该实时控制系列的前一部分重点介绍了实时控制信号链的传感功能块(图 1)。很容易误解第二个功能块(处理),并假设它仅与中央处理单元 (CPU) 频率或每秒百万条指令 (MIPS) 相关,仅关注数据处理。在本系列文章中,我将通过高性能电源系统的视角展示处理的价值,并消除对处理在实时控制系统中的作用的任何误解。
图 1:实时控制信号链
高功效
如图 2 所示,数据中心的不间断电源必须连续运行。正如白皮书“结合使用 TI GaN FET 和 C2000 实时 MCU 实现功率密集且高效的数字电源系统”中所讨论的,效率的提高可以迅速减少财政支出,通过更小的散热器减小解决方案尺寸,并减少温室气体排放。但是,为了实现这些好处,实现复杂的电源拓扑结构可能具有挑战性,例如图腾柱无桥功率因数校正(使用较少的无源耗能器件)或软开关控制(例如零电压开关和零电流开关)。
高性能实时微控制器 (MCU)(有些甚至带有片上硬件加速器)可以通过更快的控制环路来实现这一目标。为了将其提升到一个新的水平,配备快速片上模数转换器 (ADC) 和定制后处理功能的实时 MCU 可以进一步处理准确、快速的采样以及电流和电压的转换,从而减少整体实时信号链的延迟。
快速瞬态响应展示了直流/直流转换器通常需要在更小的空间内提供更大的电源容量,这不仅是为了降低系统成本,也是为了满足分布式电源开放标准联盟等监管标准(目标低至 1/32 格式占地面积(0.69 平方英寸))。在微型外形尺寸下,在没有散热器的情况下减少散热成为一项挑战,而采用氮化镓和碳化硅等宽带隙功率器件来实现更高的开关频率并满足这些小设计尺寸可能会更加麻烦。凭借其固有的架构和片上数学增强器,实时 MCU 的处理能力使复杂的时间关键型数据计算成为可能。额外的马力提供了额外的计算能力,封装了更多功能(例如降低有源噪声),因此也封装了电磁干扰滤波器,这是白皮书“了解提高功率密度的利弊权衡和所需技术”中强调的众多解决方案之一。此外,定制的 PWM 和比较器模块(超出处理元件),具有高分辨率、消隐窗口、延迟跳闸、峰值电流模式控制的斜坡补偿等功能,以及可配置逻辑块等其他功能部件,可以进一步增强处理能力。
图 3:具有减小外形尺寸趋势的直流/直流转换器
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