云计算等关键技术的基础设施，其高效性备受行业关注。而磁性元件作为这些电源系统中的“血管”，其品质和技术水平的重要性不言而喻。 郡嘉电子凭借其卓越的技术实力和深厚的行业积累，近年来陆续为客户提供了多个卓越的数字电源产品解决方案。今天，《磁性元件与电源》记者采访到了郡嘉电子的副总经理龚长鸿，听听他分享郡嘉电子如何用心打造每一款磁性元件，为客户解决难题的故事。 突破被动 效率跃升至99%赢市场 长久以来，磁性元件企业基本是根据电源企业提供的设计，来生产客户需求的产品，这就使得磁性元件企业一直处于被动的状态。然而，由于电源设计工程师并不全然了解磁性元件的最新技术，有时并不能设计出最好的效果。 龚长鸿表示，此前有一家客户设计了一款数字电源，并希望由郡嘉来生产所有的磁性元件产品。但我们发现，企业提供的电源设计，其使用的无桥PFC和GaN方案，不仅成本较高且效率有限，不能最大化的发挥出磁性元件的性能。于是我们积极参与到产品设计的优化和改造中，通过改用主动PFC，利用磁集成技术改变磁性元件产品设计结构等创新手段，将效率从最初的93%成功提升至99%！同时，由于减少了氮化镓材料的使用，磁性元件产品成本大幅下降。 ▲郡嘉推出的数字电源领域用磁性元件 这一技术突破不仅为客户带来了更多的竞争优势和利润空间，更彰显了郡嘉电子在磁性元件技术领域的强大实力。 攻克技术难关 多措并举助产品升级 然而，参与产品研发的过程中并不总是一帆风顺。龚长鸿坦言：“随着终端产品频率的提高，磁芯和线材的损耗也会增加，这对我们磁性元件企业来说是一个不小的技术挑战。为了解决这个问题，我们会和供应商合作，共同寻求降损耗的方法。在线材方面，我们对体积和尺寸控制的比较严格。为了应对频率提升带来的趋肤效应，磁性元件企业需要采用更细的线材，并需要满足一定的尺寸要求。” 除了对原材料进行品质把控，今年，郡嘉电子还计划增加3到5名研发人员，进一步扩大研发团队规模，并计划引进新的设备和软件，满足数字电源领域平板变压器和PFC电感等磁性元件产品的生产技术需求。 品质为王 客户信赖订单满满 持续不断的推出高品质磁性元件产品，让郡嘉电子获得了客户的信赖。据介绍，今年郡嘉电子数字电源领域的订单量继续呈上升趋势，上半年订单需求同比增长30%-50%。为了满足生产需求，郡嘉电子还在韶关工厂设有两条用于生产数字电源用平板类和扁平类PFC电感的专线，月产能在250k到300k之间。 ▲客户对郡嘉产品的反馈 龚长鸿说到：“客户对我们最大的认可就是会持续向我们下订单。有个客户自我们2022年合作以来，已经多次向我们下单，他们相信我们的实力和能力，愿意将更多的订单交给我们来处理。” 值得一提的是，郡嘉电子数字电源领域的第一份订单也来源于客户对其产品的认可。2019年，国家尚未大力提出“新基建 新能源”的发展策略，磁性元件企业还主要聚焦在消费电子领域。彼时，郡嘉电子主要生产PC电源，因为客户认可其产品，当客户想要推出数字电源产品时，便又找到了郡嘉，希望由郡嘉来提供数字电源所使用的磁性元件，从此开启了郡嘉在数字电源领域的篇章。 展望未来 持续创新谋发展 随着大数据和云计算的发展，工商业等应用场景都离不开数字电源的支持。龚长鸿表示：“未来数字电源将更加注重效率的提升和成本的降低。为了实现这一目标，我们将继续加大研发力度，推动技术创新！接下来，我们会继续深耕这一市场，努力拓展大型客户，为他们提供更稳定、更优质的服务！” 本文为哔哥哔特资讯原创文章，未经允许和授权，不得转载

什么是数字电源？ 数字电源即通过一颗通用的数字信号控制器，完成传统模拟电源控制IC所具备的PWM、保护、环路补偿等功能，同时具备通信监控功能。 数字电源的数字信号控制器取代了模拟电源的控制芯片、环路补偿的运放及相关器件。软件处理的灵活性是传统模拟电源远不能比的，比如软件可以处理电路保护、非线性计算等任务，硬件层面关注功率电路、磁性器件、驱动电路、采样电路等电路设计。 控制器主要分为通用处理器和专用控制芯片两类： 通用数字信号控制器 ：即是一个运算能力较强的MCU，比如TI的TMS320F2802x/03x系列，Microchip的dispic系列，Freescale的DSP，Freescale被收购后叫NXP，又推出了Kinetis系列的针对数字电源的和电机控制的芯片，与之前Freescale的DSP相比而言，内核变为arm内核。ST也有一些数字电源的通用控制器。 专用数字电源控制芯片 ：比如TI的UCD系列，cortex-M3内核，该芯片把环路固定在芯片内部由硬件实现，环路参数可以更改，但结构没法改，环路的数量也有限。相对于DSP，优点是环路控制频率可以做的很快，环路带宽可以做高，但是不灵活。DSP的环路是软件实现的，由于采样及控制频率的限制，环路带宽做不了太高。 2KW AC/DC 数字电源方案 本方案是基于STM32F334C8的一款2KW AC/DC数字电源，电源由两个由STM32F334控制的功率部分组成：两相交错功率因数校正器(PFC)和ZVS DC/DC移相全桥DCDC变换器。 交错式PFC包括两个基于600V MDmesh M2功率MOSFET且相位差为180的升压转换器。 下游部分包括一个基于MDmesh DM2功率MOSFET的DC/DC相移全桥转换器，并使用HF变压器执行降压，t通过调节选择的初级与次级比例可在整个工作范围内保持足够高的效率。 在初级侧，变压器由全桥转换器供电，由于零电压开关(ZVS)操作，开关损耗得以降低。 在次级侧，同步整流(SR)用于确保较低的传导损耗。输出电压波形由STripFET功率MOSFET整流，然后经过滤波器平滑输出。 技术参数

使用C2000内部比较器替外部比较器 C2000系列芯片在数字电源和电机控制中有着广泛的应用，在这些应用中，过流过压保护是必不可少的。传统的方法是使用外部比较器，但是会存在滤波电路不好设计，不同版本需要不同的BOM来提供不同的保护点等问题。本文针对所有第三代C2000芯片，比如F2807x/37x，F28004x，F28002x等，介绍C2000内部比较器的具体实践方法，并提供了与传统的外部比较器方法的比较，结果表明，使用C2000内部比较器的方法在效率和成本上都具备明显的优势。 1. 介绍 C2000系列芯片在数字电源和电机控制中有着广泛的应用，在这些应用中，过流过压保护是必不可少的。传统的方法是使用外部比较器，但是会存在滤波电路不好设计，不同版本需要不同的BOM来提供不同的保护点等问题。本文针对所有第三代C2000芯片，比如F2807x/37x，F28004x，F28002x等，介绍C2000内部比较器的具体实践方法，并提供了与传统的外部比较器方法的比较，结果表明，使用C2000内部比较器的方法在效率和成本上都具备明显的优势。 2. C2000 内部比较器的介绍 TI 第三代C2000芯片全系列集成了带DAC的片内比较器，通过DAC设定阈值，与采样信号分别送到片内比较器的正负输入端做比较，由于DAC的集成，用户可以方便地修改比较的电压值。同时，C2000比较器内部集成数字 滤波器 ，可以实现高性能的滤波。生成保护信号给到PWM模块封锁PWM输出，从而实现快速的过流过压保护，无需额外再加比较器和基准电压。另外，C2000内部的比较器响应速度快，以F280049 为例（可参考datasheet上Comparator Electrical Characteristics这一章节），从比较器输入的电平异常到比较器产生输出信号，延迟最多60ns, 而通用比较器的延迟一般要1us左右，使用与C2000内部比较器相似规格的比较器成本又会比较高。 比较器子系统 (C MPS S) 模块由 模拟比较器 和支持组件组成它们组合成一种拓扑结构，可用于功率应用，例如峰值电流模式控制，开关电源、功率因数校正和电压跳闸监控。 每个CMPSS 模块包括两个模拟比较器、两个可编程 12 位DAC、一个斜坡发生器和两个数字滤波器。CMPSS有两个输出，一个是C TRI PH，送到芯片内部，可以和PWM模块同步，配合使用。一个是 CTR IPOUTH，可以通过OUTPUTXBAR 送到外部GPIO和系统其他模块搭配使用。简化的示意图如图1所示： 图1 比较器子系统 (CMPSS)简图 3. 比较器滞回功能的使用 为了避免噪声波动引起的比较器输出的反复跳变，我们一般都会配置滞回比较。 C2000比较器的滞环是可以设定的，COMPHYSCTL的COMPHYS位可以设定滞环的环宽，当环宽设定为0时也就意味着没有滞环。注意在规格书中，滞环的单位是LSB，所以它和CMPSS模块内部的DAC的参考有关。如果内部DAC的 参考电压 是3V，1LSB对应3V/4096=0.7mV。 以F28004x，F2807x，F2837x为例，其滞环可以在12LSB, 24LSB, 36LSB, 48LSB中选择。具体可以在datasheet的电气参数中看到。 CMPSS内部DAC的参考可以看TRM (Technical Reference Manual) 中关于参考的介绍，可以在VDDA和VDAC中选择： 设置滞回的寄存器是COMPHYS, 设置滞回也可以调用driverlib中的函数CMPSS_setHysteresis(uint32_t base, uint16_t value)。设置值和滞回环宽的关系可以看具体型号C2000的Technical Reference Manual中寄存器的解释。 4. 数字滤波器的使用 当外部输入的滤波电路设计不当时，会导致比较器被误触发的情况，C2000内部比较器还集成了可配置的数字滤波器，CMPSS数字滤波器的时钟来源是系统时钟, 预分频(CLKPRESCALE)决定了滤波器的采样率，滤波器的FIFO在每个分频后时钟采样一次。数字滤波器在从输入端采集的FIFO采样(SAMPWIN)窗口上工作。滤波器输出为采样窗口内的多数值，其中多数由阈值(THRESH)定义。如果不满足阈值，则滤波器输出保持不变。具体的工作逻辑可以参考TRM(Technical Reference Manual)的Digital filter behavior，如图2。 这里以F280049为例，需要注意的是，THRESH的值必须被设置为大于SAMPWIN/2并且小于或等于SAMPWIN。同时，FIFO中的旧数据将被丢弃。在用寄存器配置的情况下，对于SAMPWIN、THRESH和CLKPRESCALE，数字滤波器使用的内部数字在所有情况下都是+1。也就是说，samples=SAMPWIN+1，threshold=THRESH+1，pre scale=CLKPRESCALE+1。 图2 比较器滤波子模块功能 也可以用driverlib函数配置，即在函数中配置相应的分频值，采样窗和阈值。 Void CMPSS_configFilterHigh(uint32_t base, uint16_t samplePrescale, uint16_t sampleWindow, uint16_t threshold); Void CMPSS_configFilterLow(uint32_t base, uint16_t samplePrescale, uint16_t sampleWindow, uint16_t threshold); 5. 利用锁存模式和外部模块配合使用 CMPSS可以很方便地和PWM等其他内部外设配合使用，但是有些应用中，也需要把内部比较器的信号锁存起来，比如传给外部的IPM模块等。CMPSS也支持这种模式，用户可选择穿透模式，和锁存(Latch)模式，在锁存模式下，可以将瞬间的过压过流给到外部，保护外部的模块不被损坏。 同时，也可以在比较器的输出源中选择通过或门的锁存信号，也就是高低两个寄存器的COM PCT L.CTRIPOUTLSEL和用COMPCTL.CTRIPOUTHSEL ，第三个输入选项就是经过滤波器后的锁存信号，也可以选择0-异步模式或是和1- CPU 时钟同步，或是2-经过滤波器但是不锁存的信号，具体选项和对应关系，可以参考图3。 同样的，也可以用Driverlib函数配置，在void CMPSS_configOutputsHigh(uint32_t base, uint16_t config)和void CMPSS_configOutputsLow(uint32_t base, uint16_t config)函数里面的config增加一个参数CMPSS_TRIPOUT_L ATC H即可，TRIPOUT代表是将这个信号通过OUTPUTXBAR送到芯片外部GPIO。 图3 比较器子系统完整信号框图 6. 和PWM配合使用的实际应用 传统的保护方式是使用外部比较器，本文介绍的使用C2000内部的窗口比较器（ADC与比较器pin 脚共用）的方式，可以节省物料成本和布板空间。具体配置方法如下(完整代码参考TIDM-02002 针对 HEV/EV 车载充电器的双向 CLLLC 谐振、双有源电桥 (DAB) 参考设计)： 第一步，选择合适的CMPSS输入的脚，查看TRM 的Table 15-2. Analog Pins and Internal Connections，并通过CMPSS的DAC 子模块，配置合适的值; 这边需要注意，比较器模块的高低比较器的Positive input必须是外部AIO引脚，negative input 可以说DAC 的输出或外部AIO引脚。 // set CMPSS H and L Positive input pins ASysCtl_selectCMPHPMux(CLLLC_IPRIM_CMPSS_ASYSCTRL_CMPHPMUX, CLLLC_IPRIM_CMPSS_ASYSCTRL_MUX_VALUE); ASysCtl_selectCMPLPMux(CLLLC_IPRIM_CMPSS_ASYSCTRL_CMPLPMUX, CLLLC_IPRIM_CMPSS_ASYSCTRL_MUX_VALUE); // set DAC H and L values CMPSS_setDACValueHigh(CLLLC_ISEC_TANK_CMPSS_BASE, CLLLC_ISEC_TANK_DACHVAL); CMPSS_setDACValueLow(CLLLC_ISEC_TANK_CMPSS_BASE, CLLLC_ISEC_TANK_DACLVAL); 第二步，配置输出，通过XBAR 将CMPSS的高和低两个比较器的结果，映射到XBAR_TRIP5和XBAR_TRIP7; XBAR_setEPWMMuxConfig(XBAR_TRIP5, CLLLC_IPRIM_TANK_H_PWM_XBAR_MUX_VAL); XBAR_enableEPWMMux(XBAR_TRIP5, CLLLC_IPRIM_TANK_H_XBAR_MUX); XBAR_setEPWMMuxConfig(XBAR_TRIP7, CLLLC_IPRIM_TANK_L_PWM_XBAR_MUX_VAL); XBAR_enableEPWMMux(XBAR_TRIP7, CLLLC_IPRIM_TANK_L_XBAR_MUX); 第三步，PWM trip配置，将XBAR_TRIP5和XBAR_TRIP7分别配置给Digital Trip Event A2和B2, 当输出为高时，可以触发PWM动作。 7. 总结 在本文中，我们讨论了通过 C2000内部集成的模拟比较器功能，在增加系统功能的同时减少外部组件的需求，同时提供了更多的数字编程控制的灵活性，这种实现还可以帮助节省成本和电路板空间，本文还通过几个具体案例详细介绍了集成模拟比较器的使用方法。更多相关应用、硬件和软件的示例，请参阅 TI 官网提供的C2000 开发工具 、应用手册、设计指南、硬件原理图和软件示例。 参考文献 TMS320F28002x Real-Time Microcontrollers Technical Reference Manual (Rev. A) TMS320F28004x Real-Time Microcontrollers Technical Reference Manual (Rev. D) Design Guide: TIDM-02002 Bidirectional CLLLC Resonant Dual Active Bridge (DAB) Reference Design for HEV/EV Onboard Charger 来源：TI 作者：Emma Wang 松下汽车类6轴单芯片MEMS惯性传感器，提高车载系统的安全性和舒适性 据麦姆斯咨询介绍，在当下的“万物电气化（electrification of everything）”时代，传感器已成为一个必不可少的先决条件：汽车、巴士、摩托车、无人送货车、建筑机械和许多其它车辆配备越来越多的传感器，以实现安全且舒适的辅助驾驶/自动驾驶。全面的感知能力对于支持运动检测、定位、导航、数据融合等许多用途至关重要。 为此， 松下 机电（ Panasonic Industry）开发出汽车类6轴MEMS惯性 传感器 系列，即MEMS惯性测量单元（IMU），该系列产品通过单芯片解决方案面向车载领域的功能安全（ISO26262）为车身稳定控制、ADAS和自动驾驶等系统提供惯性感知功能，并且符合ASIL-B(D)标准，具有高水平的功能安全性及自诊断功能。 松下汽车类6轴MEMS惯性传感器 松下汽车类6轴MEMS惯性传感器用例 过去用于车载系统的惯性传感器，其角速度和加速度的感测元件是由多颗芯片构成的，因此面临因角速度和加速度的轴偏离而影响输出精度的问题。松下推出的新型高质量、高可靠的6轴MEMS惯性传感器系列，也称为“6合1传感器”，单颗芯片集成了3轴MEMS陀螺仪和3轴MEMS加速度计，即利用基于单芯片MEMS技术实现高6轴正交性（轴间正交性≦0.01°），为提高车载系统的安全性能和设计自由度做出贡献。 松下汽车类6轴MEMS惯性传感器采用单芯片解决方案 松下汽车类6轴MEMS惯性传感器采用 电容 式MEMS感测技术，通过 晶圆 级封装使得盖帽、MEMS和ASIC形成一体，实现了小型化的6轴惯性传感器，封装尺寸为4.5 mm x 4.5 mm x 1.1 mm。由此，为车载系统的综合化和车载ECU的小型化做出了贡献。 松下汽车类6轴MEMS惯性传感器剖面图 该惯性传感器封装形式为可润湿侧翼QFN。松下借助凹痕加工技术，使得这种封装外壳引脚的侧面能够形成可目视的焊脚。由此，通过焊脚的目视检查，即可确认引脚是否已被正常地焊接到基板的焊盘上。这可以实现高质量焊接，从而实现无差错装配，这对于汽车安全性、舒适性，以及 工业应用 都至关重要。 惯性传感器封装引脚凹痕加工示意图 贴装完后的惯性传感器外观示意图 松下汽车类6轴MEMS惯性传感器的一个关键用途是可以在剧烈振动的情况下（例如当汽车突然冲出道路时）检测车辆的运动状况，然后利用传感器数据来调整马达的扭矩和制动力，以实现安全的车辆状态。 该6轴惯性传感器还成功实施了与汽车安全相关的雷达（RADAR）/激光雷达（LiDAR）应用。通常，雷达/激光雷达会出现安装偏移，例如在车辆工厂组装和经销商运输过程中。因此需要工厂或经销商对此类安装偏移进行校准，使其不影响雷达/激光雷达的探测方向或被探测物体在3D地图中的位置精度。为此，工厂或经销商在静止情况下使用3轴加速度计进行倾斜检测以测量安装偏移，并且在运动情况时，还会使用3轴陀螺仪来测量偏移。 雷达/激光雷达可以搭配6轴惯性传感器以获得姿态（横滚、俯仰和偏航）及地理坐标信息，助力自动驾驶汽车实现更加安全的导航和定位功能。对于扫描周期较长的激光雷达等传感器，车载系统需要将上一个周期检测到的周围环境3D点云与当前周期检测到的3D点云进行比较。通过使用来自6轴惯性传感器的车辆运动数据，可以减少匹配上一个周期的3D点云和当前周期的3D点云的计算量。 在汽车行驶时，6轴惯性传感器能够动态地检测道路的起伏，车载系统根据传感器数据可修正雷达/激光雷达照射位置或探测到的物体在地图上的位置。尤其是在GNSS（全球导航卫星系统）信号被阻挡时（例如隧道中），基于惯性传感器的航位推算（DR）可以计算出当前车辆的位置，保证连续定位、稳健驾驶。 买电子元器件现货上唯样商城 除了这些与汽车安全相关的应用之外，该6轴惯性传感器还成功地应用于AR-HUD（增强现实抬头显示）系统等舒适性应用。在这个用例中，惯性传感器检测车辆的运动，并可以使用“AR.markers”调整AR-HUD光束的位置，以便驾驶员以最佳方式观看。另一个与舒适性相关的应用是主动悬架系统，其通过惯性传感器采集车辆姿态信息，经过主动悬架控制器计算，向四轮减震器输出软硬不同的阻尼控制，最后通过控制四个减震器内部的 电磁阀 来动态调整悬架软硬。 松下目前正在进行不同实施状态的多个项目，推动商业应用领域也使用6轴惯性传感器。例如，自动驾驶巴士可以借助6轴惯性传感器来计算车辆是否在预定义的路径上。自主叉车受益于6轴惯性传感器提供的安全性和舒适性——例如防止货物从叉车上掉落。这些也适用于其它“即将实现自主运行”的机械——例如割草机、铁路列车或压实机。

使用C2000内部比较器替外部比较器 C2000系列芯片在数字电源和电机控制中有着广泛的应用，在这些应用中，过流过压保护是必不可少的。传统的方法是使用外部比较器，但是会存在滤波电路不好设计，不同版本需要不同的BOM来提供不同的保护点等问题。本文针对所有第三代C2000芯片，比如F2807x/37x，F28004x，F28002x等，介绍C2000内部比较器的具体实践方法，并提供了与传统的外部比较器方法的比较，结果表明，使用C2000内部比较器的方法在效率和成本上都具备明显的优势。 1. 介绍 C2000系列芯片在数字电源和电机控制中有着广泛的应用，在这些应用中，过流过压保护是必不可少的。传统的方法是使用外部比较器，但是会存在滤波电路不好设计，不同版本需要不同的BOM来提供不同的保护点等问题。本文针对所有第三代C2000芯片，比如F2807x/37x，F28004x，F28002x等，介绍C2000内部比较器的具体实践方法，并提供了与传统的外部比较器方法的比较，结果表明，使用C2000内部比较器的方法在效率和成本上都具备明显的优势。 2. C2000 内部比较器的介绍 TI 第三代C2000芯片全系列集成了带DAC的片内比较器，通过DAC设定阈值，与采样信号分别送到片内比较器的正负输入端做比较，由于DAC的集成，用户可以方便地修改比较的电压值。同时，C2000比较器内部集成数字 滤波器 ，可以实现高性能的滤波。生成保护信号给到PWM模块封锁PWM输出，从而实现快速的过流过压保护，无需额外再加比较器和基准电压。另外，C2000内部的比较器响应速度快，以F280049 为例（可参考datasheet上Comparator Electrical Characteristics这一章节），从比较器输入的电平异常到比较器产生输出信号，延迟最多60ns, 而通用比较器的延迟一般要1us左右，使用与C2000内部比较器相似规格的比较器成本又会比较高。 比较器子系统 (C MPS S) 模块由 模拟比较器 和支持组件组成它们组合成一种拓扑结构，可用于功率应用，例如峰值电流模式控制，开关电源、功率因数校正和电压跳闸监控。 每个CMPSS 模块包括两个模拟比较器、两个可编程 12 位DAC、一个斜坡发生器和两个数字滤波器。CMPSS有两个输出，一个是C TRI PH，送到芯片内部，可以和PWM模块同步，配合使用。一个是 CTR IPOUTH，可以通过OUTPUTXBAR 送到外部GPIO和系统其他模块搭配使用。简化的示意图如图1所示： 图1 比较器子系统 (CMPSS)简图 3. 比较器滞回功能的使用 为了避免噪声波动引起的比较器输出的反复跳变，我们一般都会配置滞回比较。 C2000比较器的滞环是可以设定的，COMPHYSCTL的COMPHYS位可以设定滞环的环宽，当环宽设定为0时也就意味着没有滞环。注意在规格书中，滞环的单位是LSB，所以它和CMPSS模块内部的DAC的参考有关。如果内部DAC的 参考电压 是3V，1LSB对应3V/4096=0.7mV。 以F28004x，F2807x，F2837x为例，其滞环可以在12LSB, 24LSB, 36LSB, 48LSB中选择。具体可以在datasheet的电气参数中看到。 CMPSS内部DAC的参考可以看TRM (Technical Reference Manual) 中关于参考的介绍，可以在VDDA和VDAC中选择： 设置滞回的寄存器是COMPHYS, 设置滞回也可以调用driverlib中的函数CMPSS_setHysteresis(uint32_t base, uint16_t value)。设置值和滞回环宽的关系可以看具体型号C2000的Technical Reference Manual中寄存器的解释。 4. 数字滤波器的使用 当外部输入的滤波电路设计不当时，会导致比较器被误触发的情况，C2000内部比较器还集成了可配置的数字滤波器，CMPSS数字滤波器的时钟来源是系统时钟, 预分频(CLKPRESCALE)决定了滤波器的采样率，滤波器的FIFO在每个分频后时钟采样一次。数字滤波器在从输入端采集的FIFO采样(SAMPWIN)窗口上工作。滤波器输出为采样窗口内的多数值，其中多数由阈值(THRESH)定义。如果不满足阈值，则滤波器输出保持不变。具体的工作逻辑可以参考TRM(Technical Reference Manual)的Digital filter behavior，如图2。 这里以F280049为例，需要注意的是，THRESH的值必须被设置为大于SAMPWIN/2并且小于或等于SAMPWIN。同时，FIFO中的旧数据将被丢弃。在用寄存器配置的情况下，对于SAMPWIN、THRESH和CLKPRESCALE，数字滤波器使用的内部数字在所有情况下都是+1。也就是说，samples=SAMPWIN+1，threshold=THRESH+1，pre scale=CLKPRESCALE+1。 图2 比较器滤波子模块功能 也可以用driverlib函数配置，即在函数中配置相应的分频值，采样窗和阈值。 Void CMPSS_configFilterHigh(uint32_t base, uint16_t samplePrescale, uint16_t sampleWindow, uint16_t threshold); Void CMPSS_configFilterLow(uint32_t base, uint16_t samplePrescale, uint16_t sampleWindow, uint16_t threshold); 5. 利用锁存模式和外部模块配合使用 CMPSS可以很方便地和PWM等其他内部外设配合使用，但是有些应用中，也需要把内部比较器的信号锁存起来，比如传给外部的IPM模块等。CMPSS也支持这种模式，用户可选择穿透模式，和锁存(Latch)模式，在锁存模式下，可以将瞬间的过压过流给到外部，保护外部的模块不被损坏。 同时，也可以在比较器的输出源中选择通过或门的锁存信号，也就是高低两个寄存器的COM PCT L.CTRIPOUTLSEL和用COMPCTL.CTRIPOUTHSEL ，第三个输入选项就是经过滤波器后的锁存信号，也可以选择0-异步模式或是和1- CPU 时钟同步，或是2-经过滤波器但是不锁存的信号，具体选项和对应关系，可以参考图3。 同样的，也可以用Driverlib函数配置，在void CMPSS_configOutputsHigh(uint32_t base, uint16_t config)和void CMPSS_configOutputsLow(uint32_t base, uint16_t config)函数里面的config增加一个参数CMPSS_TRIPOUT_L ATC H即可，TRIPOUT代表是将这个信号通过OUTPUTXBAR送到芯片外部GPIO。 图3 比较器子系统完整信号框图 6. 和PWM配合使用的实际应用 传统的保护方式是使用外部比较器，本文介绍的使用C2000内部的窗口比较器（ADC与比较器pin 脚共用）的方式，可以节省物料成本和布板空间。具体配置方法如下(完整代码参考TIDM-02002 买电子元器件现货上唯样商城 针对 HEV/EV 车载充电器的双向 CLLLC 谐振、双有源电桥 (DAB) 参考设计)： 第一步，选择合适的CMPSS输入的脚，查看TRM 的Table 15-2. Analog Pins and Internal Connections，并通过CMPSS的DAC 子模块，配置合适的值; 这边需要注意，比较器模块的高低比较器的Positive input必须是外部AIO引脚，negative input 可以说DAC 的输出或外部AIO引脚。 // set CMPSS H and L Positive input pins ASysCtl_selectCMPHPMux(CLLLC_IPRIM_CMPSS_ASYSCTRL_CMPHPMUX, CLLLC_IPRIM_CMPSS_ASYSCTRL_MUX_VALUE); ASysCtl_selectCMPLPMux(CLLLC_IPRIM_CMPSS_ASYSCTRL_CMPLPMUX, CLLLC_IPRIM_CMPSS_ASYSCTRL_MUX_VALUE); // set DAC H and L values CMPSS_setDACValueHigh(CLLLC_ISEC_TANK_CMPSS_BASE, CLLLC_ISEC_TANK_DACHVAL); CMPSS_setDACValueLow(CLLLC_ISEC_TANK_CMPSS_BASE, CLLLC_ISEC_TANK_DACLVAL); 第二步，配置输出，通过XBAR 将CMPSS的高和低两个比较器的结果，映射到XBAR_TRIP5和XBAR_TRIP7; XBAR_setEPWMMuxConfig(XBAR_TRIP5, CLLLC_IPRIM_TANK_H_PWM_XBAR_MUX_VAL); XBAR_enableEPWMMux(XBAR_TRIP5, CLLLC_IPRIM_TANK_H_XBAR_MUX); XBAR_setEPWMMuxConfig(XBAR_TRIP7, CLLLC_IPRIM_TANK_L_PWM_XBAR_MUX_VAL); XBAR_enableEPWMMux(XBAR_TRIP7, CLLLC_IPRIM_TANK_L_XBAR_MUX); 第三步，PWM trip配置，将XBAR_TRIP5和XBAR_TRIP7分别配置给Digital Trip Event A2和B2, 当输出为高时，可以触发PWM动作。 7. 总结 在本文中，我们讨论了通过 C2000内部集成的模拟比较器功能，在增加系统功能的同时减少外部组件的需求，同时提供了更多的数字编程控制的灵活性，这种实现还可以帮助节省成本和电路板空间，本文还通过几个具体案例详细介绍了集成模拟比较器的使用方法。更多相关应用、硬件和软件的示例，请参阅 TI 官网提供的C2000 开发工具 、应用手册、设计指南、硬件原理图和软件示例。 参考文献 TMS320F28002x Real-Time Microcontrollers Technical Reference Manual (Rev. A) TMS320F28004x Real-Time Microcontrollers Technical Reference Manual (Rev. D) Design Guide: TIDM-02002 Bidirectional CLLLC Resonant Dual Active Bridge (DAB) Reference Design for HEV/EV Onboard Charger 来源：TI 作者：Emma Wang

　　尽管就新式电子系统的可靠工作而言，电源管理至关重要，但今天的系统中也许仍然存在最后一个“盲点”，那就是稳压器。因为对稳压器来说，没有方法直接配置或监视其关键电源系统的工作参数。因此，电源设计师一直被迫使用一堆混杂在一起的排序器、微控制器和电压监察器，以设定启动、安全等基本的稳压器功能。虽然数字可编程DC/DC转换器投入使用已有多年(最为显著的就是在采用VID输出电压控制的VRM内核电源)，但一直缺乏直接从稳压器来监视工作状态信息(特别是实时电流)的能力。 　　数字电源系统管理能通过计算机接口设定和监视各种不同的电源参数，正在消除这个“盲点”。可编程参数包括输出电压、排序、跟踪、多个轨的延迟和斜坡、过流限制和过压限制设定点以及工作频率。数字电源系统管理还能回读遥测数据并报告输入电压、输出电压/电流、温度甚至故障等。 　　网络设备的系统设计师正被迫提高系统的数据吞吐量和性能，也在被迫增加功能。同时，他们也面临着降低系统总体功耗的压力。数据中心的挑战是，重新安排工作流程，将作业转移到未充分利用的服务器上，从而允许其他服务器关机，以此降低总体功耗。为了满足这些需求，知道最终用户设备的功耗是至关重要的。一个设计得当的数字电源管理系统能为用户提供功耗数据，从而允许智能地做出能源管理决策。 　 　多轨电路板级电源系统 　　大多数嵌入式系统都是通过48V背板供电的。这个电压通常降压至较低的中间总线电压(如12V)，以给系统内机架的电路板供电。不过，这些电路板上的大多数子电路或IC都要求在低于1～3.3V的电压范围内、以数十mA至数百A的电流工作。因此，需要负载点(POL)DC/DC转换器，以从中间总线电压降压至子电路或IC所需要的电压。这些轨通常对排序、电压准确度、裕度调节和监察有严格要求。 　　在一个数据通信、电信或存储系统中，有多达20个POL电压轨的情况并非不常见，因此系统设计师需要一种简单的方法来管理这些轨的输出电压、排序和最大可允许电流要求。很多处理器都要求I/O电压先于内核电压上升，而某些DSP则要求内核电压先于I/O电压上升。断电排序也是必要的。因此，设计师需要非常容易地进行更改，以优化系统性能，并需要为每一个DC/DC转换器储存一套特定配置，以简化设计工作。 　　为了保护昂贵的ASIC免受可能出现的过压情况的损害，高速比较器必须监视每个轨的电压值，而且如果某个轨超出了规定的安全工作限制，就立即采取保护行动。在数字电源系统中，可以通过PMBus报警线通知主机发生了故障，而且可以关断从属轨，以保护受电器件(如ASIC)。要实现这一点，需要合理的准确度和数十μs的响应时间。 　　LTC3880/-1能提供高度准确的数字电源系统管理，具高分辨率可编程性和快速遥测数据回读，可实时控制并监视关键的负载点转换器功能。该器件是一款双输出、高效率、同步降压型DC/DC控制器，提供基于I2C并具超过100条指令的PMBus接口和内置的EEPROM。该器件兼有最佳的模拟开关稳压控制器和精准混合信号数据转换，可无与伦比地实现电源系统的易设计性和易管理性，并得到了具易用型图形用户界面(GUI)的LTpowerPlay软件开发系统的支持。图1显示了一个典型的应用原理图。 图1 典型的LTC3880应用原理图 　　LTC3880/-1可调节两个独立的输出，或配置为两相单输出。多达6相可以交错和并联，以在多个IC之间实现准确的均流，从而最大限度地降低了对大电流或多输出应用的输入和输出滤波要求。内置的差分放大器提供真正的远端输出电压采样。集成的栅极驱动器在4.5～24V的输入电压范围内为所有N沟道功率MOSFET供电。该器件可在整个工作温度范围内，以每相高达30A的输出电流产生高达5.5V，而输出电压的准确度为±0.50%。涵盖多个芯片的准确定时和基于事件的排序允许复杂的多轨系统实现加电和断电优化。LTC3880有一个内置LDO，为控制器和栅极驱动器供电，而LTC3880-1允许使用一个外部偏置电压，以实现最高效率。这两款器件都采用耐热增强型6mm×6mm QFN-40封装。 　 　控制接口用于数字电源系统管理 　　开发PMBus指令语言的目的是满足大型多轨系统的需求，PMBus是一种开放的标准电源管理协议，采用全面定义的指令语言，为与电源转换器、电源管理器件和系统主处理器通信提供了方便。除了一套定义完备的标准指令，PMBus兼容设备还可以采用自己的专门指令，以为设定和监视POL DC/DC转换器提供创新性方法。该协议通过业界标准SMBus串行接口实现，可设定、控制和实时监视电源转换产品。指令语言和数据格式标准化允许非常容易地开发固件，从而加速了产品上市。 　　LTC3880/-1的可编程控制参数包括输出电压、裕度调节、电流限制、输入和输出监察限制、上电排序和跟踪、开关频率，以及识别和可跟踪性数据。内置的精准数据转换器和EEPROM允许收集稳压器配置设定值和遥测变量值，包括输入和输出电压及电流、占空比、温度以及故障记录，并对这些设定值和变量值进行非易失性存储。表1显示了一些可用 LTC3880/-1设定的参数、该器件的高分辨率遥测回读能力，以及同类可替代解决方案的分辨率和准确度。 　　LTC3880/-1的配置非常容易通过该器件的I2C串行接口保存到内部EEPROM中。由于配置存储在芯片中，所以该控制器可以自主上电，而无须增加主处理器的负担。输出电压、开关频率、相位和器件地址的缺省设定值可选择通过外部电阻器分压器配置。多种设计可以非常容易地在固件中校准和配置，以为一系列应用优化单个硬件设计。 　　 模拟控制环路 　　LTC3880/-1是一种数字可编程控制器，可实现很多种功能，如控制输出电压、电流限制设定点和排序，等等，该器件还有一个模拟反馈控制环路，以实现最佳环路稳定性和瞬态响应，且不会产生数字控制环路那样的量化效应。 　　图2显示了一个控制器IC的不同斜坡曲线，该IC具模拟反馈控制环路(LTC3880)和数字反馈控制环路。模拟环路有一个平滑的斜坡，而数字环路像一个阶跃函数，可能导致以下问题：稳定性、较慢的瞬态响应、在有些应用中需要较大的输出电容以及引起较大输出纹波的数字环路量化效应。 图2 LTC3880的模拟控制环路和数字控制环路 图3 LTC3880模拟环路与数字控制环路的瞬态响应比较 　　此外，由于ADC、数字补偿器和数字PWM的存在，因此视ADC分辨率和环路设计的不同而不同，数字控制环路的量化效应额外增大了输出纹波的电压。对比之下，模拟控制环路没有这种额外增加的输出纹波电压。 　　结论 　　数字电源系统管理的主要优点之一是设计成本的降低以及产品面市进程的加快。采用一种具有直观图形用户界面(GUI)的综合开发环境，即可以高效地开发复杂的多电压轨系统。另外，此类系统还可利用GUI(而不是焊接装配)来进行相关的调整，从而简化了在线测试(ICT)和电路板调试工作。 　　另一个益处是，由于有实时遥测数据可用，因此有可能预测电源系统的故障，并采取预防性措施。也许最重要的是，具数字管理功能的DC/DC转换器允许设计师开发“绿色”电源系统，这类系统可重新安排工作流程，将作业转移到未充分利用的服务器上，从而允许其他服务器关机，因此这类系统能决定何时降低总体功耗，以满足目标性能要求。数字电源系统管理可最大限度地降低负载点、电路板、机架甚至安装时的能源消耗，从而降低了基础设施成本和产品整个寿命期的总体成本。