【Infineon XMC 應用筆記】XMC在數位電源應用的技術

1. Infineon XMC 適用於數位電源控制:

(1) Cortex-M0/M4 類比外設和數位邏輯可編程方式,支持各種複雜和靈活的電源拓撲控制。

(2) 支援各種電源功率密度,可提高電晶體開關之輸出頻率,並且擁有高解析度PWM (150ps)和多項混合類比外設技術。

(3) 支援可變動的輸入電源和輸出負載。

(4) 提供複雜的啟動演算法。

(5) 動態切換電源控模式。

(6) 擁有多個控制迴路,開迴路和閉迴路,且無需外接補償電路。

(7) 靈活的通訊方式,和多項韌體更新方式。

(8) 免費的DAVE除錯編譯器,亦支援多家生態系統KEIL, IAR, TASKING, Atollic 等。


2. Infineon XMC 外設應用於電源控制的主要特性:

(1) 類比前端 (AFE) 具有完整的可配置性,應用最先進的電源控制技術。

(2) XMC4000具有DSP功能,在ARM Cortex核心和高解析度PWM (150ps)的支援下,精確和快速的控制迴路,可以改善電源中的設計問題。

(3) CCU4 (Capture/Compare Units 4):定時器、計數器、PWM補獲截取輸入訊號、PWM比較輸出訊號功能,可連結中斷和內部外部事件生成。

(4) CCU8 (Capture/Compare Units 8):定時器、計數器、PWM補獲截取輸入訊號、PWM比較輸出訊號功能,具有死區、互補、同步、非同步訊號控制,可連結中斷和內部外部事件生成。

(5) HRPWM (High Resoultion PWM):具有高速類比比較器、硬體斜率補償器、高解析度PWM輸出、非固定死區控制、

(6) VADC (Analog-Digital Converters):12-bit解析度的類比輸入轉換訊號,ADC模塊可多核心同步採樣同步轉換。

(7) DAC (Digital-Analog Converter):12-bit解析度的數位類比輸轉換輸出訊號,支持DMA和FIFO先進先出儲存模式。

(8) ERU (Event Request Unit):外設多邏輯和內部外部事件擴展連結的生成器。

(9) ACMP (Fast Analog Comparator):帶濾波抗噪的快速類比比較器,接受較低的輸入電壓,可將比較結果輸出至GPIO或外設。

(10) ORC (Out-of-Range Comparator):超量程比較器,可監控類比輸入過壓訊號。

 


3. Infineon XMC 應用於交換電源控制:

具有三層結構的控制迴路:

(1) Sensing 感測:VADC、ACMP、ORC濾波感測電感電流、輸入電壓、輸出電壓、輸出電流;達到過壓、過流、過溫保護。

(2) Stability and Software 穩定性:

XMC1000 具有MATH運算處理器。

XMC4000具有DSP和FPU浮點運算單元。

結合CCU4/8、ERU、HRPWM、DAC完成電壓環控制迴路、電流環控制迴路、PI和補償器、同步整流控制、Oring控制功能。

(3) Modulation調制功能:

FF定頻、Fixed-On-Time (FOT)、Fixed-Off-Time (FOFFT)、多導通模式、斜率生成和比較器、Blanking、Clamping、Filtering。

(4) XMC modulation modes 調制模式:

CCM、DCM、CRM、ZCM、峰值電流模式、平均電流模式、緩開機、burst mode.

(5) PWM和HRPM拓撲種類:boost PFC、H橋PFC、無橋PFC、LLC諧震、全橋相移…等。




4. 峰值電流模式在PFC中應用:

比較器和斜波生成單元(HRPWM CSG):CSG結合系統調適電感電流控制的所有基本條件,調制模式皆帶有COMP+DAC的功能單元,將外部電感電流訊號,與內部生成參考電流做比較,比較值相同時進行PWM輸出控制的靈活設定,包括清除關閉、濾波、嵌位等動作。

 


5. 同步整流在半橋LLC諧振中應用:

使用CCU4 4個定時器,PWM週期前半部,開始CC40/CC42定時器開通Q1和Q3,CC40/CC42定時器結束關閉Q1和Q3,觸發PWM週期後半部CC41/CC43定時器開通Q2和Q4;C41/CC43定時器結束關閉Q2和Q4;接續觸發CC40/CC42定時器,完成同步整流之控制。



6. 資料來源:

XMC4000/1000 Introduction to Digital Power Conversion
https://www.google.com/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=&cad=rja&uact=8&ved=2ahUKEwji0pPEyP_3AhWjzIsBHfCzB3oQFnoECAYQAQ&url=https%3A%2F%2Fwww.infineon.com%2Fdgdl%2FInfineon-XMC4000_XMC1000_%2520Introduction_to_Digital_Power_Conversion-AN-v01_00-EN.pdf%3FfileId%3D5546d4624b0b249c014b497c0c33089e&usg=AOvVaw0UN_PcnLj4HIyEjczCQeBz

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