如何在电源转换应用中扩展实时控制资源并维持平台开发

2020-3-24

在持续需要更高性能和效率的实时电源转换领域，投资可扩展且可持续的工业和汽车电源转换解决方案对设计人员来说至关重要。这种需求反之导致对实时控制系统资源的需求，例如在伺服驱动系统，电力与电网基础设施和车载充电应用对MCU每秒百万条指令（MIPS）的计算算力、脉宽调制器（PWM）和模拟-数字转换器（ADC）数量。这也导致开发人员需要以简单和低风险的方式构建和维护其产品线。性能可扩展性和产品组合兼容性为开发人员提供了一种省力而又经济高效的方式来扩展实时控制资源并维护长期电源转换解决方案的平台。

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了诸如太阳能逆变器等应用中使用更高功率水平。随着功率水平的提高，需要更多在功率转换过程中起着至关重要作用的实时控制资源，例如MIPS、PWM和ADC。解决此需求的典型方法是通过单个中央控制器控制太阳能逆变器系统中的多个功率级。当该控制器资源不足以解决更高的功率水平和越来越多的功率级时，会发生什么？分布式架构就是这个问题最好的解决方案。

分布式架构的理念如下：连接多个实时控制MCU，以扩展系统可用资源和外设数量。该实现方案使设计人员能够在不影响产品性能的前提下实现其产品所要求的性能和效率。

多芯片解决方案的成本
通过隔离和接口速度连接多个器件的复杂性
主机/主处理器上缺少具有外部存储器接口的外设

德州仪器的C2000实时控制MCU产品组合解决以上3个问题并实现分布式电源转换架构的真正价值：

德州仪器的C2000实时控制MCU系列的最新版本TMS320F28002x系列价格低廉，可帮助设计人员通过分布式架构优化BOM成本。C2000实时控制MCU系列中的丰富功能（如加速器、可配置逻辑、模拟比较器和外设）可进一步优化系统架构。
快速串行接口（FSI）以高达200 MBPS的速度实现可靠而强大的高速芯片间通信或板间通信。与其他接口协议（如CAN或SCI）相比，FSI更具优势。CAN或SCI等速率低且不提供摆率补偿，这使它们并不适合作为连接多个MCU隔离通信的解决方案。由于FSI固有的摆率补偿功能和速度，连接多个MCU来实现资源可扩展性成为一种省力且稳健的接口选项。图1所示为如何利用FSI来实现多个实时控制MCU的连接，用于太阳能逆变器和其他应用中的扩展MIPS、PWM和ADC。
F28002x中引入的主机接口控制器（HIC）使MCU可充当桥接器，最终使主处理器能够间接获得控制器上的FSI和其他外设。无论您的主机处理器上是否提供FSI，F28002x都允许设计人员通过分布式架构实现可扩展性。

图1：利用FSI连接多个控制器以获得可扩展的资源

通过产品组合兼容性简化迁移和平台开发

除资源可扩展性，设计人员还面临构建和维护产品平台的挑战。为有效地实现这一点，需要一种省力且风险低的方法来构建从高端到中端再到低端的产品线。

C2000实时控制MCU产品组合提供了跨器件系列的外设和代码兼容性，从而减轻了开发人员使用多种产品的工作量。这简化了基于类似MCU技术的产品迁移和构建过程，从而实现了可持续的平台解决方案。图2所示为C2000实时控制MCU –从高端到中端再到低端的第三代产品中管脚对管脚、外设和代码兼容的器件系列。

图2：整个C2000产品组合的外设和代码兼容性

在不断发展的汽车和工业电源转换市场中，设计人员正在寻求能够帮助他们应对两个关键设计挑战的创新：如何轻松扩展实时控制资源，以及如何构建和维护长期的平台解决方案。通过FSI连接多个C2000实时控制MCU以在太阳能逆变器和分布式多轴伺服驱动器等应用中实现可扩展的MIPS、PWM和ADC是一种可扩展实时控制资源的高效、低风险且经济高效的解决方案。与此同时，C2000产品组合中器件系列的代码和外设兼容性使开发高效、低风险的长期平台成为可能。F28002x器件系列不仅提供了一种经济有效的方式来通过分布式架构扩展实时控制资源，而且还兼容现有的C2000产品组合，使设计人员能够构建长期、可持续的解决方案。