隨著服務(wù)器和數(shù)據(jù)中心在全球范圍內(nèi)的應(yīng)用日益廣泛，對穩(wěn)定高效電源的需求越來越強(qiáng)烈，以應(yīng)對不斷增加的功耗。用電量一直快速增長，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提高服務(wù)器和數(shù)據(jù)中心的計(jì)算速度。應(yīng)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(yīng)、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可通過減少功耗和更大程度提高電源到負(fù)載間的功率傳輸效率，降低運(yùn)營數(shù)據(jù)中心的成本及其對環(huán)境的影響。這種能力使數(shù)據(jù)中心能夠滿足日益嚴(yán)格的能效標(biāo)準(zhǔn)（例如80 Plus），在各種負(fù)載范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)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(yīng)
在服務(wù)器電源應(yīng)用中，具有快速瞬態(tài)響應(yīng)有助于在不斷變化的負(fù)載和輸入瞬態(tài)情況下，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定可靠的系統(tǒng)運(yùn)行。此外，系統(tǒng)需要滿足服務(wù)器電源原始設(shè)備制造商更嚴(yán)格的瞬態(tài)響應(yīng)規(guī)格：在2.5A/µS至5A/µS之間實(shí)現(xiàn)80%至100%的負(fù)載跳躍。圖1說明了這些參數(shù)。
圖1：瞬態(tài)響應(yīng)參數(shù)
更高的功率密度和更大的電源容量
服務(wù)器和數(shù)據(jù)中心的功耗不斷增長，因此需要更大的電源容量。通過在更小的空間內(nèi)提供更大的電源容量，氮化鎵(GaN)等電源技術(shù)可實(shí)現(xiàn)更小巧的電源。為了在電源系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)高功率密度和縮減整個(gè)系統(tǒng)的物料清單，使用實(shí)時(shí)微控制器(MCU)控制高開關(guān)頻率至關(guān)重要。
攻克服務(wù)器PSU的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)
為了實(shí)現(xiàn)上述優(yōu)勢，服務(wù)器PSU制造商面臨幾項(xiàng)設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)，例如
實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的電源拓?fù)洌鐖D騰柱無橋功率因數(shù)校正和控制算法，包括零電壓開關(guān)、零電流開關(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(zhuǎn)換。
啟用實(shí)時(shí)控制性能，加快控制回路的執(zhí)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)保持更高的開關(guān)頻率。
為了滿足服務(wù)器PSU系統(tǒng)對電源效率和功率密度不斷增長的要求，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(diào)制(PWM)靈活性和分辨率、高控制環(huán)路速度和高開關(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(gòu)
TMS320F280039C C2000™實(shí)時(shí)MCU提供上述所有特性，還可幫助滿足或減少服務(wù)器PSU的設(shè)計(jì)預(yù)算。它們將繼續(xù)通過靈活和創(chuàng)新的功能改進(jìn)集成的實(shí)時(shí)信號鏈（感應(yīng)、處理和控制）。圖3顯示了F28003x系列。
圖3：F28003x MCU擴(kuò)展了C2000實(shí)時(shí)MCU產(chǎn)品組合
高精度檢測
F280039C MCU通過其集成式模擬元件（包括多個(gè)可靈活管理轉(zhuǎn)換啟動、具有11個(gè)有效位數(shù)和一個(gè)后處理塊的4MSPS模數(shù)轉(zhuǎn)換器），實(shí)現(xiàn)了服務(wù)器PSU的高能效和快速瞬態(tài)響應(yīng)。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(bǔ)償，可實(shí)現(xiàn)精確的功率轉(zhuǎn)換。
高性能處理
F280039C基于32位數(shù)字信號處理器架構(gòu)并結(jié)合了控制律加速器，可提供超過240MIPS的實(shí)時(shí)性能，具有浮點(diǎn)單元和三角函數(shù)加速器等特性，可實(shí)現(xiàn)更高的功率密度和高瞬態(tài)響應(yīng)，能夠處理復(fù)雜的時(shí)間關(guān)鍵型計(jì)算。
靈活的高分辨率控制
在大功率服務(wù)器PSU系統(tǒng)中，即使在高頻下，實(shí)現(xiàn)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，具有谷底開關(guān)、延遲跳閘、死區(qū)時(shí)間調(diào)整和全局重新加載等功能，可以精確控制復(fù)雜的電源拓?fù)浜涂刂扑惴ā＜傻目膳渲眠壿媺K進(jìn)一步增強(qiáng)了PWM的靈活性，并無縫銜接GaN技術(shù)來實(shí)現(xiàn)高功率密度。
C2000實(shí)時(shí)MCU在服務(wù)器PSU系統(tǒng)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，F(xiàn)280039C MCU還可以滿足服務(wù)器PSU的幾項(xiàng)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縫切換到新固件，并通過具有多個(gè)閃存選項(xiàng)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銷。
通信接口從PMBus轉(zhuǎn)到控制器局域網(wǎng)(CAN)總線（以及可能的CAN-FD），可實(shí)現(xiàn)更快速度、更高數(shù)據(jù)速率和可靠的主機(jī)通信。
通過加密功能（例如高級加密標(biāo)準(zhǔn)、安全啟動和安全聯(lián)合測試行動組）實(shí)現(xiàn)安全性，可在這個(gè)更加互聯(lián)的世界中保護(hù)代碼和數(shù)據(jù)免受外部攻擊，解決業(yè)界擔(dān)憂。
結(jié)語
F280039C MCU在C2000 MCU平臺上進(jìn)行了擴(kuò)展，提供集成功能，可幫助您實(shí)現(xiàn)高級實(shí)時(shí)控制，同時(shí)降低物料清單成本。F28003x MCU系列通過解鎖GAN和SiC等寬帶隙技術(shù)的全部潛力，實(shí)現(xiàn)了更高能效、更高功率密度以及更快響應(yīng)時(shí)間，與這些技術(shù)相得益彰。簡便易用的軟件可加快服務(wù)器PSU設(shè)計(jì)人員的開發(fā)速度。