Cele mai recente controlere de semnal mixt combină cele mai bune caracteristici din lumea analogică şi cea a conversiei digitale de putere, explică Stephen Stella, de la Microchip Technology Inc.
Încă de la introducerea conversiei digitale de putere proiectanţii au avut de ales o opţiune clară în utilizarea analogicului sau digitalului în proiectele lor. Fiecare abordare are propriile avantaje, dar şi dezavantaje.
Dezvoltarea de controlere de semnal mixt sau hibride fac posibil ca proiectanţii să combine cele mai bune caracteristici pentru ambele modalităţi de conversie de putere.
Analogic pentru performanţă
Avantajul conversiei de putere analogice este acela că oferă un control foarte eficient, în vreme ce partea negativă este aceea că oferă proiectanţilor o flexibilitate foarte redusă. Odată ce se evaluează performanţele pentru fiecare proiect, calea de optimizare aleasă este aplicată pe întreg profilul de sarcină şi pe întreg domeniul de operare al conversiei de putere.
Utilizarea acestui unic nivel de optimizare pe întreg spectrul de conversie de putere a reprezentat un standard industrial pentru mulţi ani, chiar dacă este inerent inflexibil, el furnizează un control eficient. Cu toate acestea, normele guvernamentale recente şi creşterea aşteptărilor utilizatorilor finali conduc proiectanţii către necesitatea unor eficienţe mai ridicate. Acest lucru împinge conversia analogică de putere către limita maximă a eficienţei sale şi forţează pe mulţi proiectanţi să treacă pe conversie digitală de putere.
Digital pentru flexibilitate
Avantajul major al conversiei de putere digitale este aceea că oferă flexibilitatea pe care nu o poate asigura conversia analogică. Ea înlocuieşte un nivel de optimizare a conversiei de putere cu optimizări multi-punct. Ea oferă de asemenea posibilitatea de comunicare cu sistemul, conversia de putere devenind o parte a optimizării globale a performanţelor pe termen lung ale sistemului.
Dezavantajul conversiei digitale de putere este că această flexibilitate afectează preţul. Abordarea analogică creşte complexitatea sistemului deoarece reacţia analogică de la sistem trebuie să fie digitizată înainte de a fi utilizată de managementul energetic. Acest lucru înseamnă un convertor analog/digital, şi de asemenea un microcontroler de mare viteză sau un procesor de semnal digital pentru a oferi puterea de procesare în vederea obţinerii controlului digital.
Viteza conversiei A/D şi viteza de calcul a MCU/DSP determină lăţimea de bandă a buclei de control digital. Astfel, dacă un proiect necesită o lăţime de bandă mai mare, el necesită MCU şi ADC mai rapide şi mai costisitoare.
Un alt factor este acela că tehnicile de control, digital sunt foarte diferite faţă de tehnicile necesare pentru controlul analogic.
Trecerea de la analogic la digital necesită o investiţie semnificativă în calificare, resurse unelte şi procese necesare pentru proiecte digitale şi inginerie software. Această investiţie poate reprezenta o barieră semnificativă pentru unele companii.
Puterea combinată a controlerelor hibride
Producătorii de componente au analizat această dilemă, eliminând alegerea dintre analogic şi digital cu controlere de semnal mixt sau hibride.
Combinând avantajele conversiei de putere analogice şi digitale, controlerele hibride compensează slăbiciunile inerente fiecărei abordări. Acest lucru permite proiectanţilor obţinerea unei flexibilităţi specifice soluţiilor digitale, dar şi a eficienţei, stabilizării în sarcină şi răspuns tranzitoriu specifice conversiei analogice de putere.
Este de asemenea eliminată necesitatea ca proiectanţii să obţină calificări suplimentare sau să se investească în noi procese şi resurse de proiectare.
Figură 1 prezintă diagrama bloc a MCP19111 de la Microchip. Acest controler hibrid integrează un controler analogic de mod curent de vârf cu un controler mic pe 8 biţi. Prin realizarea stabilizării de putere în domeniul analogic, microcontrolerul integrat pe 8 biţi al MCP19111 furnizează suficientă putere de procesare pentru a monitoriza şi regla performanţele controlerului analogic.
De asemenea, pe MCP19111 sunt integrate drivere de putere MOSFET şi LDO de medie tensiune. Acest înalt nivel de integrare permite ca MCP19111 să reducă semnificativ numărul de componente externe necesare pentru conversia de putere în vreme ce se adaugă un grad de flexibilitate imposibil de atins cu conversie numai analogică. O flexibilitate şi mai ridicată pentru proiectant este dată de domeniul foarte larg al tensiunii de operare, de la 4,5 la 32V.
Introducerea controlerelor hibride sau de semnal mixt pentru conversie de putere oferă proiectanţilor o combinaţie între performanţele conversiei analogice şi flexibilitatea controlului digital la un cost accesibil pentru o gamă foarte largă de aplicaţii. În vreme ce unii proiectanţi vor continua să facă alegeri şi să accepte limitările conversiei de putere numai analogice sau numai digitale, alţii vor combina ce este mai bun în ambele situaţii prin alegerea performanţelor şi flexibilităţii controlerelor hibride.
www.microchip.com