基于恩智浦DSC数字控制器的隔离双向DCDC参考设计方案

Release time：2024-08-14
author：AMEYA360
source：恩智浦
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　　在典型的电池充放电应用场景中，隔离双向DCDC变换器用于实现电池充电曲线控制和电池母线间的双向电能变换，同时实现电网和电池间的电气隔离。

基于恩智浦DSC数字控制器的隔离双向DCDC参考设计方案

　　本文简要介绍基于DSC的隔离双向DCDC变换器参考设计。该方案拓扑为CLLC谐振变换器，可在全负载范围实现软开关。主控芯片采用DSC MC56F83783数字信号控制器，帮助实现灵活高效的数字电源控制。

基于恩智浦DSC数字控制器的隔离双向DCDC参考设计方案

　　方案概括

　　基于CLLC谐振变换器实现高效的双向电能变换

　　高压端口电压：370-390V，低压端口电压：40-60V，额定功率800W

　　充电模式峰值效率高于96%，放电模式峰值效率高于97%

　　开关频率范围：100-180kHz，谐振频率：150kHz

　　高精度PWM帮助实现精准的开关电源控制

　　基于DSC特色外设的有源同步整流控制策略

　　变频+移相+打嗝模式的混合调制策略，优化变换器在宽电压范围应用场景中的效率

　　基于RTCESL实现2P2Z控制器，在帮助变换器实现更佳动态特性的同时，提高代码运行效率

　　在充电模式下，实现变换器的恒压/恒流输出控制

　　模块化的功率母板和控制子卡，便于客户评估不同系列DSC

　　基于FreeMASTER实现变换器的工作模式控制和工作状态观测

　　过流、过欠压和过温保护功能

　　同步整流策略该方案中同步整流通过检测整流管漏源极电压实现。由于电流流过整流管沟道时的压降远小于整流管体二极管压降，因此通过判断漏源极电压值大小，便可确定同步整流管的开关状态。

　　同步整流主要基于DSC片上外设(CMP，EVTG，QTMR，PWM，XBAR)实现，仅需少量外部器件。CMP为DSC内部集成的带窗口功能的比较器，VR为CMP内部DAC产生的电压基准信号。CMP用于检测整流管漏源极电压，其输出用于产生同步整流驱动信号。

基于恩智浦DSC数字控制器的隔离双向DCDC参考设计方案

　　该方案中应用两种策略，以提高同步整流的可靠性。一方面，同步驱动信号vS6由比较器输出vcmp和PWM输出vS2_D经过“与”运算获得，从而避免潜在震荡引起的整流桥臂直通问题;另一方面，在vcmp翻转后，QTMR将输出一段低电平信号，低电平持续时间可通过配置QTMR调节。QTMR输出信号称为“窗口信号”，通过XBAR连接至CMP。在窗口信号为低电平时，即使vB存在较大电压震荡，多次穿越VR值，vcmp不会翻转，从而避免同步驱动信号的误动作。窗口信号为低电平的时段称为消隐时间。

　　在该应用中，EVTG用于实现片上信号间的逻辑运算，XBAR用于片上信号互联。

基于恩智浦DSC数字控制器的隔离双向DCDC参考设计方案

　　调制策略变频调制(PFM)为谐振变换器主流调制策略，通过改变谐振腔阻抗调节变换器电压增益。但是，当开关频率大于谐振频率时，随着开关频率提高，电压增益缓慢降低。在宽电压范围应用中，仅采用变频调制将导致开关频率范围很宽，因此不利于磁性元件的设计。

　　移相调制(PSM)通过改变谐振腔输入电压脉宽调节变换器增益。当变频调制无法快速调节变换器电压增益时，调制策略由变频调制切换为移相调制，可在减小开关频率范围的同时，实现宽电压范围的电能变换。

　　在空载或负载很轻的工况下，打嗝模式可帮助实现变换器输出电压稳压。另外，当变换器工作在打嗝模式时，其等效开关频率降低，因此轻载效率得以优化。

　　变换器当前调制策略由控制器输出值决定。DSC片上的PWM模块可方便实现PFM和PSM模式间的平滑切换。

　　软起动策略CLLC谐振变换器的软起动由开环阶段和闭环阶段构成。在开环阶段，开关频率保持为软起动阶段最高开关频率。通过移相调制，等效占空比Dφ由设定初始值，按照固定的步长逐渐增大，直到Dφ等于0.5，移相调制切换为变频调制。进入变频调制后，Dφ保持为0.5，开关频率按照设定步长逐渐减小，直至输出端口电压达到开环软起动门限电压，至此开环阶段结束。进入闭环阶段后，输出端口电压值已接近电压基准，经过电压控制环路调节，输出端口电压快速稳定在电压基准值，软起动结束。

　　实验结果下图为隔离双向DCDC变换器硬件平台。控制子卡HVP-56F83783和功率母板采用子母卡形式，通过金手指连接。该设计方便用户根据自身需求，评估不同系列的DSC产品。

基于恩智浦DSC数字控制器的隔离双向DCDC参考设计方案

　　下图为变换器工作在充电模式和放电模式时的效率曲线，分别对应低压端口电压为40V/50V/60V三种工况。

基于恩智浦DSC数字控制器的隔离双向DCDC参考设计方案

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恩智浦发布FRDM i.MX 91：入门级Linux应用开发板，帮助开发人员加速产品开发
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　　FRDM i.MX 91开发板是一款低成本、体积小巧的开发板，集成了恩智浦i.MX 91应用处理器和IW610 Wi-Fi 6三射频解决方案，专为入门级Linux应用案例评估而设计，能够帮助开发人员加速产品开发，同时显著降低成本。　　这款开发板专门针对工业和物联网应用量身定制，具有一套丰富的接口、电源管理IC (PMIC)以及u-blox的三射频模块。其中，u-blox MAYA-W476-00B基于恩智浦的IW610三射频SoC Wi-Fi 6、蓝牙和802.15.4模块，包括Thread、Zigbee以及Matter标准支持。　　FRDM i.MX 91开发板是恩智浦开发人员体验的重要组成部分，为应用处理器提供Debian和Yocto系统支持。　　FRDM-IMX91开发板特性　　处理器：　　i.MX 91应用处理器　　Cortex-A55处理器，主频高达1.4GHz　　集成EdgeLock安全技术　　内存：　　1GB LPDDR4　　8GB eMMC5.1　　MicroSD卡槽　　EEPROM　　显示与摄像头接口：　　并行RGB LCD接口(40引脚扩展接口)　　并行摄像头接口(40引脚扩展接口)　　无线连接：　　u-blox MAYA-W476-00B Wi-Fi 6、低功耗蓝牙5.4和802.15.4模块，基于恩智浦IW610三射频技术　　支持通过Wi-Fi和Thread实现的Matter协议　　音频：　　3.5mm耳机插孔，支持MQS　　连接：　　USB2.0 Type-C接口　　USB2.0 Type-A接口　　双千兆以太网RJ45接口　　CAN总线(HDR)　　40引脚(2×20)扩展接口　　I2C HDR　　ADC HDR　　调试：　　SWD连接器　　通过USB Type-C实现的UART调试
2025-03-14 10:17 reading：249
恩智浦发布全新S32K5系列MCU，推进软件定义汽车区域控制架构发展！
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　　作为汽车市场值得信赖的创新解决方案合作伙伴，恩智浦半导体发布全新S32K5系列汽车微控制器(MCU)，这是汽车行业首款带有嵌入式MRAM的16nm FinFET MCU。S32K5 MCU系列将扩展恩智浦CoreRide平台，为可扩展的软件定义汽车(SDV)架构提供预集成的区域控制和电气化系统解决方案。　　汽车制造商正在逐步采用区域控制架构，以多种方式分配和集成电子控制单元(ECU)功能。这些区域控制解决方案的基础是新一代MCU架构，将实时性能、低延迟确定性通信与创新的隔离功能集于一身。　　恩智浦半导体资深副总裁兼汽车微控制器总经理Manuel Alves表示：“全新一代S32K5系列突破了MCU性能的界限，同时又兼顾了区域控制解决方案所必需的安全性、高效率和隔离功能。采用S32K5的恩智浦CoreRide平台将帮助汽车制造商和一级供应商加速区域控制架构的开发，为软件驱动的创新提供可扩展的基础。”　　恩智浦全新S32K5系列采用Arm Cortex CPU内核，运行速度高达800 MHz，并通过16nm FinFET工艺提供高能效的应用性能。优化的加速器可用于减轻关键工作负载，包括网络通信转换、信息安全和数字信号处理。S32K5集成与恩智浦S32N汽车处理器共有的以太网交换机内核，提供一个成熟的网络解决方案，可简化网络设计并实现软件复用。　　S32K5集成软件定义、硬件加强的隔离架构，助力汽车制造商能够实现功能安全、信息安全的分区，确保可以集成高达ASIL-D等级的安全应用，同时不会影响整体系统的功能安全或性能。　　S32K5还搭载专用的eIQ Neutron神经处理单元(NPU)，这是恩智浦的可拓展机器学习加速器，使机器学习算法可对车辆边缘传感器数据进行高能效的实时处理。　　此外，片上高性能MRAM可缩短工厂内ECU程序烧录时间和远程OTA程序更新时间，写入速度比嵌入式Flash快15倍以上。结合恩智浦全新的安全加速器，包括后量子加密(PQC)功能，S32K5使汽车制造商能够在汽车的整个生命周期内安全可靠地部署新功能，惠及汽车制造商和用户。　　恩智浦生态合作伙伴之声　　Arm汽车业务线汽车产品与软件解决方案副总裁，Suraj Gajendra表示：“为了在软件定义汽车(SDV)中提供极致的驾驶体验，汽车制造商需要采用Zonal架构。恩智浦的S32K5 MCU利用Arm Cortex技术，不仅可实现这种创新，而且能保证高水平的功能安全。”　　Elektrobit Automotive战略与产品组合主管，Jagan Rajagopalan表示：“仅仅依靠汽车软件生态系统中的团队协作，并不足以保障软件定义汽车的未来发展。速度同样是一个关键因素。借助Synopsys的虚拟开发套件(VDK)，Elektrobit成功移植了EB tresos AutoCore操作系统以及完整的Classic AUTOSAR协议栈，在充分利用恩智浦CoreRide平台的过程中发挥了积极的作用。我们对此深感自豪。通过将EB tresos移植到VDK，我们不仅能加速产品的首批样品投放市场，同时也让恩智浦的S32K5客户可以更早开展应用程序的开发工作。展望未来，我们非常期待与恩智浦的全新S32K5微控制器携手合作，共同致力于支持符合更高级别ASIL D标准的操作系统研发。”
2025-03-14 10:13 reading：248
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