5G物聯(lián)網(wǎng)、AI時(shí)代，促進(jìn)了通信基站、服務(wù)器需求的不斷增長，對通信電源、服務(wù)器電源的性能要求日漸嚴(yán)苛，終端系統(tǒng)都在尋求更快的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，更智能的控制環(huán)路和更簡化的外圍電路，從而提高性能和集成度。面對日益增長的性能需求，集成微控制器 (MCU)、通信外設(shè)和硬件環(huán)路外設(shè)等多種功能外設(shè)的數(shù)字電源控制器備受青睞。

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什么是數(shù)字電源？

數(shù)字電源，是以數(shù)字技術(shù)實(shí)現(xiàn)電源的控制，如電源電壓電流采樣(ADC)、環(huán)路運(yùn)算(PID)、PWM輸出和故障保護(hù)。同時(shí)，MCU搭配PMBus、UART等通信外設(shè)，可以實(shí)現(xiàn)電源的在線監(jiān)測、遠(yuǎn)程控制、在線下載等功能。

相較于模擬電源，數(shù)字電源的集成度更高，而系統(tǒng)并不隨功能模塊的增加而復(fù)雜化，外圍器件較少，且不存在器件誤差、老化、溫度影響等問題，更有利于獲得穩(wěn)定一致的控制參數(shù)，同時(shí)也更易于實(shí)現(xiàn)非線性控制，改善電源的瞬態(tài)響應(yīng)能力。

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矽力杰高集成數(shù)字電源控制器

針對服務(wù)器電源、通信電源對高功率密度的要求，矽力杰推出了高集成度的數(shù)字電源控制器SQ51103。芯片集成有靈活、可配置的高速硬件環(huán)路外設(shè)，包括模擬前端外設(shè)(AFE)，數(shù)字PID和DPWM模塊，以實(shí)現(xiàn)多種隔離DC-DC電源與AC-DC電源的高速控制。同時(shí)，SQ51103包含62.5MHz的Cortex-M4的數(shù)字核，以及SAR ADC, PMBus/I2C, UART, Timer, PWM, Capture等多個(gè)通用外設(shè)，方便實(shí)現(xiàn)電源信號的監(jiān)測和通信。

SQ51103

高集成數(shù)字電源控制器

高速硬件環(huán)路外設(shè)

◆ 3x 模擬前端: 15.6Msps 9bit EADC, 11bit DAC

◆3x 2p/2z 數(shù)字非線性PID

◆8x DPWM輸出

?250ps分辨率的脈寬調(diào)制

?4ns分辨率的周期調(diào)制

◆支持PWM, PFM和移相調(diào)制

◆6x高速模擬比較器

?參考電壓：8bit DAC

◆支持多種控制方式

?2路峰值電流控制(PCM)

?谷值控制(Valley)

?ZCD控制

?Bang-Bang控制

◆支持最大2MHz的開關(guān)頻率

MCU及通用外設(shè)

◆62.5MHz 32-Bit Cortex-M4數(shù)字核

◆支持浮點(diǎn)運(yùn)算單元(FPU)

◆Dual Flash: 64kB+64kB

◆16kB SRAM (with ECC)

◆4kB PSRAM: 指令加速

◆7x通道, 12-bit, 1.0Msps, SAR ADC

◆1x PMBUS/I2C

◆1x UART

◆4x 32-bit timer

◆2x 通用PWM

◆1x捕獲單元(Capture)

◆22x GPIO

◆支持SWD調(diào)試功能

◆封裝: QFN-6x6-40

◆工作溫度: -40℃~125℃

SQ51103生態(tài)系統(tǒng)

矽力杰SQ51103配套完善的生態(tài)系統(tǒng)，包括應(yīng)用文檔、SDK軟件包、EVB評估板、調(diào)試環(huán)境IDE、調(diào)試工具等，幫助客戶盡快熟悉SQ51103的開發(fā)工作，提高項(xiàng)目開發(fā)效率。

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多種控制模式

SQ51103內(nèi)置可靈活配置的高速硬件外設(shè)，對其進(jìn)行搭積木式的配置，可方便的實(shí)現(xiàn)多種電源拓?fù)涞膬?yōu)化控制，可廣泛應(yīng)用在服務(wù)器電源、通信基站電源、48V隔離磚模塊電源等場景。主要以下文四個(gè)典型應(yīng)用為例：HSFB (硬開關(guān)全橋)占空比控制、HSFB峰值電流控制、LLC頻率控制和圖騰柱無橋PFC連續(xù)導(dǎo)通模式(CCM)控制。

HSFB占空比控制

將電壓環(huán)(PID0)、電流環(huán)(PID1)和三環(huán)取小模塊(Tri-Loop)進(jìn)行組合，SQ51103可實(shí)現(xiàn)恒壓恒流(CVCC)控制。

通過對變壓器副邊繞組中點(diǎn)電壓的采樣，SQ51103可實(shí)現(xiàn)輸入電壓前饋控制(PID2)，進(jìn)而改善輸入電壓跳變的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。該方案采樣電路簡單，可以提高電源功率密度，有效降低成本。

HSFB峰值電流控制

SQ51103將電壓環(huán)(PID0)、諧波補(bǔ)償(Ramp2)、DAC2與高速比較器進(jìn)行組合，可產(chǎn)生斬波信號(chop)，并作用于DPWM模塊，實(shí)現(xiàn)峰值電流控制。比較器的傳輸延遲和數(shù)字模塊的響應(yīng)時(shí)間很短，峰值電流控制的效果良好。

LLC頻率控制

SQ51103將電壓環(huán)(PID0)輸出到DPWM模塊，控制輸出PWM的頻率，實(shí)現(xiàn)LLC諧振變換器的頻率控制。

為提高寬負(fù)載范圍的效率，器件的DPWM模塊可設(shè)置多模式自動(dòng)切換功能，根據(jù)電壓環(huán)(PID0)輸出大小，在不同工作狀態(tài)下進(jìn)行切換，如Burst模式/PWM模式 PFM模式PFM+副邊整流管導(dǎo)通時(shí)間固定模式。此外，SQ51103具備故障處理單元，可實(shí)現(xiàn)LLC拓?fù)涞娜菪载?fù)載保護(hù)(COA)、逐周期的電流保護(hù)(CBC)，達(dá)成更安全、高效的LLC控制。

圖騰柱無橋PFC CCM控制

SQ51103在軟件高速中斷程序(ISR)中實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的PFC電壓外環(huán)，后傳遞參數(shù)給硬件電流內(nèi)環(huán)(EADC1,PID1), 完成PFC的CCM控制。

軟件電壓外環(huán)+硬件電流內(nèi)環(huán)的方案，兼顧了PFC電壓外環(huán)控制的復(fù)雜、多樣性要求，和電流內(nèi)環(huán)控制的實(shí)時(shí)性要求，控制效果優(yōu)越。