最新的效率標準以及適應不斷變化的環境影響的能力給傳統的模擬電源設計帶來了諸多挑戰。現代電力電子設備的瞬態行為、環境考慮因素和現代電子產品的設計復雜性需要一種更靈活的設計方法來考慮這些新變量。數字電源轉換和控制解決了設計人員面臨的許多挑戰;然而，許多設計人員努力使其模擬領域知識適應最新的數字系統，并與開發人員合作實現有競爭力的產品功能。

Microchip通過提供廣泛的數字電源生態系統（包括微控制器（MCUS）和數字信號控制器（DSC）、尖端的電源轉換特性、全功能參考設計、免費提供的高級設計資源以及具有獨特工具的領先軟件解決方案來應對這些考慮因素。

各種電力技術

的發展 將電力系統整合到以前由燃燒、機械或壓縮空氣驅動的許多應用中的趨勢越來越明顯。此外，越來越多的分布式電力系統，如基于電池的電網備份、可再生能源、儲能、不間斷電源等，正在部署，以減少化石燃料消耗并提高電力系統效率。推動信息時代（數據中心/服務器電源）的因素是電力需求，而激烈的競爭限制更加強調降低成本。現代電力系統的大部分重點是提高效率、優化輸送以及適應更廣泛的直流 （DC） 和交流 （AC） 系統。

隨著電力技術的日益多樣化，以及對效率的要求越來越嚴格，固有的定制模擬電源設計并不是許多最新電源應用和實現的最佳選擇。此外，電子和電氣系統市場的快速發展正在通過新的認證和標準迅速發展。現在，這些在模擬電源設計中更具挑戰性。因此，許多原始設備制造商正在轉向數字電源解決方案，以迅速增強其當前的電力產品組合。全數字解決方案提供了一個適應性更強、更高效的平臺，以適應最新的電子和電氣系統。

由于數字電源是最近的進步，并且在許多傳統模擬電源設計人員的領域之外，有許多設計人員不熟悉該技術。Microchip通過提供創新的解決方案來緩解與電力設計相關的許多傳統挑戰，同時教育工程師和設計人員了解數字電源技術的未來，從而解決這個問題。

電源設計挑戰

電源設計正在從由少數專業模擬設計人員主導的領域過渡到混合軟件、數字和模擬設計的領域。這種轉變是為了響應市場因素和新技術，使數字電源解決方案的使用成為可能。解決了電力設計帶來的許多挑戰。這一挑戰的一個關鍵領域是確保高效可靠的電力系統運行，同時考慮各種且經常波動的條件。在變化很大的負載條件下實現效率是這一挑戰的一個主要方面。

盡管模擬系統通常可以設計為在狹窄的工作條件下非常高效，但在考慮一系列工作條件時，這些系統往往會效率低下。此外，如果需求發生變化，模擬電源系統可能需要完全重新設計，或者至少需要實質性的設計更改，這相當于延遲設計周期和更長的上市時間。嘗試面向未來的模擬電源設計也往往會增加大量成本，而且在許多情況下是不可行的。鑒于現代電力系統運行的瞬態特性，數字電源技術越來越多地用于實現更靈活、更高效的設計方法。

然而，數字電源系統開發需要模擬電源技術和數字控制系統理論方面的知識。通常，多個設計人員和開發人員團隊正在開發一個單獨的電源系統，每個團隊都有自己的一組要求和有限的微處理器（MPU）或DSC資源需求。

眾所周知，軟件更新通常會導致系統停機。在將余量測量到小數點后幾位的行業中，最大限度地減少停機時間對于電力系統至關重要。鑒于固件、認證和驗證要求的復雜性，對于任何軟件驅動的技術來說，這都不是一件容易的事。

數字電源解決方案可實現高效、穩健的電源設計

數字電源技術通常利用軟件驅動的開關電源設計和高度集成的組件來提高效率和可靠性。通過適當的軟件開發，可以設計出能夠在各種負載條件下保持效率的數字電源系統，并考慮外部和內部溫度等環境因素。

對于需要更換傳統模擬控制和轉換的相對簡單的系統（小于 100 瓦），8 位 MCU 可能就足夠了。例如，Microchip面向數字電源應用的8位MCU具有模擬升壓、降壓、升壓/降壓、反激式和SEPIC功率轉換器拓撲結構，非常適合高效可靠的支架。此外，Microchip的許多8位MCU還包括集成外設，如峰值電流模式控制器（PCMC）、斜坡發生器、斜率補償電路等。這些集成外設有助于減輕主處理器的負擔，同時提高可靠性。使用這些MCU的設計通過由8位處理內核監控的專用硬件有效地閉合控制環路。

對于受益于更復雜或自適應/預測算法控制/轉換的更復雜的電源系統，16位MCU或DSC是功能更強大的選擇。基于軟件的算法，如預測、自適應甚至非線性函數，使系統能夠實現最高水平的效率，從而使用更簡單的控制器很難 - 如果不是不可能的話 - 實現。

Microchip的許多dsPIC DSC系列還包括集成的數字電源外設，如高速模數轉換器（ADC?）、數模轉換器（DAC）、波形發生器、模擬比較器和可編程增益放大器（PGA）或運算放大器。這些集成外設可減輕主處理器負擔、減少延遲并減輕開發負擔。由于傳感器、外設、控制器、執行器等之間的可靠通信也是一個問題，Microchip最新的dsPIC33C系列還包括雙CAN FD通信外設。CAN FD通信標準在可靠性和增加帶寬至關重要的汽車和工業電源應用中很常見。

此外，Microchip還提供了多個MCU和DSC的另一個功能，進一步減輕了主處理器的負擔，也有助于開發：雙核數字電源MCU和DSC。可以智能地平衡兩個內核的資源，以優化負載下的性能并管理延遲，并且內核的分區方式允許由單獨的軟件團隊進行獨立開發以及簡單的代碼集成。

使用Microchip的MCU和DSC的開發人員可以通過廣泛的設計資源生態系統獲得額外的幫助。這些資源包括用于數字電源設計的特定拓撲獨立工具，即數字補償設計工具（DCDT），它是集成到MPLAB? X集成開發環境（IDE）中的GUI。DCDT簡化了計算數字補償器系數的過程，并通過整合所有延遲和反饋增益來提供多種控制系統性能分析功能。此外，DCDT 還可生成模擬友好的閉環性能圖，例如波特、根軌跡和奈奎斯特。最后，DCDT將自動計算縮放參數、補償器系數，并生成與Microchip的免費SMPS控制軟件庫一起使用的軟件文件。

Microchip免費提供的另一個開發工具是MPLAB代碼配置器。該工具基于圖形編程環境，易于過渡到數字電源的模擬設計人員使用，并無縫生成易于理解的C代碼。然后，可以使用MPLAB X IDE甚至Microchip基于云的開發工具MPLAB Xpress IDE輕松地將這些代碼插入到項目中。借助Microchip MCU或DSC，開發人員還可以訪問Microchip的補償器庫和代碼示例，這些庫和代碼示例由應用專家專業開發和測試。

這些庫和代碼示例可以幫助設計人員或開發人員快速適應模擬設計到數字設計，從而縮短數字電源設計的學習曲線。另一個可以做到這一點的資源是Microchip的參考設計和開發套件。數字電源參考設計庫包括無線電源演示、AC/DC 轉換器、低壓 PFC 套件、數字純正弦波 UPS 設計以及其他 DC/DC 和 AC/DC 轉換器設計和套件。

由于可靠性是許多電源應用的關鍵考慮因素，因此MCU和DSC必須符合嚴格的要求工業和汽車標準通常是基本限定符。一些最嚴格的電力電子標準是汽車標準，如汽車安全完整性等級（ASIL）和汽車B類合規性。Microchip通過提供符合汽車標準的芯片MCU和DSC來解決這個問題，并包含滿足并超過功能安全認證的外設。此外，Microchip還開發了具有實時更新功能的MCU和DSC，允許“始終在線”無線（OTA）固件更新。此功能使開發人員和設計人員能夠在升級軟件或排除數字電源設計故障時消除停機時間。對于行業中的許多電源轉換應用，由于正常運行時間額定值差而避免了高成本而導致停機，此功能可提高可靠性并節省大量成本。

考慮數字電源功能的設計

與模擬電源系統相比，數字電源系統在滿足現代電力要求方面具有許多優勢。在考慮環境因素和不斷變化的要求的同時，在廣泛變化的負載條件下對最高效率的需求以及對更高效率的需求增加了數字電源技術的采用，這給傳統的模擬電源設計人員帶來了挑戰。Microchip具有數字電源功能的MCU和DSC有助于減輕這些負擔，并為電源設計人員和開發人員提供集成的外設、功能和豐富的選擇。此外，Microchip提供的開發資源和工具有助于從傳統電源設計更平穩地過渡到現代軟件驅動開發。

審核編輯：郭婷