針對(duì)當(dāng)數(shù)字電源應(yīng)用對(duì)控制器提出的高算力需求，旋智科技（Spintrol）創(chuàng)新性地提出，使用多顆多核MCU處理器（ARM或RISC-V內(nèi)核），通過(guò)采取合適的多處理器間通信同步控制機(jī)制(Inter Process Communication, IPC)，同樣可以實(shí)現(xiàn)比肩傳統(tǒng)FPGA+DSP架構(gòu)的高算力，并且，這樣的多MCU控制模塊的開(kāi)發(fā)平臺(tái)及控制架構(gòu)更統(tǒng)一，更靈活；控制模塊的成本更低，物料單一化帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)也非常明顯。同時(shí)，在旋智包含IPC機(jī)制的多處理器設(shè)計(jì)中，也仍然可以使用電力電子MBD技術(shù)。

MCU的計(jì)算性能，對(duì)于數(shù)字電源控制，特別是高頻ACDC數(shù)字電源的控制至關(guān)重要。旋智科技憑借高性能的雙核MCU產(chǎn)品系列，創(chuàng)新地應(yīng)用多MCU芯片（共計(jì)4-8個(gè)CPU內(nèi)核）協(xié)同計(jì)算技術(shù)，陸續(xù)將推出滿(mǎn)足高性能數(shù)字電源控制的多種方案，涵蓋高頻單相/三相有源整流器及功率因數(shù)矯正電路(PFC)、數(shù)字有源濾波器(APF)及并網(wǎng)光伏、儲(chǔ)能逆變器等高性能應(yīng)用。

相比DCDC電源和離網(wǎng)DCAC逆變電源，ACDC數(shù)字電源類(lèi)產(chǎn)品由于有并網(wǎng)需求，涉及的控制功能也更多，主要包括：電網(wǎng)鎖相，電網(wǎng)諧波分析，電網(wǎng)和負(fù)載的諧振抑制，高帶寬電流、電壓環(huán)路控制，電網(wǎng)阻抗識(shí)別等

這些功能需要涉及多種數(shù)學(xué)計(jì)算，主要包括：數(shù)字鎖相環(huán)(PLL)，快速傅里葉變換(FFT)，F(xiàn)IR/IIR數(shù)字濾波器，零極點(diǎn)環(huán)路補(bǔ)償器(2p2z/3p3z compensator)，滯環(huán)控制器(Hysteresis Controller)，比例諧振控制器（proportional resonant controller），重復(fù)控制器(Repetitive Controller)，自適應(yīng)濾波器(Adaptive Filter)等

在以碳化硅(SiC)及氮化鎵(GaN) MOSFET為代表的快速開(kāi)關(guān)器件大規(guī)模應(yīng)用的趨勢(shì)下，數(shù)字電源的效率和性能也達(dá)到了新的高度。這些新器件的特性，對(duì)電源控制MCU的算力也提出了新的要求，SiC及GaN器件的PWM開(kāi)關(guān)頻率可以輕松達(dá)到40kHz至數(shù)百kHz，為了充分發(fā)揮SiC及GaN器件的高頻開(kāi)關(guān)優(yōu)勢(shì)，數(shù)字電源的控制頻率最好也能達(dá)到與功率器件PWM開(kāi)關(guān)頻率同頻，甚至成倍提高的更高頻率。這就要求MCU的算力相比當(dāng)前產(chǎn)品成倍增加，計(jì)算時(shí)間大幅縮短。

然而，對(duì)于工業(yè)級(jí)MCU來(lái)說(shuō)，由于工作環(huán)境、實(shí)時(shí)性及可靠性的限制，其CPU主頻目前難以達(dá)到消費(fèi)級(jí)CPU的2-3GHz水平，因此，行業(yè)通常采用FPGA+DSP等混合平臺(tái)，通過(guò)將部分算法在FPGA中硬件化，來(lái)實(shí)現(xiàn)較高的數(shù)字控制頻率，例如，業(yè)內(nèi)常用FPGA來(lái)實(shí)現(xiàn)高頻率電流控制，例如滯環(huán)電流控制(Hysteresis Current Control)等，DSP執(zhí)行PLL等電網(wǎng)狀態(tài)計(jì)算和系統(tǒng)控制，但是，F(xiàn)PGA+DSP的成本較貴，還需要專(zhuān)門(mén)的數(shù)字硬件工程師、開(kāi)發(fā)環(huán)境和儀器來(lái)開(kāi)展VHDL或verilog開(kāi)發(fā)測(cè)試，除此以外，器件采購(gòu)的選擇相對(duì)MCU產(chǎn)品來(lái)說(shuō)也少很多。

我們以數(shù)字有源濾波器(APF)開(kāi)發(fā)為例，APF是一種用于并網(wǎng)條件下，主動(dòng)補(bǔ)償二極管不控整流等非線(xiàn)性負(fù)載產(chǎn)生的網(wǎng)側(cè)高頻諧波電流、提高功率因數(shù)、改善電網(wǎng)質(zhì)量的設(shè)備。該類(lèi)產(chǎn)品匯集了多項(xiàng)電網(wǎng)適應(yīng)算法及高頻高帶寬電源控制的要求，因此可算是集數(shù)字電源控制技術(shù)之大成的典型應(yīng)用之一。通常，APF設(shè)計(jì)采用FPGA+DSP+ARM的控制器架構(gòu)，控制器總成本在數(shù)百元以上，且開(kāi)發(fā)復(fù)雜。本設(shè)計(jì)中，我們采用2顆旋智雙核Cortex M4F處理器，共4個(gè)高主頻計(jì)算內(nèi)核，可實(shí)現(xiàn)64kHz PWM開(kāi)關(guān)頻率的380V兩電平SiC APF控制，在本控制軟件中，生成補(bǔ)償諧波參考電流信號(hào)和高帶寬電流環(huán)控制的計(jì)算耗時(shí)僅10us左右，對(duì)60次及以下的負(fù)載諧波電流抑制率達(dá)到95%以上，此方案的控制器成本僅幾十元，并且由于有2顆MCU芯片，同樣也具有多IO、多ADC通道、多外設(shè)的優(yōu)勢(shì)。

旋智的有源濾波器方案也支持MBD設(shè)計(jì)方式，使用MATLAB軟件，可以有效地對(duì)系統(tǒng)仿真不同電網(wǎng)狀況和負(fù)載條件下的系統(tǒng)特性，進(jìn)行顯式的針對(duì)性設(shè)計(jì)和測(cè)試驗(yàn)證，并自動(dòng)生成控制代碼。

以下實(shí)例模型中，MCU1及MCU2方框內(nèi)的控制策略生成的代碼分別并行運(yùn)行在2顆雙核Cortex M4F處理器上

本設(shè)計(jì)中APF補(bǔ)償 380V 3kW變頻器進(jìn)網(wǎng)電流的實(shí)驗(yàn)波形如下

審核編輯 ：李倩