針對當數字電源應用對控制器提出的高算力需求，旋智科技（Spintrol）創新性地提出，使用多顆多核MCU處理器（ARM或RISC-V內核），通過采取合適的多處理器間通信同步控制機制(Inter Process Communication, IPC)，同樣可以實現比肩傳統FPGA+DSP架構的高算力，并且，這樣的多MCU控制模塊的開發平臺及控制架構更統一，更靈活；控制模塊的成本更低，物料單一化帶來的優勢也非常明顯。同時，在旋智包含IPC機制的多處理器設計中，也仍然可以使用電力電子MBD技術。

MCU的計算性能，對于數字電源控制，特別是高頻ACDC數字電源的控制至關重要。旋智科技憑借高性能的雙核MCU產品系列，創新地應用多MCU芯片（共計4-8個CPU內核）協同計算技術，陸續將推出滿足高性能數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矯正電路(PFC)、數字有源濾波器(APF)及并網光伏、儲能逆變器等高性能應用。

相比DCDC電源和離網DCAC逆變電源，ACDC數字電源類產品由于有并網需求，涉及的控制功能也更多，主要包括：電網鎖相，電網諧波分析，電網和負載的諧振抑制，高帶寬電流、電壓環路控制，電網阻抗識別等

這些功能需要涉及多種數學計算，主要包括：數字鎖相環(PLL)，快速傅里葉變換(FFT)，FIR/IIR數字濾波器，零極點環路補償器(2p2z/3p3z compensator)，滯環控制器(Hysteresis Controller)，比例諧振控制器（proportional resonant controller），重復控制器(Repetitive Controller)，自適應濾波器(Adaptive Filter)等

在以碳化硅(SiC)及氮化鎵(GaN) MOSFET為代表的快速開關器件大規模應用的趨勢下，數字電源的效率和性能也達到了新的高度。這些新器件的特性，對電源控制MCU的算力也提出了新的要求，SiC及GaN器件的PWM開關頻率可以輕松達到40kHz至數百kHz，為了充分發揮SiC及GaN器件的高頻開關優勢，數字電源的控制頻率最好也能達到與功率器件PWM開關頻率同頻，甚至成倍提高的更高頻率。這就要求MCU的算力相比當前產品成倍增加，計算時間大幅縮短。

然而，對于工業級MCU來說，由于工作環境、實時性及可靠性的限制，其CPU主頻目前難以達到消費級CPU的2-3GHz水平，因此，行業通常采用FPGA+DSP等混合平臺，通過將部分算法在FPGA中硬件化，來實現較高的數字控制頻率，例如，業內常用FPGA來實現高頻率電流控制，例如滯環電流控制(Hysteresis Current Control)等，DSP執行PLL等電網狀態計算和系統控制，但是，FPGA+DSP的成本較貴，還需要專門的數字硬件工程師、開發環境和儀器來開展VHDL或verilog開發測試，除此以外，器件采購的選擇相對MCU產品來說也少很多。

我們以數字有源濾波器(APF)開發為例，APF是一種用于并網條件下，主動補償二極管不控整流等非線性負載產生的網側高頻諧波電流、提高功率因數、改善電網質量的設備。該類產品匯集了多項電網適應算法及高頻高帶寬電源控制的要求，因此可算是集數字電源控制技術之大成的典型應用之一。通常，APF設計采用FPGA+DSP+ARM的控制器架構，控制器總成本在數百元以上，且開發復雜。本設計中，我們采用2顆旋智雙核Cortex M4F處理器，共4個高主頻計算內核，可實現64kHz PWM開關頻率的380V兩電平SiC APF控制，在本控制軟件中，生成補償諧波參考電流信號和高帶寬電流環控制的計算耗時僅10us左右，對60次及以下的負載諧波電流抑制率達到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、多外設的優勢。

旋智的有源濾波器方案也支持MBD設計方式，使用MATLAB軟件，可以有效地對系統仿真不同電網狀況和負載條件下的系統特性，進行顯式的針對性設計和測試驗證，并自動生成控制代碼。

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

本設計中APF補償 380V 3kW變頻器進網電流的實驗波形如下

審核編輯 ：李倩