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作者：德州儀器 隨著(zhù)服務(wù)器和數據中心在全球范圍內的應用日益廣泛，對穩定高效電源的需求越來(lái)越強烈，以應對不斷增加的功耗。用電量一直快速增長(cháng)，因此需要更多的集成中央處理單元、圖形處理單元和加速器來(lái)提高服務(wù)器和數據中心的計算速度。應用效益的提高催生了電源裝置 (PSU) 的發(fā)展，以提供高能效、快速瞬態(tài)響應、高功率密度和更大的電源容量。 高能效 具有高能效的服務(wù)器 PSU 可通過(guò)減少功耗和更大程度提高電源到負載間的功率傳輸效率，降低運營(yíng)數據中心的成本及其對環(huán)境的影響。這種能力使數據中心能夠滿(mǎn)足日益嚴格的能效標準（例如 80 Plus），在各種負載范圍內實(shí)現高于平均水平的鈦金級能效，并向環(huán)境排放更少的二氧化碳。 快速瞬態(tài)響應 在服務(wù)器電源應用中，具有快速瞬態(tài)響應有助于在不斷變化的負載和輸入瞬態(tài)情況下，實(shí)現穩定可靠的系統運行。此外，系統需要滿(mǎn)足服務(wù)器電源原始設備制造商更嚴格的瞬態(tài)響應規格：在 2.5A/μS 至 5A/μS 之間實(shí)現 80% 至 100% 的負載跳躍。圖 1 說(shuō)明了這些參數。 
圖 1：瞬態(tài)響應參數 更高的功率密度和更大的電源容量 服務(wù)器和數據中心的功耗不斷增長(cháng)，因此需要更大的電源容量。通過(guò)在更小的空間內提供更大的電源容量，氮化鎵 (GaN) 等電源技術(shù)可實(shí)現更小巧的電源。為了在電源系統中實(shí)現高功率密度和縮減整個(gè)系統的物料清單，使用實(shí)時(shí)微控制器 (MCU) 控制高開(kāi)關(guān)頻率至關(guān)重要。 攻克服務(wù)器 PSU 的設計挑戰 為了實(shí)現上述優(yōu)勢，服務(wù)器 PSU 制造商面臨幾項設計挑戰，例如 • 實(shí)現復雜的電源拓撲，例如圖騰柱無(wú)橋功率因數校正和控制算法，包括零電壓開(kāi)關(guān)、零電流開(kāi)關(guān)、同步整流時(shí)序和具有混合遲滯控制的電感-電感-電容諧振直流/直流轉換。 • 啟用實(shí)時(shí)控制性能，加快控制回路的執行。 • 在采用 GaN 和碳化硅 (SiC) 等寬帶隙功率器件時(shí)減少功耗，同時(shí)保持更高的開(kāi)關(guān)頻率。 為了滿(mǎn)足服務(wù)器 PSU 系統對電源效率和功率密度不斷增長(cháng)的要求，實(shí)時(shí) MCU 需具有幾個(gè)關(guān)鍵特性，例如低延遲信號鏈、高脈寬調制 (PWM) 靈活性和分辨率、高控制環(huán)路速度和高開(kāi)關(guān)頻率。圖 2 顯示了一個(gè)示例 PSU 框圖。
圖 2：具有交流/直流和直流/直流級的服務(wù)器電源典型雙控制器架構 TMS320F280039C C2000™ 實(shí)時(shí) MCU 提供上述所有特性，還可幫助滿(mǎn)足或減少服務(wù)器 PSU 的設計預算。它們將繼續通過(guò)靈活和創(chuàng )新的功能改進(jìn)集成的實(shí)時(shí)信號鏈（感應、處理和控制）。圖 3 顯示了 F28003x 系列。
圖 3：F28003x MCU 擴展了 C2000 實(shí)時(shí) MCU 產(chǎn)品組合 高精度檢測 F280039C MCU 通過(guò)其集成式模擬元件（包括多個(gè)可靈活管理轉換啟動(dòng)、具有 11 個(gè)有效位數和一個(gè)后處理塊的 4MSPS 模數轉換器），實(shí)現了服務(wù)器PSU的高能效和快速瞬態(tài)響應。MCU 還集成了具有優(yōu)化電源控制功能的快速模擬比較器，例如消隱、延遲跳閘、峰值電流模式控制和斜率補償，可實(shí)現精確的功率轉換。 高性能處理 F280039C 基于 32 位數字信號處理器架構并結合了控制律加速器，可提供超過(guò) 240MIPS 的實(shí)時(shí)性能，具有浮點(diǎn)單元和三角函數加速器等特性，可實(shí)現更高的功率密度和高瞬態(tài)響應，能夠處理復雜的時(shí)間關(guān)鍵型計算。 靈活的高分辨率控制 在大功率服務(wù)器 PSU 系統中，即使在高頻下，實(shí)現更大的電源容量并保持相位間同步也至關(guān)重要。F280039C 提供 150ps 分辨率的 PWM 通道，具有谷底開(kāi)關(guān)、延遲跳閘、死區時(shí)間調整和全局重新加載等功能，可以精確控制復雜的電源拓撲和控制算法。集成的可配置邏輯塊進(jìn)一步增強了 PWM 的靈活性，并無(wú)縫銜接 GaN 技術(shù)來(lái)實(shí)現高功率密度。 C2000 實(shí)時(shí) MCU 在服務(wù)器 PSU 系統中的其他優(yōu)勢 除了電源管理和快速實(shí)時(shí)控制的趨勢外，F280039C MCU 還可以滿(mǎn)足服務(wù)器 PSU 的幾項其他熱點(diǎn)要求： • 實(shí)時(shí)固件更新可以在不中斷電源的情況下無(wú)縫切換到新固件，并通過(guò)具有多個(gè)閃存選項的多組型號和更快的閃存組擦除時(shí)間，更大限度降低軟件開(kāi)銷(xiāo)。 • 通信接口從 PMBus 轉到控制器局域網(wǎng) (CAN) 總線(xiàn)（以及可能的 CAN-FD），可實(shí)現更快速度、更高數據速率和可靠的主機通信。 • 通過(guò)加密功能（例如高級加密標準、安全啟動(dòng)和安全聯(lián)合測試行動(dòng)組）實(shí)現安全性，可在這個(gè)更加互聯(lián)的世界中保護代碼和數據免受外部攻擊，解決業(yè)界擔憂(yōu)。 結語(yǔ) F280039C MCU 在 C2000 MCU 平臺上進(jìn)行了擴展，提供集成功能，可幫助您實(shí)現高級實(shí)時(shí)控制，同時(shí)降低物料清單成本。F28003x MCU 系列通過(guò)解鎖 GAN 和 SiC 等寬帶隙技術(shù)的全部潛力，實(shí)現了更高能效、更高功率密度以及更快響應時(shí)間，與這些技術(shù)相得益彰。簡(jiǎn)便易用的軟件可加快服務(wù)器 PSU 設計人員的開(kāi)發(fā)速度。 |
