矽力杰高集成数字电源控制器

5G物联网、AI时代，促进了通信基站、服务器需求的不断增长，对通信电源、服务器电源的性能要求日渐严苛，终端系统都在寻求更快的动态响应，更智能的控制环路和更简化的外围电路，从而提高性能和集成度。面对日益增长的性能需求，集成微控制器 (MCU)、通信外设和硬件环路外设等多种功能外设的数字电源控制器备受青睐。

 

 

 

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什么是数字电源？

数字电源，是以数字技术实现电源的控制，如电源电压电流采样(ADC)、环路运算(PID)、PWM输出和故障保护。同时，MCU搭配PMBus、UART等通信外设，可以实现电源的在线监测、远程控制、在线下载等功能。

相较于模拟电源，数字电源的集成度更高，而系统并不随功能模块的增加而复杂化，外围器件较少，且不存在器件误差、老化、温度影响等问题，更有利于获得稳定一致的控制参数，同时也更易于实现非线性控制，改善电源的瞬态响应能力。

 

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矽力杰高集成数字电源控制器

针对服务器电源、通信电源对高功率密度的要求，矽力杰推出了高集成度的数字电源控制器SQ51103。芯片集成有灵活、可配置的高速硬件环路外设，包括模拟前端外设(AFE)，数字PID和DPWM模块，以实现多种隔离DC-DC电源与AC-DC电源的高速控制。同时，SQ51103包含62.5MHz的Cortex-M4的数字核，以及SAR ADC, PMBus/I2C, UART, Timer, PWM, Capture等多个通用外设，方便实现电源信号的监测和通信。

SQ51103

高集成数字电源控制器

高速硬件环路外设

◆  3x 模拟前端: 15.6Msps 9bit EADC, 11bit DAC

◆  3x 2p/2z 数字非线性PID

◆  8x DPWM输出

     ♢ 250ps分辨率的脉宽调制

     ♢ 4ns分辨率的周期调制

◆  支持PWM, PFM和移相调制

◆  6x高速模拟比较器

     ♢ 参考电压：8bit DAC

◆  支持多种控制方式

     ♢ 2路峰值电流控制(PCM)

     ♢ 谷值控制(Valley)

     ♢ ZCD控制

     ♢ Bang-Bang控制

◆  支持最大2MHz的开关频率

 

MCU及通用外设

◆  62.5MHz 32-Bit Cortex-M4数字核

◆  支持浮点运算单元(FPU)

◆  Dual Flash: 64kB+64kB

◆  16kB SRAM (with ECC)

◆  4kB PSRAM: 指令加速

◆  7x通道, 12-bit, 1.0Msps, SAR ADC

◆  1x PMBUS/I2C

◆  1x UART

◆  4x 32-bit timer

◆  2x 通用PWM

◆  1x捕获单元(Capture)

◆  22x GPIO

◆  支持SWD调试功能

◆  封装: QFN-6x6-40

◆  工作温度: -40℃~125℃

 

 

 

 

 

SQ51103生态系统

矽力杰SQ51103配套完善的生态系统，包括应用文档、SDK软件包、EVB评估板、调试环境IDE、调试工具等，帮助客户尽快熟悉SQ51103的开发工作，提高项目开发效率。

 

 

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多种控制模式

SQ51103内置可灵活配置的高速硬件外设，对其进行搭积木式的配置，可方便的实现多种电源拓扑的优化控制，可广泛应用在服务器电源、通信基站电源、48V隔离砖模块电源等场景。主要以下文四个典型应用为例：HSFB (硬开关全桥)占空比控制、HSFB峰值电流控制、LLC频率控制和图腾柱无桥PFC连续导通模式(CCM)控制。

 

 

HSFB占空比控制

将电压环(PID0)、电流环(PID1)和三环取小模块(Tri-Loop)进行组合，SQ51103可实现恒压恒流(CVCC)控制。

通过对变压器副边绕组中点电压的采样，SQ51103可实现输入电压前馈控制(PID2)，进而改善输入电压跳变的动态响应。该方案采样电路简单，可以提高电源功率密度，有效降低成本。
 

 

 

HSFB峰值电流控制

SQ51103将电压环(PID0)、谐波补偿(Ramp2)、DAC2与高速比较器进行组合，可产生斩波信号(chop)，并作用于DPWM模块，实现峰值电流控制。比较器的传输延迟和数字模块的响应时间很短，峰值电流控制的效果良好。

 

 

LLC频率控制

SQ51103将电压环(PID0)输出到DPWM模块，控制输出PWM的频率，实现LLC谐振变换器的频率控制。

为提高宽负载范围的效率，器件的DPWM模块可设置多模式自动切换功能，根据电压环(PID0)输出大小，在不同工作状态下进行切换，如Burst模式/PWM模式 PFM模式PFM+副边整流管导通时间固定模式。此外，SQ51103具备故障处理单元，可实现LLC拓扑的容性负载保护(COA)、逐周期的电流保护(CBC)，达成更安全、高效的LLC控制。

 

 

图腾柱无桥PFC CCM控制

SQ51103在软件高速中断程序(ISR)中实现复杂的PFC电压外环，后传递参数给硬件电流内环(EADC1,PID1), 完成PFC的CCM控制。

软件电压外环+硬件电流内环的方案，兼顾了PFC电压外环控制的复杂、多样性要求，和电流内环控制的实时性要求，控制效果优越。