Controller ibridi: prestazioni e funzionalità

CONTROLLORI –

I recenti controller mixed-signal proposti da Microchip combinano il meglio dei due mondi della conversione di potenza, analogica e digitale

Fin dall'introduzione della conversione digitale della potenza di progettisti hanno dovuto fare una scelta, netta, tra utilizzare analogica o digitale, per i loro progetti. Ognuno degli approcci ha i suoi specifici vantaggi e svantaggi, ma lo sviluppo di controller mixed-signal o ibridi sta rendendo possibile per i progettisti combinare il meglio dei due mondi per la conversione.

Analogico per le prestazioni

Il vantaggio della conversione analogica della potenza è che offre un controllo molto efficiente, mentre l'aspetto negativo è che offre ai progettisti pochissima flessibilità. Una volta che i pro e contro siano stati valutati, per ogni progetto, il percorso di ottimizzazione scelto viene applicato attraverso l'intero profilo di carica e attraverso l'intero range operativo della conversione di potenza.
L'utilizzo di questo livello di ottimizzazione attraverso l'intero spettro di conversione di potenza di un progetto è stato lo standard di riferimento per molti anni, poichè pur essendo intrinsecamente non flessibile, permette un efficiente controllo. Tuttavia, recenti normative di regolamentazione, e le crescenti aspettative degli end-user, stanno spingendo i progettisti al raggiungimento di maggiore efficienza. Ciò sta spingendo la conversione analogica di potenza al limite della sua efficienza e convincendo molti progettisti a passare alla conversione digitale.

Digitale per la flessibilità

Il principale vantaggio della conversione digitale della potenza è che offre la flessibilità di cui la conversione analogica è carente. Rimpiazza un livello di conversione di potenza con ottimizzazione multi-point. Fornisce inoltre la possibilità di comunicare con il sistema, permettendo alla conversione di potenza di divenire parte dell'ottimizzazione generale delle prestazioni a lungo termine del sistema. Lo svantaggio della conversione di potenza digitale è la flessibilità, e ha il suo prezzo. L'approccio digitale aumenta la complessità del sistema dato che il feedback analogico dal sistema necessita ha bisogno di essere digitalizzato prima che possa essere utilizzato per la gestione della potenza. Questo significa il dover aggiungere un convertitore analogue-to-digital, e anche un microcontrollore di elevata velocità o processore digitale di segnale per disporre della potenza di calcolo necessaria a sostenere il controllo digitale. La velocità della conversione A/D e la velocità di calcolo del Mcu/Dsp determina la larghezza di banda del loop di controllo digitale. Quindi, se un progetto necessita di maggiore banda passante, necessita anche Adc e Mcu più veloci e più costose. Un altro fattore da considerare è che le tecniche del controllo digitale sono molto diverse da quelle necessarie nel controllo analogico. Realizzare la commutazione da analogico a digitale richiede ingenti investimenti in conoscenza, risorse, strumenti e processi, richiesti per la progettazione digitale e progettazione software. Questo investimento può essere una rilevante barriera per alcune aziende.

La potenza combinata dei controller ibridi

I produttori di componenti hanno risolto questo dilemma eliminando la necessità scelta tra progettazione analogica e digitale con i controller mixed-signal, o ibridi. Combinando la forza delle due modalità di conversione, i controller ibridi compensano le debolezze che sono insite in ogni approccio. Ciò permette ai progettisti di raggiungere la flessibilità di una soluzione digitale con l'efficienza, la regolazione del carico, e la transient response della conversione di potenza analogica. Si elimina anche la necessità per i progettisti di apprendere specifiche conoscenze o investire in nuovi processi e risorse di progettazione.
Il controller ibrido MCP19111 di Microchip integra un controller analogico peak current-mode con un piccolo microcontroller 8 bit. Nel regolare la potenza nel dominio analogico, il microcontroller 8 bit dell'MCP19111 fornisce sufficiente potenza di elaborazione da monitorare e regolare le performance del controller analogico. Sempre a bordo del MCP19111 si trovano on-chip driver per Mosfet di potenza e un Ldo mid-voltage. Questo elevato livello di integrazione consente all'MCP19111 di ridurre significativamente il numero di componenti esterni necessari per la conversione di potenza e al contempo introducendo un grado di flessibilità che non sarebbe possibile in una conversione di potenza solo analogica. Una gamma di tensioni di funzionamento davvero molto ampia, tra 4,5 e 32 V, fornisce un'ulteriore flessibilità ai progettisti. L'introduzione di controller della conversione di potenza ibridi o mixed-signal offre ai progettisti la possibilità di combinare le prestazioni della conversione analogica con la flessibilità del controllo dato dal digitale, a un costo che rende il tutto accessibile per una vasta gamma di applicazioni. Mentre alcuni progettisti proseguono nel dover fare questa scelta, e accettano quindi le limitazioni del solo digitale o solo analogico, altri sceglieranno di abbinare e combinare il meglio dei due mondi, scegliendo le prestazioni e la flessibilità dei controller ibridi.

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