三月初，英飞凌科技发布了 ModusToolbox 电源套件：一个围绕其 PSOC 控制 C3 系列 MCU 构建的、用于数字电源转换设计的软件平台。英飞凌科技工业和物联网 MCU 高级副总裁 Steve Tateosian 表示："它既面向那些希望快速上手并在极短时间内进行评估的专家用户，也面向那些正在向数字世界转型的开发者。"

去年，英飞凌推出了 ModusToolbox 电机套件，顾名思义，该平台旨在加速英飞凌生态系统内的电机控制设计，例如无刷直流电机驱动板、智能三相驱动器、无传感器磁场定向控制等，提供开箱即用的解决方案。这些平台几乎是电源电子工程师在英飞凌生态系统内进行嵌入式设计的指南(图 1)。

Tateosian 认为："鉴于(电源设计)领域创新的步伐，你需要为开发者提供一种工具，帮助他们快速理解：'是的，这款产品将满足我的技术要求'，这一点非常必要，这样他们就不必花费数月时间来评估一款 MCU。" 从而将可能耗时数月的软硬件评估过程缩短到几天内。

图1

其他集成器件制造商也开发了类似的生态系统——例如德州仪器的基于 C2000 的数字电源软件开发套件和意法半导体的 STM32 D-Power 平台。这反映了一个更广泛的行业趋势，即推动针对特定应用的嵌入式设计开发者生态系统。原始设备制造商开发出有意义的硬件是一回事;但客户同样要求强大的支持生态系统，包括库、代码示例、可视化工具等等。

例如，电源套件允许设计者配置他们的 MCU，而无需深入研究 C 代码，这样硬件设计者就可以进入数字控制领域，而无需本质上成为软件开发者。Tateosian 说："他们无需编写一行代码就能启动运行。他们可以选择正在使用的拓扑结构，然后该拓扑结构的代码会自动加载到设备上。"

电源设计步伐的加速

电源设计并非沿着传统的、将很大程度上相互孤立的模拟设计和软件开发团队分开的道路，其独特之处在于需要硬件和软件知识之间更紧密的耦合。Tateosian 说："在这个领域，最高效的设计者能够同时驾驭两个领域。"

如今，随着电源设计周期的缩短，对控制环路设计产生了进一步限制;快速开发尖端解决方案的需求日益增长(图 2)。Tateosian 继续说道："过去，电源转换感觉像一个更稳定的市场。每两年有一个设计周期，而且只是对设计进行微小的调整。而现在，我们看到每 6-12 个月就有新设计出现。这些设计不一定是对上一代产品的微小调整，而是这些电源性能上的巨大飞跃。所以这是一个非常令人兴奋的领域。"

图2

他以数据中心电源单元为例说明了这一点，其功率正从 2-3 千瓦范围迅速跃升至并超越 5 千瓦、8 千瓦和 12 千瓦。随着设计者追求更高效率，特别是在这些人工智能系统中，控制环路变得更加重要。Tateosian 表示："1% 的效率提升都是大事。"

在这些情况下，允许设计者实时调整控制环路并通过可视化工具轻松查看变化影响的工具变得至关重要。Tateosian 提供了一些调整示例："如果我在较低频率下运行会怎样?如果我改变控制环路的时序会怎样?如果我将不同的外设功能分配给不同的活动会怎样?那么对系统级的影响是什么?"

宽带隙半导体也将控制环路频率从 100-200 kHz 推高到 1-2 MHz。"要利用这些宽带隙器件，真正实现系统效率的是开关频率，这给 MCU 带来了更大压力，特别是它如何处理控制环路本身。"

为控制环路量身打造的 MCU

电源套件一个潜在的重要区别特性在于，能够利用 PSOC 产品组合中的关键硬件来解决电源转换中一些更具挑战性的方面。Tateosian 解释说："你会看到 ADC 的采样速度从 6 MSPS(每秒百万次采样)提升到 25 MSPS，定时器精度从标准 PWM 提升到我们所谓的高分辨率 PWM，具有更精确的控制和更高速度的控制环路。" 他以此说明 PSOC 性能在整个产品系列中的提升。

对于要求更高的设计，Tateosian 强调了英飞凌在一些 PSOC 控制 C3 性能线 MCU 中采用的一种称为 PPCA 的双核子系统。PPCA 本质上是为独立于主 CPU 运行控制环路而专门构建的。它有两个专用内核——一个用于电压，一个用于电流——它们仅专注于控制环路，拥有自己专用的 ADC 和定时器，这些 ADC 和定时器是专门设计用于与这些内核协同工作的。Tateosian 说："你可以把它想象成一个控制器中的控制器。它有自己的处理能力。它可以与主系统通信，但不会被主系统中断。"

这将主 CPU 完全解放出来，用于处理遥测、安全和其他系统级功能。这种与主 CPU 的自主运行方式可以使控制环路的处理性能更高，从而提高稳定性并实现更快的运行速度。